浅谈对砂姜土的认识

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砂姜，从汉语字典上讲，“砂”同“沙”，只是专业名词上习惯统称为“砂”，就是砂土；“姜”属植物，也称“生姜”，即为大家平常所用的调味料，也是我们看到后首先联想到的。如果单从字面上理解，好多不了解的人还以为是种植“生姜”的一类土。对于从事岩土专业的技术人员来讲，砂姜土是一种在淮北平原，亦或黄泛冲积平原经常接触到的一种土层。本文仅介绍下自己在工作中经常接触到的砂姜土谈谈浅显的认识，希望大家多多指证。

砂姜土的概念

砂姜土是晚更新世（Q3）以来，在暖温带半湿润气候条件下，主要受地方性因素（地形、母质、地下水）及生物因素作用，发育在第四纪河湖相沉积物上的半水成土壤。由于它处于一种扇缘洼地的地貌类型，大量富含Ca(HCO3)2 水的补给，而又排泄不畅，且有季节性积水，因而早期有草甸潜育化及CaCO3的淀积过程，后期又经历着耕作熟化及脱潜过程。砂姜土分布区是重碳酸盐的富集区，地下水富含碳酸盐。在气候及土壤水分季节性干湿交替条件下，富含碳酸盐的地下水或在干旱季节于剖面底部固结。或随毛管上升到一定高度固结，形成数量不等，大小不同，形态不一的砂姜（石灰结核）。另外，土体上部的碳酸盐也可随重力水以Ca(HCO3)2形式向下移动至一定深度固结形成砂姜。 

砂姜按其形态可分为面砂姜、硬砂姜和砂姜磐3种。它们在剖面中分布的部位和形成时间不同。 

面砂姜多分布于剖面中上部，是砂姜形成的早期阶段，14C断代年龄为2000～6000年（全新世中晚期）。 

硬砂姜形成年龄与在剖面中的分布部位有关。剖面上部黑土层中的硬砂姜形成于4000～7000年， 

而在呈灰黄色或土黄色脱潜层中的硬砂姜年龄为1.4～3万年。 

砂姜磐形成年龄最长为2.9~4万年，属晚更新世的产物。 

组成砂姜的碳酸盐以CaCO3为主，平均含量占碳酸盐总量的70%以上，MgCO3含量少，CaCO3/ MgCO3比值平均变化在4～9之间。由于MgCO3在纯水中的溶解度远大于CaCO3所以该比值在剖面中自上而下渐减，但由于底土受地下水影响大，比值显现突增特点。 

剖面构型为黑土层一脱潜层一砂姜层。在1.5m控制层段内，必须同时具有黑土层与砂姜层两个基本层次，而且黑土层上覆的近期浅色沉积物厚度必须
砂姜土的成土过程

砂姜土的形成有其特殊的自然环境条件，其肥力演变又与人类经济活动有密切关系。砂姜土分布区年平均气温一般14-15℃，最冷月1月份的平均气温0.7-1.3℃，最热月7月的平均气温27.5-28.3℃。年平均降水量750-900毫米，全年雨量分配很不均匀，60%-70%集中在6月下旬至9月上半月降落。若以四季而论，则夏季降水最多，约占全年的一半以上，其次为春季和秋季，冬季最少。 

年蒸发量在1500毫米左右，几乎大于年降水量的一倍。干湿交替和湿润、半湿润的暖温带过渡气候特点，对砂姜土的形成具有重大影响。砂姜土分布的地形平坦低洼，地下水排泄不畅，其埋深通常在1-2米间，雨季可上升到1米以内或接近地表。在低洼中心部位，甚至短期积水，地下水的矿化度一般小于1克每升，为重碳酸-氯-钙-镁型或重碳酸-氯-镁-钙型。昔日在地面排水不良或季节性积水条件下，这些地区曾经生长过密茂的湿生草本植物，年复-年，植物残体不断分解为黑土层的形成和腐殖质积累提供了条件。砂姜土的成土母质主要是浅湖沼相沉积物。这些沉积物中有的含较多的游离碳酸钙，于砂姜土所处地势低洼，它不仅是侵蚀物质的沉积区.而且是地下水中重碳酸和钙的富集区，为砂姜的形成提供了声富钙质基础。除上述自然环境条件影响到砂姜土的形成外，人类耕垦活动对砂姜土形成与演变有着重大影响。古老的农业区耕垦历史久远，在长达二三千年以上的耕作活动中，人们通过开沟排水，耕作施肥等农事活动，使土壤脱离自然季节性积水及湿生草本植物条件逐渐向着旱耕土壤的方向发展。 

砂姜土的物理力学特征

砂姜土土体深厚，剖面自上而下有耕作层、亚耕层、残留黑土层、氧化还原过渡层及砂姜土层。上部50或80cm土体以暗灰黄，橄榄棕色为主，并20-40cm不等厚的棕黑色残留黑土层；心土层呈橄榄棕色为主，有较多黄棕色锈斑或铁锰斑、灰斑，其下为橄榄棕色砂姜土层，夹有少量锈斑，铁锰斑等新生体。由于微地形的起伏或上部土层遭侵蚀，残留黑土层出现部位及其厚度不一，砂姜土层出现部位常随黑土层厚薄而深浅也不一。耕作层以下的土体呈棱块，棱柱状结构，中、小垂直裂隙发育，可见滑擦面及楔形结构体。据微形态观察，可见较多裂隙和裂纹，粗骨颗粒边缘和裂隙壁可见大量亮线状光性定向粘粒，基质有大量纤维状光性定向粘粒，常见铁质凝团或铁锰质浓聚物。以亳州市蒙城县110kV三官变电站及35kV东四环路变电站的砂姜土剖面为例，高程一般为25.2m(1956黄海高程)，地下水位约2.5米，旱耕地，种植小麦、大豆、甘薯等，一年二熟或二年三熟。 

（1）一般理化性质。砂姜土有机质含量并不高，耕作层也不过10-15克每千克，黑土层仅10克每千克左右，往下层逐渐减少。除特殊情况外，剖面上部游离碳酸钙的含量甚低，一般在10g/kg以下，甚至小于5g/kg，剖面下部夹面砂姜的土层其含量可达40-70g/kg，有硬砂姜的土层则可大于100g/kg。土壤交换量较高，一般为20-30me/100g，剖面上部土层高于下部土层，尤以黑土层为高。土体中粗砂含量甚少，粘粒含量多在30%以上，但也有20%左右的土层，前者常具有变性特征。土层质地以粉质粘土、粉土及粉细砂为主，质地层次分异不明显。 

（2）铁锰氧化物特征。砂姜土中铁锰氧化物的迁移与积累，反映了半水成土的特征。砂姜土形成过程中常受季节积水影响，土体中氧化还原作用强烈，铁锰氧化物的迁移与积累明显，形成锈纹斑、铁锰斑与结核。 

（3）土壤结构特征与胀缩性能。砂姜土的结构具有两个突出的特点：其一是土壤质地粘重的耕作层在冬季经过冰冻以后，形成棱角明显的非水稳性碎粒状结构；其二是心土层具有灰色胶膜的棱柱状结构。具有棱角碎粒状结构的耕作层，松散如砂，在春旱期能起到一定的覆盖保墒作用，但其本身并不蓄水保墒，加上结构无水稳性，所以保墒抗旱作用有限。残留黑土层或过渡层的棱柱状结构，由大小不等的棱柱状或棱块状结构构成，干旱时结构体之间产生裂隙，致使毛管水被切断，不利于蓄水保墒，加之结构体很紧实，作物根系水平生长受抑制，故常见根系沿结构裂隙下伸。砂姜土的结构特征与其具有强烈的膨胀性和收缩性相关。 

（4）粘粒矿物组成。早在20世纪60年代便已发现砂姜土的粘粒矿物组成以蒙脱石为主，其次为水云母，还有少量高岭石。黑土层蒙脱石的含量在50%-60%，耕作层也达40%以上。蒙脱石具有强烈的膨胀性和收缩性，故砂姜土遇水膨胀，遇旱收缩，以致形成楔形自然体和滑擦面等变性土的特征。 

（5）土壤腐殖质组成。砂姜土的腐殖质组成和性质具有如下特征：①活性腐殖质的相对含量极低，一般只占全碳量的2%-5%，这与长期施用有机肥料较少，腐殖质结构简单和易于分解有关。②腐殖酸的相对含量较低，只占全碳量的23℅-37%，肥力高的土壤略高。③腐殖质中残渣的相对含量较高，占全碳量的62%-80%，且以难以分解的胡敏素为主，这可能是砂姜土肥力较低原因之一。④腐质质中胡敏酸与富里酸的比值较大，在0.7-1.1之间，大于棕壤和黄棕壤，尤其大于红壤和黄壤，但却小于东北的黑土和黑钙土。⑤胡敏酸光密度值（E4）较大，E4/E6比值较小，在4.1-4.5之间。胡敏酸的光密度值愈大，其芳化度愈高，而分子量也愈大，故土壤颜色愈深。这可能是砂姜土有机质含量虽低，而土壤颜色较深的重要原因之一。 

工作中接触到的砂姜土

由于工作的原因，接触的砂姜土层主要分布在皖北，淮北平原（特别是亳州）的地层中，在浅层（5.0m以内）的粘性土中往往含有较多的砂姜，一般呈黄褐色、褐色、灰黄色等，大小不均，粒径从几毫米到几厘米都有，而且局部存在的富集较厚的砂姜磐达到1m左右，以蒙城110kV三官变为例，在变电站站址范围内，地层差别就很大，往往相隔几米，砂姜的大小、形态及厚度都有很大区别，另外，从目前接触到的工程来讲，砂姜富集的地方，地下水也相对丰富，而且水位相对较浅，这对工程的基础施工带来一定的难度。