崩岗是分布于华南热带和亚热带花岗岩风化壳上的一种特殊侵蚀地貌，是水力—重力复合侵蚀形成的具有“圆形露天剧场”般沟头的侵蚀沟^[1-2]。崩岗不仅破坏土地资源，还可侵吞农田，淤堵河道，甚至冲毁民舍，给当地人们生产、生活和生态安全带来威胁^[3-4]。完整的崩岗沟谷流域通常由集水坡面、崩壁、崩积体、沟道和洪积扇5个地貌部位组成^[2]。许多学者对崩岗不同地貌部位的土体物理化学性质进行了研究，尤其对崩岗土体物理性质研究较为深入，且以单个地貌部位的研究为主，如谢炎敏等^[5]测定了福建长汀县崩岗崩壁上不同层次土体的容重、液塑限、粒径分布及有机质含量，探讨了土体界限含水率的特征和影响因子，以及与其物理和化学性质之间的关系。邓羽松等^[6]阐述了鄂东南崩岗洪积扇土体的容重、孔隙度和持水性，并对其空间分异特性进行了分析，为崩岗洪积扇土体物理性质的改良提供了科学依据。蒋芳市等^[7-8]将崩壁和崩积体进行对比研究，分析了两者土体的含水率、质地、有机质及微团聚体的特性，为研究崩积体的渗透特性、颗粒组成和分形特征提供了科学基础。刘希林等^[9-10]对广东五华县莲塘岗崩岗开展了垂直和水平方向上土体物理性质的研究，发现崩岗不同地貌部位的土体物理性质存在分异现象。崩岗发育的物质基础是花岗岩风化壳及其风化土体^[11]。Ban等^[12]对花岗岩风化土体进行了X射线衍射(X-ray diffraction，XRD)和X射线荧光光谱(X-ray fluorescence，XRF)分析及粒度分析，得到花岗岩孔隙度、砂含量以及矿物和元素含量及其化学风化指标，以此解释了花岗岩的风化机理。Kim和Park^[13]测定了花岗岩从砾石到黏土的粒度分布曲线，认为修正后的风化潜在指数(modified weathering potential index, MWPI)和触发流失率(loss on ignition, LOI)与花岗岩风化土体的理化性质没有明显的相关关系(干密度除外)，并推荐用土体理化性质来进行花岗岩风化等级的划分。郝芮等^[14]测定了花岗岩风化土体的颗粒组成、阳离子交换量、黏聚力和各种氧化物所占质量比例，分析了不同层次氧化物含量并计算其风化强度，得出了花岗岩土体剖面的下层风化程度弱、黏粒比例低且黏聚力小、更容易形成崩岗的结论。这些研究成果为认识花岗岩风化壳的化学风化过程提供了有益的启示。本研究以广东省德庆县3个典型崩岗为例，通过测定崩岗不同地貌部位土体的物理性质、矿物组成和化学元素，探讨崩岗土体物理特性及其在各不同地貌部位的内部分异，并解释其与崩岗侵蚀作用的成因关系，旨在更好地了解和认知崩岗发育的土体物质基础。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

德庆县地处广东省中西部西江中游北岸，位于北纬23°04′—23°30′，东经111°32′—112°17′之间。受亚热带季风气候影响，热量丰富，降雨量大，且雨热同期。据2019年肇庆市气候公报，德庆县年平均气温为22.5 ℃，年降雨量1 356 mm，雨季为每年5—9月。德庆县崩岗发育历史悠久，数量众多，是广东省崩岗发育较为严重的地区之一^[15-16]。德庆县属低山丘陵及河流冲积地貌，出露的花岗岩面积占全县出露地层的71.5%。花岗岩在自然条件下极易风化，通常成为该地区的成土母质而发育成赤红壤、红壤或黄壤^[17]。德庆县官圩镇出露的地层主要为黑云母花岗岩，厚度约为30~60 m^[18]。本文中的3个典型崩岗分别位于官圩镇五福村的栗子岗、平山埌和径深，由此分别命名为栗子岗崩岗(23°16′30″N，111°48′21″E)、平山埌崩岗(23°15′57″N，111°48′50″E)和径深崩岗(23°15′8″N，111°49′6″E)。

1.2 土样采集与测试分析

崩岗土体样品采集点主要考虑崩岗不同地貌部位，同时兼顾野外采样的可行性，共计30个采样点(图 1)。2020年10月10日，在3个崩岗的4个地貌部位(崩壁、崩积体、沟道和洪积扇)分别采集表层土(0—10 cm)扰动土样品和原状土样品，原状土样品用环刀(内径50 mm，深度50 mm)采集，扰动土样品用兵工铲铲取表层土装入塑料密封袋中，每个扰动土样品重量约为1.5~2 kg。由于崩壁取样较为困难，只采集了一个原状土样和一个扰动土样。崩积体按左、中、右，沟道和洪积扇则按上、中、下3个部位分别采集3个扰动土样，并在中部崩积体和沟道及洪积扇的中部采样点各采集一个原状土样。然后分别将崩积体、沟道和洪积扇的3个扰动土均匀混合，取其约1.5 kg的混合土制成混合扰动土样，装入密封袋后进行登记编号，带回实验室进行测试分析。本次野外采样共获取崩岗原状土样12个，扰动土样3个，混合扰动土样9个，共计24个崩岗土体样品。

对上述24个崩岗土体样品的容重、含水率、液塑限、颗粒级配、矿物组成和化学元素分别进行测定。其中，土体颗粒级配使用筛分法(质量百分比)，并用马尔文激光粒度仪(Mastersizer 2000)对2 mm及以下的土体颗粒进行粒径含量测定(体积百分比)；土体质量用电子天平进行计量；土体含水率用烘干法测定(质量百分比)；土体液塑限使用液塑限联合仪测定(质量百分比)；以上测试项目均在中山大学地理科学与规划学院地理综合实验室完成。崩岗土体的矿物成分采用X射线粉末衍射分析，由中山大学测试中心完成；崩岗土体的化学元素采用X射线荧光光谱分析，由广东省地质检测中心完成。

2 结果与分析 2.1 崩岗土体物理特性 2.1.1 崩岗土体容重

土体容重是土体性质的重要参数之一^[19]。由表 1可知，德庆县典型崩岗不同地貌部位的土体容重介于1.06~1.43 g/cm³之间。崩壁土层致密，土体容重较大，以重力崩塌为主；崩积体土体松散，土体容重较小。崩积体以坡面侵蚀为主，也易于由沟道侵蚀掏蚀坡脚形成临空面而发生重力崩塌的“二次侵蚀”^[20]，因而崩积体是崩岗内部最容易遭受侵蚀的部位。相对于洪积扇来说，沟道的土体容重大，因为沟道受水流冲刷，细粒物质被带走，沟床表层粗化；洪积扇是崩岗的沉积区，有大量细粒物质在此沉积，从而导致其土体容重比沟道小(图 2)。

2.1.2 崩岗土体含水率与界限含水率

降雨是崩岗发育的主要驱动力，降雨通过增加土壤含水率，使土体的岩土力学性质发生改变，从而降低了土体的抗剪强度^[21]。土体含水率也影响土体的崩解特性^[6]。本次测定的崩岗土体含水率(质量百分比)为非雨季的含水率和界限含水率(表 1和图 3)。由图 3可知，崩壁和崩积体的土体含水率高于沟道和洪积扇的土体含水率。崩积体含水率高，与崩积体上部的崩壁汇水渗入直接相关。沟道和洪积扇的土体渗水性强、保水性差，土体含水率低。

界限含水率也是土体的基本物理性质之一。塑限是指黏性土体呈可塑状态的下限含水率，液限是指黏性土体由可塑性状态过渡到流动状态的界限含水率^[22]。由表 1和图 3可知，崩壁和崩积体的土体液塑限均高于沟道和洪积扇的土体液塑限，这可能与崩壁和崩积体土体容重较大且其黏粒含量高、土体塑化和液化所需的含水率较大有关。而沟道和洪积扇土体的液塑限较低，因为其粗砂含量较多且黏粒含量相对较少，由于黏粒对水分的吸附作用，导致沟道和洪积扇的土体液塑限相对较低。

2.1.3 崩岗土体颗粒级配

崩岗4个地貌部位土体样品均以砂粒含量为最高。细砂、中砂和粗砂合计含量均在50%以上，其中径深崩岗洪积扇土体样品的砂粒含量高达91.61%。粗砂又占砂粒含量的主要部分(27.47%~56.76%)(表 1)。由此可见，粗砂是崩岗土体最为显著的粒度特征。根据《土类分类标准(GB/T50145-2007)》，可将崩岗土体总体上归属为“含砾粗砂土”，其中值粒径表现为：崩壁＜崩积体＜沟道＜洪积扇，反映了沟谷流水对沟道沉积物和洪积扇洪积物冲刷后的粗化作用。

颗粒级配直观反映了土体粒径的分布状态。由图 4可见，3个崩岗的颗粒级配曲线表现出较好的一致性。崩壁和崩积体的土体颗粒级配曲线为双峰型，粒径峰值为0.6~0.8 mm(粗砂)和0.08 mm(细砂)，崩积体是崩壁在重力作用下崩塌而成，其土体颗粒分选较差，这也是许多混杂堆积物包括泥石流源地土的共有特征^[5]。沟道和洪积扇的土体颗粒级配曲线为单峰型，粒径峰值为0.6~0.8 mm(粗砂)。单峰型粒度曲线表明土体颗粒经过水力分选，是水力作用的产物。

2.2 崩岗土体矿物组成和化学元素成分 2.2.1 崩岗土体矿物组成

花岗岩风化壳中的黏土矿物是崩岗土体微观结构重要特征，对崩岗形成和发育具有独特的作用^[23]。采用XRD方法对12个崩岗扰动土样中的黏粒进行测试分析，得到XRD图谱(图 5)，图中横坐标为衍射角度2θ/°，位置表示晶体中符合布拉格条件的面网衍射；纵坐标表示计数管中所检测的光量子点数，即衍射强度I，计点数以CPS为单位^[24]。衍射强度与物相成分和结构以及物相在混合物中的含量有关^[25]。运用MDJ Jade 6.5软件，由布拉格公式得到晶面间距d值，单位为(Å, 10^-10 m)。通过对XRD图谱的鉴定，三个崩岗土体中的主要矿物依次为高岭石(Kln)、石英(Q)和白云母(Ms)。

2.2.2 崩岗土体化合物及化学元素

采用XRF方法对12个崩岗扰动土样中的黏粒进行测试分析，得到崩岗的主要化合物组成(表 2)。3个崩岗4个地貌部位的土体以7种化合物为主，其中二氧化硅(SiO₂)含量最高，平均含量为58.13%；其次为三氧化二铝(Al₂O₃)，平均含量为12.41%；再次为氧化钙(CaO)和总铁(Fe₂O₃/FeO)，平均含量分别为3.66%和3.17%。其余化合物含量均较低，分别是氧化钾(K₂O)(1.36%~3.20%)、氧化镁(MgO)(0.17%~1.07%)和氧化钠(Na₂O)(0.13%~0.94%)。崩岗土体的主要化合物与崩岗土体的主要矿物组成相对应，高岭石的化学式为Al₄[Si₄ O₁₀](OH)₈，主要含Al₂O₃和SiO₂；石英的主要成分为SiO₂；白云母的化学式为K{Al₂[AlSi₃ O₁₀](OH)₂}，其中含有45.2%的SiO₂，38.5%的Al₂O₃，11.8%的K₂O。

构成崩岗土体的化学元素主要包括重金属元素锰、锆、钒、铌、锌、钼和铬等，轻金属元素钛、钡，铷、锶和铅，非金属元素硫、磷和氯，以及稀土元素钇等(表 3)。

一般情况下，土壤中重金属元素锰、锌和钼含量极少，但本次测定发现，崩岗土体样品中锰的含量相对较高，平均值为0.0451%，且发现有稀土元素钇存在。3个崩岗不同地貌部位的矿物组成与化学物质并没有表现出有规律性的内部分异。表明在崩岗这样一个水文地貌单元内，地球化学过程是相对微弱的，崩岗的侵蚀、搬运和堆积过程，没有导致明显的化学元素迁移和富集现象。

3 讨论 3.1 崩岗土体物理性质的分异

崩壁土体容重略大于崩积体、沟道和洪积扇的土体容重，以及崩壁和崩积体的含水率和界限含水率均大于沟道和洪积扇的土体含水率和界限含水率，这一现象易于理解，也表明崩壁和崩积体是崩岗的主要被侵蚀体和泥沙来源。土体中值粒径在崩岗4个地貌部位的变化趋势为：崩壁＜崩积体＜沟道＜洪积扇，展示出自崩岗沟谷流域上游(崩壁)至沟谷流域出口(洪积扇)，流水作用将细粒物质逐渐冲刷带走，而将粗粒物质依次沉积留下的水力分选和粗化过程。崩壁和崩积体的土体颗粒级配曲线呈双峰型，沟道和洪积扇的土体颗粒级配曲线呈单峰型，也表明了前者以重力作用为主，崩积物分选较差，后者经过水力作用，沉积物有一定分选。

崩岗4个地貌部位土体物理性质的分异现象可由水力—重力复合侵蚀来解释。崩壁主要遭受重力侵蚀，且风化壳土体力学性质受到水力作用的影响，土体内摩擦角减小，抗剪强度下降，在重力作用下极易发生土体崩塌^[11]。崩壁土体的崩落和滑塌，在崩壁底部形成崩积体。初期，崩积体未遭受明显的水力分选，保留着与崩壁土体基本相同的颗粒级配，因此，崩积体物理性质与崩壁较为一致，仅表现为容重由于土体散落而相对较小。在崩积体形成的后期，水力侵蚀对崩积体的物质搬运和输移起到较大作用。由于崩积体土体结构疏松，且缺乏植被保护，土体常常再次遭受严重侵蚀^[26]，也即“二次侵蚀”，包括降雨溅蚀、片流冲刷和径流侵蚀。受流水的侵蚀和搬运作用，导致崩积体从顶部至底部土体颗粒由粗变细，坡脚处颗粒粒径变小、可蚀性加大^[9]。形成泥砂流后，带出崩口的崩积物在沟道内泥砂流的搬运作用下，一部分粗砂沉积下来，大部分细粒物质被带走^[27]。因此，沟道和洪积扇土体颗粒呈现出流水搬运后的粒度特征。

3.2 崩岗土体化学物质的成因

崩岗土体主要由花岗岩风化壳提供。花岗岩致密、坚硬、透水性差，矿物组成主要为石英、长石和白云母。石英质地坚硬，主要成分为SiO₂，抗风化能力强，理化性质较为稳定。化合物测定表明，崩岗土体中SiO₂最多，Al₂O₃次之，其他氧化物相对较少，这与吴志峰和王继增在有关华南花岗岩风化壳岩土特性中得出的结论是一致的^[11]。长石是一种含钙、钠和钾的铝硅酸盐类矿物，一般经化学风化，如水解作用、碳酸化作用等向黏土矿物转化^[17]。花岗岩风化壳的化学成分与母岩相比略有不同^[28]。风化壳中的Al₂O₃和Fe₂O₃/FeO明显增多，CaO，K₂O，MgO和Na₂O相对减少。这可能与白云母的化学风化过程有关，在白云母的化学风化过程中，SiO₂，CaO和Na₂O的含量逐渐减少，Al₂O₃逐渐富集^[29]。黏土矿物多由花岗岩风化壳在其成土过程中形成^[30]。黏土矿物高岭石是长石和其他硅酸盐矿物天然蚀变的产物，矿物晶格稳定，具有较高的水稳性，且一般可以看作是强烈风化作用的最终产物^[31]。本文中的黑云母花岗岩母岩化学风化后产生的次生矿物主要由长石组成，比其他矿物更容易风化分解成为高岭石^[13]，广东湿热的气候条件导致岩石强烈分解，也更加有利于高岭石的结晶。崩岗土体中高岭石与水的结合，使崩岗土体发生膨胀、分散和凝聚，也使得崩岗土体的黏性、触变性和可塑性发生变化，从而改变崩岗土体的理化性质而影响崩岗的发育。与此同时，崩岗土体中的石英砂与红壤土混合后，导致钙质胶结缺乏而形成厚层疏松土层，一旦失去植被覆盖，极易引起水土流失而导致红壤土的强烈侵蚀^[17]。

4 结论

崩岗侵蚀地貌系统内不同地貌部位的土体物理性质具有一定的分异现象。崩岗土体物理特性的内部分异与侵蚀作用关系表现为：崩壁→崩积体→沟道→洪积扇，土体颗粒粒径由细逐渐变粗，地貌营力由重力转变为水力，地貌过程由侵蚀转变为堆积。这一相互关系符合崩岗侵蚀过程中水力—重力复合侵蚀的作用机制。崩岗侵蚀发育与花岗岩土体特性密切相关，以高岭石为主的黏土矿物组成表明崩岗土体是强烈风化作用的产物。本研究表明，崩岗土体化学物质在崩岗内部没有表现出规律性的元素迁移和富集现象。

致谢: 庙成博士和邓铭坤参加了本次研究的现场选点和野外采样工作。谨此致谢！