杨顺华
去西沙群岛看海?不,去看土!
2023-7-31 19:17
阅读:1778

去西沙群岛看海?不,去看土!

作者:杨顺华

作者单位:中国科学院南京土壤研究所

本文已经发表于“科学大院”微信公众号。


  “西沙归来不看海,从此马(尔)代(夫)是路人

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美丽中国系列邮票——三沙七连屿

西沙群岛位于我国南海西北部,由东边的宣德群岛和西边的永乐群岛组成,隶属于海南省三沙市。

今年五月,受海南省土壤普查办和海南省环科院杨安富所长的邀请,王秋兵教授、吴克宁教授和潘剑君教授三位国家级土壤普查专家和我一道,加入由国内10家单位20余人组成的联合科考队,对西沙群岛进行了为期12天的土壤考察

西沙的土,究竟有什么特殊的地方

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登上西沙群岛的九个岛屿考察土壤。

 启程!带着4个问题

当近千吨的琼琼海渔1101号渔船驶出海南潭门港的那一刻,我的心中油然涌出一种达尔文乘坐小猎犬号进行环球科学考察般的豪迈之情。虽然我不敢奢望能做出达尔文那般彪炳史册的发现,但我的心早已飞向了西沙群岛

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 “千年渔港,南海之门”——潭门港。海南省农科院谢良商研究员有诗云:潭门汉子三沙郎,犁海巡疆美名扬。乘风破浪三千里,建功土普续辉煌

 稀缺珍贵的西沙群岛土壤,一直吸引着我国历代土壤学者。上世纪40年代,土壤学家陆发熹和席连之先生就分别对西沙群岛和南沙群岛进行过调查研究,积累了宝贵的土壤调查资料。1974年,中国科学院南京土壤研究所龚子同、蒋柏藩、张绍德、吴志东和王振荣5人到西沙群岛开展了为期两个月的土壤调查,对南海诸岛土壤的发生和演化、成土年龄、鸟粪磷矿资源、地球化学特征和分布规律等取得了一系列的系统认识。

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关于南海诸岛土壤的部分文献资料。

 龚子同先生闻知我即将前往三沙后,非常高兴和激动,老人家感慨于祖国的崛起能够让自己的后辈们有条件经常去西沙科考,毫无保留地向我介绍了西沙土壤各方面的知识。我不敢奢望自己能够超越前人的发现与认识,但对能够亲身去考察和认识西沙土壤依然充满期待。

我在笔记本中暗暗写下此行的必达目标:1. 西沙群岛的土壤有什么特点?2. 它们的分布有什么规律?3. 50年前比,它们有什么变化?4. 未来如何更好地利用和保护西沙土壤?IMG_20230530_161121.jpgIMG_20230530_163309.jpge8b1c4415d17f3fd4183c7277c7e9b5.jpgIMG_20230530_144423.jpg


启程 

 对于久居内陆的我们来说,出海实在是一件太让人兴奋的事,队员们纷纷到甲板上观看。按照当地的习俗,出海还要燃放鞭炮,驱赶厄运,寄托美好愿望。有意思的是,船老大的大哥正是曾经获得七一勋章的王书茂先生,这让我们对此行有了满满的安全感和敬仰之情。

离开港口不到2小时,手机便失去了信号。海水由浅蓝变成深蓝,最终呈现出一种令人毛骨悚然的黑色,船员告诉我们,深海区到了。但很快,恐惧就被满满的期待冲到了九霄云外,有诗为证:

劈开深蓝千重浪,划破长空万卷云。

清风恰好添动力,万丈海渊若等闲。

飞鱼时跃浅波上,伴翔鲣鸟竞啄食。

目光且随水天去,蜉蝣天地已忘忧。

 东边的永乐群岛:有的岛上没有“土”,有的岛上遍布 “粪土”

 53114时许,经过近22个小时的颠簸,我们抵达了永乐群岛。永乐群岛由一系列出露水面的岛礁组成,岛与岛之间是并不宽阔的水门。船从全富岛和珊瑚岛之间的水门驶入被环礁包围的港湾,水面一下子变得风平浪静了。

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我们在永乐群岛的登岛顺序:鸭公岛银屿甘泉岛羚羊礁晋卿岛。

 第一站:鸭公岛——没有土,树是怎么长起来的?

鸭公岛是我们登陆的第一个岛屿。登陆之前,我们必须先由大船下到小艇上,然后再登岛。小艇向着鸭公岛驶去,水越来越浅,也越来越透明,甚至可以看到水下的小鱼和珊瑚。鱼群在礁坪上的珊瑚之间穿梭游行,有蓝的、红的、灰的,甚是可爱。

鸭公岛很小,东西向最宽处不足100米,南北向长约300米。岛上几乎全是白色的珊瑚和贝壳残体。强烈的太阳光在珊瑚砂的反射下,照得人几乎睁不开眼睛,脚底也有些发烫。一脚踩上去,松松垮垮,发出咯吱咯吱的声响。

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晾晒在珊瑚和贝壳残体上的海鱼(上图)和埋在珊瑚堆中的狗坟(下图)。

很明显,这座岛屿还没有经历矿物分解、有机质积累等基本成土过程,占绝对优势的珊瑚和贝壳碎屑还只能算作成土母质。换句话说,这里已经有了土壤形成的物质基础,但还没有发育出具有结构和层次的土壤。不过,岛上仅有的几棵高大椰树和乔木仿佛在拷问我们:没有土,我们是怎么长起来的呢?

我们在岸边找到了答案。原来,为了开发和利用鸭公岛,勤劳的渔民们从海南岛运来了砖红壤作为客土覆盖在珊瑚砂上,强酸性和高黏性的砖红壤遇到了强碱性、粗骨质的珊瑚砂,提高了土体的保水保肥能力,使椰树等林木长大成林。客土改良土壤这种做法早已在南海诸岛实践,并取得了明显成效。

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鸭公岛上覆客土的土壤及其景观照。

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鸭公岛上破壳而出的小海鸟和鸟蛋(李德成摄,2020)。

 第二站:银屿——这里也没有自然土壤

与鸭公岛不同的是,银屿的沙滩更加洁白、细腻。登陆银屿,需要乘坐小艇趟过一片巨大的礁坪。礁坪上的水清澈见底,不似远处海面那般波涛汹涌,岸边的水流则更为平静。

漫步在银屿,我们发现岛上也没有原地发育成熟的自然土壤,但其土体内的主体已经变成了更加细小的珊瑚砂,说明珊瑚碎屑已经历了进一步的物理破碎和搬运作用,而那些粗大的珊瑚由于海潮搬运动力的减弱,已经沉积在了更远的礁坪之上。

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银屿的礁坪广阔,上面的水体浅而透明,因而只有较为细小的珊瑚砂才能随海潮堆积成岛(上排图);银屿土壤通体砂质、颗粒较为均匀(下排图)。

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银屿上掺施客土改良土壤的小菜园喜获丰收,墙脚的白色巨桶为雨水采集系统(从天而降的淡水十分宝贵)。

 第三站:甘泉岛——这里的土壤让专家也犯了难

鸭公岛和银屿都有着非常美丽的自然风光,然而,就其土壤而言,两地都还没有发育出指示物质淋溶和淀积的B层,甚至仅有厚厚的母质层。为进一步认识海岛土壤,我们向着著名的甘泉岛进发。

甘泉岛趣谈

据史料记载,1909年,清朝广东水师提督李准巡海时,发现岛上中部低地有淡水井两口,泉水甘甜可饮用,即称:已得淡水食之甚甘,掘地不过丈余耳,余尝之果甚甘美,即以名甘泉岛,勒石坚桅,挂旗为纪念焉,甘泉岛由此得名。

除了甘泉水井之外,根据考据资料记载,岛上还埋有大量的唐宋时期文物。1974年,广东省博物馆和海南行政区文化局对甘泉岛进行调查和试掘,发现唐宋居住遗址1处、珊瑚石小庙3座,出土遗物37件。可以说,正是由于土壤提供的稳定保存环境,使得这些文化能够长久地保存,成了中国先民开发、利用、经营西沙群岛的直接物证。clip_image021.jpg

专家组在分析研讨甘泉岛的地形、植被和土壤分布规律。

 甘泉岛是一个典型的碟型洼地。通过卫星影像,我们可以看出甘泉岛具有明显的环带状结构:最外圈是白色的沙滩,往内是茂密深绿的植被,最内部是相对稀疏的植被,间有裸露的浅灰色岩石。

实际上,这种结构与甘泉岛的地形高度吻合:从海平面开始向内,海拔逐渐升高,越过沙堤顶部,海拔又缓慢下降,最后是一片相对平缓的洼地。由于沙堤以内地形相对稳定,有利于植被的生长,大量的有机物质输入土壤,促进了土壤的形成。可以说,甘泉岛的土壤分布是西沙群岛中碟型洼地类岛屿的一个缩影

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甘泉岛上的典型土壤剖面、景观照及沙盘模型。卫星影像来源于“GPS工具箱”APP,由张永发提供;沙盘模型由王秋兵教授塑造、杨顺华绘制

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专家在讨论甘泉岛土壤形成。上图从左至右依次为南京农业大学潘剑君教授和李兆富教授、沈阳农业大学王秋兵教授和笔者。(朱福斌 摄)

 甘泉岛洼地灌丛中的土壤引起了全体队员的热烈讨论62日,在王秋兵、吴克宁(中国地质大学(北京))、潘剑君和李兆富四位教授的指点下,我和孟龙威(海南省环境科学研究院)在灌丛中选定了一个剖面点位。次日,全体队员集中到这个点位开始挖掘采样。

本以为这是一个典型的“A+R”(腐殖质层+基岩层)土壤,我们只准备沿着灌木根部挖掘30cm就作罢。张冬明研究员(海南省农业科学院)坚持继续向下挖掘,打破土体中18~40cm“R”层,发现40~55cm之间竟然还埋藏着一个富含腐殖质和植物根系的土层,55~63cm之间为半风化层,63cm以下又出现了一个“R”层。这个土体竟有一种空腔结构,还在表层和空腔内分别发育了一个腐殖质层!

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甘泉岛洼地灌丛土壤剖面照。土体18~40cm为一个基岩层,63cm以下又出现了一个基岩层,两者之间为一个充满土壤和植物根系的腔室,十分独特。

 这可让鉴定土壤类型的专家犯了难

有专家认为18~40cm土层中有磷和钙的胶结,是土壤形成过程的产物,是由剖面周边裸露基岩(珊瑚灰岩)区径流水中所含碳酸盐在汇入土壤后在凝结而形成的次生碳酸钙,应划为钙磐-磷磐层。五个土层从上到下依次为Ah1(腐殖质层1-Bkmφ(钙磐-磷磐层)-Ah2(腐殖质层2-Bkm(钙积-磷积层)-C(母质层),土壤名称为磷质钙质湿润雏形土。也有专家认为这种土壤结构在碳酸盐岩地区十分常见,是水分和土壤沿着岩石裂隙漏到了下层的空腔,然后继续发育的结果,其中的B层仍然为基岩层,层次可划分为Ah1-R1-Ah2-Bkm-R2,土壤名称应为钙质湿润正常新成土。是B层还是R层?是雏形土还是新成土?一时难有定论,最终结果仍有待进一步的分析和探讨

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甘泉岛洼地灌丛土壤剖面中的钙磐-磷磐层(左图); 撬开18~40cm土层的上部,可见被胶结的贝壳(右图)。

 第四站:羚羊礁——珊瑚搭建的房子

离开甘泉岛后,我们继续向羚羊礁进发。羚羊礁的礁坪十分广阔,点缀着星星点点的礁石,为了安全登陆,我们在小艇上航行了大约40分钟。

与鸭公岛类似,羚羊礁的上也没有原位发育的自然土壤,岛上的母质是粗大的珊瑚和贝壳碎屑。从别处运来的砖红壤陈铺在渔民的房前屋后,椰树和海滨木巴戟等树木已经长得郁郁葱葱。

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羚羊礁的礁坪和礁石(上图);用珊瑚搭建的房子和花坛(下图),体现了珊瑚的建筑材料功能

 第五站:晋卿岛——这里有点像瑙鲁!

坐上离开羚羊礁的小艇,我们驶向了永乐群岛的最后一站——晋卿岛。取名晋卿岛是为了纪念明朝的三佛齐宣慰使施晋(进)卿,此君曾在永乐五年(1407年)协助郑和击败海盗陈祖义。

有了甘泉岛的土壤分布经验模型,登岛前我们对晋卿岛的土壤分布已经有了大致的猜测——近似椭圆的形状、菜碟般的地形、环带状分布的植被以及相应的土壤。剩下的,就是去实地进行考察验证,并期待着一些新的发现。果不其然,在晋卿岛的腹地时,有了新的发现——磷质石灰土

 我们照例根据地形和植被的分布规律设置了三个采样点,其中一个位于晋卿岛的中部。本来没有抱什么特别的期待,但是地表裸露的白色石头引起了吴克宁教授的注意,随即找来潘剑君教授和王秋兵教授共同会诊,三位专家当即决定就地挖掘土壤剖面,以做进一步观察。

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晋卿岛2号点的分布位置及裸露地表的白色石头”——鸟粪磷矿

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晋卿岛2号点位土壤剖面(左图)及其景观照(右图)。左图中0~30公分土体内为磷积层,鸟粪磷矿即在此层次中富集,向下为细砂质土体

 顾名思义,磷质石灰土是一种富含碳酸盐和磷酸盐的土壤。早先,我国对西沙群岛土壤没有进行统一命名与分类。1977年,龚子同先生等人在实地考察的基础上,出版《我国西沙群岛的土壤和鸟粪磷矿》一书,提出了西沙群岛土壤分类方案,并首次将这种土壤命名为磷质石灰土,在第二次全国土壤普查中得到了应用。称作石灰土很好理解,因为这里的成土母质基本是化学组成单纯的珊瑚和贝壳(95%以上为碳酸盐)。那么,这里的磷素又是从哪里来的呢?答案藏在鸟粪里

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东岛上栖息的海鸟(杨安富摄)

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西沙群岛金银岛的磷质石灰土剖面(左图;龚子同摄,1974年)及其磷积层的显微照片(右图;曹升庚 摄)

 在某些岛屿的中部位置,长有茂密的植被,吸引了大量的海鸟前来筑巢栖息,远远望去,成群的鸟儿就像一片成熟待采的白色棉田。吃饱了鱼儿的鸟直接下起了粪便雨,使得富含磷素的鸟粪不断进入土壤,在时间的催化下,这些粪便不断腐败、分解和胶结成矿,与原有的土壤融为一体,最终形成了富有西沙群岛特色的磷质石灰土。变得更为肥沃的土壤进一步滋养植被,茂盛的植被又引来了越来越多的海鸟。就这样,鱼吃草,鸟吃鱼,排出粪便把土肥,土肥催生长大树,引来更多鸟栖息······多么生动的一幅地球元素循环图景啊

“磷质石灰土”的名称虽然简单明了,但缺少定量化的土壤类型鉴定标准。中国土壤系统分类的建立克服了这一难题【插入链接:乌克兰为什么“面包篮子”?得从黑土说起】,常用“**雏形土”(如磷质钙质湿润雏形土)表示磷质石灰土。对于“鸟粪层”厚到一定程度的土壤,还可划分至均腐土纲。据记载,1974年时金银岛的鸟粪层有80公分厚,因而被划为富磷岩性均腐土。如今,随着西沙群岛土系的建立,我们对西沙群岛的土壤有了更为深刻的认识。

西沙群岛的土壤本来十分贫瘠,磷质石灰土的形成为植物的生长提供了重要的磷肥。若采取有节制的利用方式,这本是一种取之不尽、用之不竭的肥料资源。遗憾的是,由于种种原因,我们看到的这个剖面,其磷积层现在仅有约30公分,大多海鸟已移居东岛等其他岛屿。从土壤多样性的角度来看,原有的肥沃均腐土变成了现在的雏形土乃至新成土,这其实就是一种土壤退化。瑙鲁之殇,殷鉴不远

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鸟粪磷矿特写照;掰开后,可见亮黄褐色的磷酸盐胶结物


 西边的宣德群岛:有个岛上有来自全国各地的土壤

 查看了晋卿岛的粪土后,经过一夜的航行,我们到达了宣德群岛,它由永兴岛-石岛、七连屿、宣德环礁、银砾滩及暗滩等组成。其中七连屿是赵述岛、北岛、中岛、南岛、北沙洲、中沙洲、南沙洲等七个小岛的统称,广义上还包括西沙洲、三峙仔和西新沙洲。

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宣德群岛卫星影像和我们的登岛顺序:西沙洲赵述岛北岛永兴岛

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西沙洲景观,远处平地为海鸟繁殖核心区域,不得随意入内

 第一站:西沙洲——此行的最大险情

西沙洲是我们在宣德登陆的第一个岛屿。登陆西沙洲,我们遇到了此行最大的险情

当天一大早,海面狂风大作、暴雨如注,翻滚的海潮和摇晃的船体已经劝退了一拨科考队员。趁着歇雨的间歇,临时成立的敢死队下到小艇,直奔西沙洲。最危险的环节在于从大船换小艇,摇晃的小艇不停往大船上撞,下绳梯时,稍不留神,脚就有可能被小艇挤压折断。不过,在渔民的大力帮助下,全员登上西沙洲,不一会儿,暴雨就停了。

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西沙洲上的岛礁植树行动纪念碑。

2015年以来,三沙市政府开展了大规模的岛礁植树行动。西沙洲的植物种类很多,有草海桐、抗风桐、琼崖海棠、椰子树、海人树等,其中木麻黄和草海桐是其优势树种,长得十分茂盛。

在岛上绕岛一周,我们发现该岛几乎全由珊瑚砂组成,没有看到原地发育的自然土壤。最后,我们在植被最为茂盛的木麻黄林中,选择了一个点位,挖掘并观察了一个土壤剖面。从剖面形态上来看,表层覆盖了厚厚的一层枯枝落叶,其下通体砂质,明显是近期沉积的幼年土壤。

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西沙洲剖面及其所在木麻黄林地的内部景观(上排图);地表的枯枝落叶尚未发生明显腐解(下排图)

由于下午2点后就要开始退潮,礁坪上的水会不断下降,纵然是小艇也难以驶出礁坪,存在夜宿西沙洲、寂寞沙洲冷的风险。因此,我们在西沙洲急忙采集了一个剖面样和两个表层样,就不得不在下午1点前打道回府。

 第二站:赵述岛——华夏沃土林

赵述岛是七连屿中面积较大的一个岛屿,它是七连屿管理委员会的驻地,基础设施建设得较完善,不仅建有码头和环岛公路,还有专门的海水淡化和污水处理等设施,民房也很有特色,就连菜园也有一个清晰素雅的名字——溢香园。赵述岛的地形、植被土壤分布规律与晋卿岛大致相当,典型的磷质石灰土主要分布在岛屿的中部,这里不再赘述。

 

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赵述岛剖面及其中的鸟粪磷矿

在赵述岛码头附近,有一个华夏沃土林引起了大家的注意。2017年,三沙市政府举办了一个华夏沃土汇三沙土壤征集活动,利用31个省市自治区及港澳台地区的土壤和母亲河之水种植了1华夏同心树34兄弟树。运土船从郑和下西洋的起点南京明代宝船厂遗址启程,漂洋过海送到赵述岛,土壤将祖国大陆与这里紧紧连在了一起!

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赵述岛的华夏沃土林陈铺了来自全国各地的土壤

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赵述岛洼地景观(左图);赵述岛海岸景观(右图)

 第三站:北岛——看到了绝望海龟

作别了美丽又温暖的赵述岛,我们来到了以盛产海龟而闻名的北岛。与前述岛屿不同的是,北岛的鸟粪磷磐出现的位置更深,分布在60cm以下,且胶结的颗粒更粗。可能由于该点位于斜坡上的缘故,物质不易堆积,这个剖面的颜色比处于洼地的赵述岛和晋卿岛剖面更浅一些,但究竟是什么原因,还有待进一步的分析。

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北岛剖面(左图)及其磷磐(右图)

 在下雨无法开展工作的间隙,我们参观了岛上的海龟保护中心。从工作人员那里得知,中心的海龟主要来自于海洋渔业捕捞公司。他们救助的海龟要么是受了外伤,要么是误食了塑料。由于海龟无法消化分解塑料,导致其难以下潜捕食,只能绝望地漂浮在海面上,等待最后一刻的来临clip_image058.jpg

因误食塑料而难以下潜的海龟

 第四站:永兴岛

离开北岛,我们去往此行的最后一站——永兴岛。

永兴岛是三沙市政府驻地,2012724日,三沙市正式成立。从码头出发,沿着永兴岛的主干道直行,可以看到邮局、宾馆、学校、电影院、饭店、商店等各种设施,真可谓麻雀虽小五脏俱全,而且学校、电影院、医院等公共场所都是免费开放的。202369日,带着一路走来的收获,我们作别了西沙群岛。

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永兴岛上的中国科学院实验站和北京路

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西沙宾馆和椰林大道

 结语

此次历时12天的科考,我们共登上9座岛屿,调查采样了11个土壤剖面,成土母质均为珊瑚和贝壳残体,鉴定的土壤系统分类类型主要是磷质钙质湿润雏形土、磷质湿润正常新成土、普通湿润正常新成土和钙质湿润正常新成土。这些宝贵的土壤样品,不仅将作为科学研究的重要素材,揭开西沙土壤形成的奥秘和指导岛民科学改土,还将被做成标本进行科普展示

对于碟形洼地类岛屿,如甘泉岛、晋卿岛和赵述岛,地形相对稳定,成土年龄更老,土壤的分布与植被带相适应,成环带状分布,沙堤内外两侧分别为雏形土和新成土。这些雏形土,多为受鸟粪输入影响很大的磷质石灰土。土壤的厚度取决于形成速率和侵蚀速率之间的平衡。随着部分海鸟的离去,物质输入量减少,如何可持续地保护和利用这些残余的粪土资源,将是一个值得研究的问题

对于沙洲类岛屿,如银屿和西沙洲,土壤发育时间短,整体受海水的影响依然较大,尤其是西沙洲,下掘后很快就可见有腐臭气味的海水渗出,土壤为年轻的新成土。人工造林对于稳定地形和发育土壤具有重要的意义,但植被受到风害、盐害的影响较大,植被失绿的现象也比较常见。除了覆盖砖红壤和掺施岛上自产粪土等方式改良培肥土壤外,部分有条件的岛屿还搭建了育苗大棚,防止幼苗受到暴风、暴雨、暴晒、缺素、盐害、虫害甚至水土流失等威胁。如何防治此类问题仍需进一步分析和研究

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西沙洲上罹患失绿症的椰子树和晋卿岛上受到害虫侵扰的榄仁树

 在浩瀚无边的海洋里,西沙群岛只是沧海一粟。然而,这些星星点点的岛屿却发挥着极其重要的作用,战略意义不言而喻。岛上的土壤虽然少又相对贫瘠,但却是渔民安家、发展生产、绿化海岛和维持生态系统平衡的重要元素,对于建设、利用和保护岛屿具有十分重要的意义。

吾土虽少,魂系神州!吾土虽瘦,必肥华夏!


主要参考文献:

1.       安磊,曹凤,张治国,邓启江. 甘泉岛[N]. 人民日报海外版, 2021-1-11,第11.

2.       龚子同,张甘霖,张楚,杨顺华. 土壤:地球的皮肤——从邮文化讲述土壤学的故事[M]. 北京:科学出版社, 2021.

3.       广东省植物研究所考察组. 西沙群岛自然环境条件和主要土壤类型[J]. 土壤,1975,1):57-60.

4.       王迎春. 西沙永乐群岛甘泉岛唐宋遗址:甘泉未竭,遗风犹存[N]. 海南日报,2020-12-21,第15.

5.       杨安富,胡玉麟,林天,李德成,王登峰,章明奎,卢瑛,张甘霖. 中国西沙群岛土系的建立[J]. 土壤学报,2022593):667–677.

6.       张甘霖,李德成. 野外土壤描述与采样手册[M]. 北京:科学出版社,2022.

7.       张甘霖,王秋兵,张凤荣,吴克宁,蔡崇法,章明奎,李德成,赵玉国,杨金玲. 中国土壤系统分类土族和土系划分标准[J]. 土壤学报,201350(4): 826-834.

8.       张甘霖. 我国土壤学家的南海情结[N]. 中国科学报,2016-12-05,第6.

9.       张少若,梁继兴,林电. 西沙群岛土壤磷的分布、形态和性质[J]. 热带作物学报,1995, 16(1): 48-54.

10.    中国科学院南京土壤研究所土壤系统分类课题组和中国土壤系统分类课题研究协作组, 第三版[M]. 合肥:中国科学技术大学出版社,2001.

11.    中国科学院南京土壤研究所西沙群岛土壤考察组. 我国西沙群岛的土壤和鸟粪磷矿[M]. 科学出版社,1977.

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