張 楚 袁大剛 宋易高 陳劍科 付宏陽

(四川農(nóng)業(yè)大學資源學院，成都 611130)

有機土壤物質(zhì)是指經(jīng)常被水分飽和，具高量有機碳的泥炭、腐泥等物質(zhì)，或被水分飽和時間很短，具有極高量有機碳的枯枝落葉質(zhì)物質(zhì)或草氈狀物質(zhì)［1］。具有機土壤物質(zhì)特性的土壤在顏色、質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、肥力和元素組成等各方面性狀均與其他礦質(zhì)土壤存在極為明顯的區(qū)別［2-3］。因此，研究此類土壤在系統(tǒng)分類中的歸屬對土壤分類理論研究和土壤資源利用管理實踐等有著重要的意義。

川西地區(qū)位于青藏高原東南緣，地勢高亢，氣候寒冷，干濕季分明。區(qū)內(nèi)分布有大面積的草原和濕地，這些環(huán)境下有機質(zhì)來源充足而礦化分解緩慢，導致土體中有機物質(zhì)大量積累［4-7］，形成了豐富的泥炭資源［8］，具有巨大的研究和利用價值［9］。針對川西地區(qū)土壤有機質(zhì)或有機碳的研究較多［10-12］，但這些研究多基于發(fā)生學分類。近年我國其他地區(qū)的土壤系統(tǒng)分類研究已經(jīng)取得了較大進展［13-15］，并且對有機土建立了一定數(shù)量的土系［16］。但相比而言，川西地區(qū)土壤系統(tǒng)分類仍處于起步階段。高以信和李明森［17］參考了《中國土壤系統(tǒng)分類（首次方案）》和《中國土壤系統(tǒng)分類（修訂方案）》對橫斷山區(qū)土壤進行過研究，引入了明確的鑒定指標，但受當時研究條件的限制，命名仍然延續(xù)了發(fā)生學名稱，其分類系統(tǒng)屬于發(fā)生分類向系統(tǒng)分類的過渡。夏建國等［18］基于第二次土壤普查數(shù)據(jù)對四川土壤進行過系統(tǒng)分類的初步研究，但土壤普查數(shù)據(jù)大多難以達到系統(tǒng)分類的要求。何毓蓉等［19］對貢嘎山東坡林地6個土壤剖面進行過系統(tǒng)分類研究，劃分為4個新成土和2個雛形土，除表層有2 ～ 5 cm枯枝落葉層或苔蘚層外，其他土層不具有機土壤物質(zhì)特性。綜上所述，目前針對川西地區(qū)尤其是具有機土壤物質(zhì)特性的土壤的系統(tǒng)分類研究仍極少報道。

基于此，本文選取川西地區(qū)6個具有機土壤物質(zhì)特性的單個土體作為研究對象，根據(jù)其景觀和剖面形態(tài)學特征的描述及土壤理化性質(zhì)的分析，確定診斷層和診斷特性，進一步確定其在中國土壤系統(tǒng)分類中的歸屬，以期充實中國土壤系統(tǒng)分類，并為該類土壤合理利用與管理提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

川西地區(qū)是青藏高原東南緣和橫斷山脈的一部分，屬于中國地勢第一臺階向第二臺階的過渡地帶。地理坐標大致在26°04′～34°20′N，97°22′～103°40′E之間，總面積約30×104km2，占四川省總面積近2/3。平均海拔在2 800 m以上，是四川省地勢最高的地區(qū)；地形地貌復雜，以丘狀高原、高山峽谷為主；氣候類型多樣，垂直地帶性明顯，隨海拔升高，依次出現(xiàn)亞熱帶、暖溫帶、寒溫帶、亞寒帶、寒帶和永凍帶氣候，但主要為溫帶氣候，大部分地區(qū)夏季溫涼，冬春寒冷，干濕季分明。植被類型主要受海拔和氣候影響，海拔3 400～4 000 m的地區(qū)種植業(yè)基本絕跡，4 000～4 200 m的地區(qū)則為森林分布的上限，整個川西地區(qū)以高山草甸和亞高山草甸分布面積最廣。區(qū)內(nèi)砂巖、頁巖、石灰?guī)r和泥質(zhì)巖類分布廣泛，其殘積和坡積風化物是川西地區(qū)最主要的成土母質(zhì)，此外若爾蓋、紅原等地的沼澤濕地環(huán)境，形成了較大面積的湖積物［20］。受復雜的成土環(huán)境影響，川西地區(qū)土壤類型多樣，垂直地帶性明顯，是研究土壤發(fā)生過程和系統(tǒng)分類的重要區(qū)域。

1.2 樣品采集與氣候數(shù)據(jù)統(tǒng)計

依據(jù)第二次全國土壤普查資料，綜合研究區(qū)地形、植被、土壤類型、交通條件等情況，于2015年7—9月選定6個樣點（表1）進行土壤調(diào)查與采樣。利用手持GPS記錄采樣點的經(jīng)緯度及海拔等信息，按照《野外土壤描述與采樣規(guī)范》［21］要求挖掘土坑、修理剖面、劃分土層，記錄各層深度范圍、顏色、質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、新生體、侵入體、石灰反應(yīng)和亞鐵反應(yīng)等信息，拍攝景觀和剖面照片；自下而上分別采集各土層分析樣品和紙盒標本。

原始氣候數(shù)據(jù)源于四川省160個氣象站點的地面氣候資料（1951—1980年）。年均土溫采用回歸克里格法預測得到［22］；年均降水量直接由原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到；年均潛在蒸散量由FAO推薦的Penman-Monteith公式計算得到［23］。供試土壤的形成環(huán)境見表1。

表1 供試土壤的形成環(huán)境Table 1 Soil forming environments of the soils studied

1.3 指標測定

土壤顏色按《中國標準土壤色卡》［24］比色，其余指標按《土壤調(diào)查實驗室分析方法》［25］和《Kellogg Soil Survey Laboratory Methods Manual》［26］測定。顆粒組成采用吸管法測定，pH采用電位法測定（水提pH以無CO2蒸餾水浸提，土水比1︰2.5；鹽提pH以0.01mol·L-1CaCl2溶液浸提，土液比1︰2［26］），碳酸鈣相當物采用容量滴定法測定，陽離子交換量采用乙酸銨（pH 7.0）交換法測定，交換性鹽基采用原子吸收光譜（Ca、Mg）和火焰光度計（K、Na）法測定，纖維物質(zhì)采用對開半注射器體積估測法測定，有機物顏色采用焦磷酸鈉浸提比色法測定，有機碳采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測定，土壤礦物采用X射線衍射儀鑒定。

2 結(jié) 果

2.1 土壤剖面特征

由表2可知，供試土壤干態(tài)顏色以黑棕色為主，潤態(tài)顏色以黑色和黑棕色為主，色調(diào)均以10YR為主，干態(tài)明度大部分集中在2和3，潤態(tài)明度絕大部分集中在2，干態(tài)彩度集中在2和3，潤態(tài)彩度集中在1，除少數(shù)土層外，各剖面顏色均較深。51-100剖面顏色突變明顯，三個土層呈不同顏色。土壤結(jié)構(gòu)為團粒狀或亞角塊狀。51-023剖面的118 ～ 150 cm處有中量銹紋銹斑，其形成與地下水位的升降有關(guān)。51-052剖面的58 cm以上和51-100剖面的40 cm以上層次有少量銹紋銹斑，且51-052剖面的20 ～ 58 cm有多量黏粒膠膜，反映出地表水長期淋溶與季節(jié)性滯留的并存。51-023和51-024的全土層均有較強的石灰反應(yīng)，兩個剖面采集地點接近，所含石灰應(yīng)該均來源于河流沖積母質(zhì)。51-096和51-100剖面的底層均有中度亞鐵反應(yīng)，說明其底層經(jīng)歷了較強烈的潛育化過程。

2.2 土壤理化性質(zhì)

由表3可知，供試土壤礦質(zhì)土層顆粒組成以粉粒為主，質(zhì)地以粉砂壤土為主。對51-052和51-096剖面上部成土物質(zhì)均勻的礦質(zhì)土層計算黏化率，以51-052剖面20 ～ 58 cm的黏化率最大，為1.64。

表2 供試土壤的剖面特征Table 2 Morphological characteristics of the soil profiles studied

續(xù)表

表3 供試土壤的物理性質(zhì)Table 3 Physical properties of the soils studied

由表4可知，51-023全剖面和51-024剖面的150～190 cm土層pH (H2O)＞7，呈中性或偏堿性，其余土層pH (H2O)＜7，呈中性或酸性。51-105剖面pH (H2O)最低，全剖面均在5以下。51-023和51-024剖面全土層均有較高含量的碳酸鈣。51-052的0～20 cm和51-096的21 cm以上兩層也含有微量的碳酸鈣，導致這三個土層的pH (H2O)高于同剖面其他土層而呈中性。供試土壤陽離子交換量（CEC）介于5.60～96.85 cmol·kg-1之間，變化范圍大，其中僅有5個土層CEC＜20 cmol·kg-1，說明供試土壤具有良好的保肥供肥能力。鹽基飽和度（BS）在各剖面的中性及石灰性土層中＞50%，達到飽和［1］，在酸性土層中則較低，尤其是51-105剖面，鹽基飽和度僅在5.77%～15.38 %之間。

表4 供試土壤的化學性質(zhì)Table 4 Chemical properties of the soils studied

2.3 有機土壤物質(zhì)基本性質(zhì)

由表5可知，供試土壤有機土壤物質(zhì)的搓后纖維含量介于4%～84%之間。其中10個土層含量小于16.7%（即小于1/6），9個土層介于16.7%～75%（即1/6～3/4），4個土層大于75%（即大于3/4）。用飽和焦磷酸鈉溶液與有機土壤物質(zhì)混合制成的泥漿，在白色濾紙上所顯顏色以棕色和濁黃橙色為主。供試土壤有機土壤物質(zhì)的有機碳含量介于117.83～464.79 g·kg-1之間，平均值為278.42 g·kg-1，遠高于全國平均水平［27］。按照全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準，有機碳含量均達到一級標準，可見供試土壤有機土壤物質(zhì)中有機碳極為豐富。51-023和51-024剖面的有機土壤物質(zhì)均為高腐有機土壤物質(zhì)，51-052、51-096和51-100剖面均為半腐有機土壤物質(zhì)，51-105剖面表層至43 cm深度為半腐有機土壤物質(zhì)，下部為纖維有機土壤物質(zhì)。

表5 有機土壤物質(zhì)基本性質(zhì)Table 5 Basic properties of the organic soil materials

2.4 土壤診斷層和診斷特性

2.4.1 診斷表層 （1）有機表層：51-023、51-024和51-105剖面表層常年超過一個月被水分飽和，水蘚纖維按體積計小于75%，有機土壤物質(zhì)為高腐或半腐，厚度分別為27、25和20 cm，黏粒含量少，而有機碳含量高，符合有機表層的泥炭質(zhì)表層要求。（2）淡薄表層：51-052和51-096剖面表層土壤潤態(tài)明度均小于3.5，干態(tài)明度均小于5.5，潤態(tài)彩度均小于3.5，有機碳含量均大于6 g·kg-1，鹽基飽和度均大于50%，呈粒狀結(jié)構(gòu)或亞角塊狀結(jié)構(gòu)，但表層厚度分別為20、12 cm，均未達到暗沃表層要求的25 cm，應(yīng)歸屬于淡薄表層。51-100剖面表層土壤顏色較淡，其潤態(tài)明度和彩度均大于3.5，干態(tài)明度大于5.5，也屬于淡薄表層。

2.4.2 診斷表下層 黏化層：51-052剖面20～58 cm土層黏化率大于1.2，其上界位于淀積層上界向下30 cm范圍內(nèi)，厚度大于7.5 cm，屬于黏化層［28］。

2.4.3 診斷特性 （1）有機土壤物質(zhì)：51-023和51-024剖面的控制層段中，搓后的纖維含量不足1/6，其焦磷酸鈉提取液在濾紙上所顯顏色的明度和彩度，均處于比色卡5/1的右方和下方范圍內(nèi)，屬于高腐有機土壤物質(zhì)。51-052、51-096和51-100剖面的控制層段及51-105剖面的表層段中，搓后的纖維含量介于1/6～3/4之間，屬于半腐有機土壤物質(zhì)。51-105剖面表下層段和底層段中，搓后的纖維含量超過3/4，屬于纖維有機土壤物質(zhì)。（2）土壤水分狀況：結(jié)合川西地區(qū)歷年氣候資料，根據(jù)Penman經(jīng)驗公式估算出的年干燥度表明，供試土壤所處區(qū)域以半干潤土壤水分狀況為主。但由于51-023、51-024和51-105剖面分別處于河流近岸處、河流階地和山間湖盆等平坦低洼處，全部或部分土層長期被地下水或毛管水飽和，應(yīng)屬于潮濕土壤水分狀況。而51-052、51-096和51-100剖面土表至2 m內(nèi)具有機土壤物質(zhì)，使土層在大多數(shù)年份有相當長的濕潤期，雨季被地表水或上層滯水飽和，土層中出現(xiàn)氧化還原特征或潛育特征，應(yīng)屬于滯水土壤水分狀況。（3）土壤溫度狀況：基于四川省160個氣象站點的地面氣候資料（1951—1980年），建立四川省土壤溫度空間分布模型［22］。輸入供試土壤的經(jīng)緯度和海拔數(shù)據(jù)，提取其土壤溫度狀況。51-023、51-024、51-052、51-096和51-100剖面年平均土溫介于0～8℃，但51-052剖面夏季平均土溫高于寒性土壤溫度狀況的標準，所以51-023、51-024、51-096和51-100剖面為寒性土壤溫度狀況，而51-052為冷性土壤溫度狀況。51-105剖面年平均土溫介于8～15℃，屬于溫性土壤溫度狀況。（4）潛育特征：51-096和51-100剖面底層的土壤基質(zhì)色調(diào)分別為7.5YR和10YR，潤態(tài)明度均為5，潤態(tài)彩度均為1，濕土土塊的新鮮斷面遇到鄰菲羅啉試劑顯紅色，符合潛育特征的診斷標準。（5）氧化還原特征：51-023剖面的底層、51-052和51-100剖面的表層分別出現(xiàn)了中量或少量的銹紋銹斑，說明土壤受季節(jié)性水分飽和，具有氧化還原特征。

2.5 高級分類單元的劃分

對于具有機土壤物質(zhì)特性的土壤，首先要判斷其是否屬于有機土綱。根據(jù)上述診斷層和診斷特性，按照《中國土壤系統(tǒng)分類檢索（第三版）》［1］，對供試土壤進行順序檢索，獲得其高級分類位置（表6）。

51-024和51-105剖面全土層無火山灰特性，無礦質(zhì)土層，屬于有機土。51-023剖面無火山灰特性，土壤長期被地下水或毛管水飽和，自土表至85 cm范圍均為高腐有機土壤物質(zhì)，屬于有機土。51-096剖面無火山灰特性，土壤長期被上層滯水飽和，有84 cm厚的半腐有機土壤物質(zhì)，其上界位于土表至40 cm范圍內(nèi)，屬于有機土。51-100剖面僅有20 cm的半腐有機土壤物質(zhì)，不足總土層2/3，不屬于有機土，而在土表至50 cm范圍內(nèi)有大于等于10 cm土層呈現(xiàn)潛育特征，屬于潛育土。51-052剖面土表至58 cm范圍內(nèi)均為礦質(zhì)土壤，有機土壤物質(zhì)上界出現(xiàn)位置過深，不屬于有機土，而20～58 cm的礦質(zhì)土層為黏化層，應(yīng)屬于淋溶土。

確定供試土壤的土綱之后，繼續(xù)檢索至亞類。其中51-105剖面控制層段中含有半腐和纖維兩種有機土壤物質(zhì)，但在有機土土類命名時以表層段占優(yōu)勢的半腐有機土壤物質(zhì)命名。最終劃分為6個不同亞類，結(jié)果見表6。

2.6 基層分類單元的劃分

根據(jù)《中國土壤系統(tǒng)分類土族和土系劃分標準》［29］，對供試土壤的基層分類單元進行檢索，先確定土族鑒別特征（表7），再給土族命名，最后根據(jù)土系鑒定特征確定土系（表8）。

如表7所示，在土族劃分時，對于礦質(zhì)土壤要依據(jù)控制層段內(nèi)的顆粒大小級別與替代，礦物學類型，石灰性和酸堿反應(yīng)類別以及土壤溫度等級四項鑒別特征來命名，而有機土因其特殊性，與礦質(zhì)土壤有一定區(qū)別，顆粒大小級別僅用于有機土中的礦底亞類的土族名稱，而且礦底亞類的礦質(zhì)土層的礦物學類別檢索與礦質(zhì)土壤相同，對于形成于湖積物質(zhì)的有機土，其礦物學類別有糞粒質(zhì)型、硅藻質(zhì)型和灰泥質(zhì)型三種。礦質(zhì)土壤的石灰性和酸堿反應(yīng)類別包括鋁質(zhì)、石灰性、酸性和非酸性四類，而有機土的酸堿反應(yīng)類別只有弱酸性和強酸性兩類。

表6 供試土壤的診斷層、診斷特性和亞類命名Table 6 Diagnostic horizons, diagnostic characteristics and subgroup of the soil profiles studied

表7 供試土壤土族控制層段內(nèi)鑒別特征Table 7 Identification characteristics of soil families in the control section of the soil profiles studied

因為6個供試土壤剖面劃分為6個不同的土族，所以能夠進一步劃分為6個不同土系（表8）。其中51-023和51-024剖面均采集于若爾蓋縣班佑鄉(xiāng)多瑪村，考慮到采集先后順序及區(qū)域代表性，將51-023命名為班佑系，51-024命名為多瑪系。51-052、51-096和51-100剖面也分別以中心村名稱命名為葛卡系、黑斯系和壤口系。51-105剖面靠近鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)名稱命名為書古系。

3 討 論

3.1 土壤發(fā)生分類與系統(tǒng)分類的參比關(guān)系

根據(jù)《四川土種志》［30］等資料，認為6個供試土壤剖面在發(fā)生分類中應(yīng)該歸屬于水成土土綱，礦質(zhì)水成土、有機水成土2個亞綱，沼澤土、泥炭土2個土類，泥炭沼澤土、低位泥炭土2個亞類（表9）。與系統(tǒng)分類劃分的高級分類單元潛育土和有機土有一定的對應(yīng)關(guān)系。但發(fā)生分類更為注重成土條件和推測的成土過程，而不重視土壤本身的屬性，容易將同一區(qū)域具有近似生物氣候條件的土壤均劃分為同一類型。系統(tǒng)分類是建立在一系列定量化的診斷層和診斷特征基礎(chǔ)上，注重土壤本身的屬性，對于同一區(qū)域不同土壤類型的劃分更為精準。

表8 供試土壤在系統(tǒng)分類基層分類單元的歸屬Table 8 Attribution of the soils studied at the grass-root taxon level of the soil taxonomy

表9 土壤發(fā)生分類與系統(tǒng)分類在亞類的參比Table 9 Reference between the soil genetic classification and the soil taxonomy at the subgroup level

3.2 《中國土壤系統(tǒng)分類檢索（第三版）》存在的問題與修訂建議

供試土壤剖面特征和理化性質(zhì)分析均表明，具有機土壤物質(zhì)特性的土壤和普通礦質(zhì)土壤在肥力和物理機械性能等方面均有較大差異，與丁祖德等［31］研究結(jié)果一致。但從分類結(jié)果來看，除有機土外，其他土綱的系統(tǒng)分類命名并不能很好地反映出有機土壤物質(zhì)的大量積累。以黏壤質(zhì)硅質(zhì)混合型非酸性-斑紋簡育冷涼淋溶土（51-052）為例，該剖面58 cm以下均為半腐有機土壤物質(zhì)，厚度超過110 cm，相比礦質(zhì)的典型淋溶土有明顯的區(qū)別［32］，但從其命名中難以看出兩者的差異。因此，建議在土族或更高分類單元的命名中適當增加有機土壤物質(zhì)特性的相關(guān)名稱。例如，在土族劃分標準中針對含有機土壤物質(zhì)的礦質(zhì)土壤增加有機土壤物質(zhì)類型作為鑒別特征。

3.3 土壤系統(tǒng)分類劃分要點

由于有機土壤與礦質(zhì)土壤有著顯著的差異，所以要確定具有機土壤物質(zhì)特性的土壤在系統(tǒng)分類中的歸屬，首先要判斷其是否屬于有機土綱。對于鑒別有機土綱，土壤水分狀況是鑒別的基礎(chǔ)；有機土壤物質(zhì)的厚度，其占總土層厚度的比例以及其上界所處深度是鑒別的主要標準。確定為有機土綱后，根據(jù)是否含礦質(zhì)土層和礦質(zhì)土層所處深度不同又可以分為三類，即控制層段內(nèi)無礦質(zhì)土層，礦質(zhì)土層位于土表起40 cm內(nèi)（埋藏亞類）和礦質(zhì)土層上界位于表下層段內(nèi)（礦底亞類）。若不滿足有機土綱的鑒別條件，則僅根據(jù)礦質(zhì)土層的形態(tài)特征及理化性質(zhì)來進行分類。

從診斷層和診斷特性來看，有機土并不一定具有機表層，如埋藏亞類的有機土（51-096）可以具腐殖質(zhì)表層。要確定地形、氣候條件復雜區(qū)域的土壤水分狀況，除了分析歷年氣候資料外，還要結(jié)合土壤所處地形部位、周邊水文狀況和剖面形態(tài)特征等因素綜合判斷。

4 結(jié) 論

川西地區(qū)具有機土壤物質(zhì)特性的土壤地表以草甸植物或沼澤植物為主，生物量大，有機土壤物質(zhì)來源充足，而且多分布于海拔高且地形平緩的洼地，導致土壤長期處于陰冷潮濕缺氧的環(huán)境中，有機土壤物質(zhì)被微生物分解礦化的速度慢，因此在剖面中大量積累。受有機土壤物質(zhì)中腐殖酸的影響，土壤剖面的顏色整體偏深，結(jié)持疏松，pH多偏酸性，但陽離子交換量高。供試土壤系統(tǒng)分類歸屬于有機土、潛育土和淋溶土3個土綱，進一步細分為3個亞綱，4個土類和6個亞類，并建立了6個土族和6個土系。根據(jù)系統(tǒng)分類結(jié)果來看，具有深厚泥炭質(zhì)有機土壤物質(zhì)特性的土壤并不全是有機土，也可能是潛育土或淋溶土。根據(jù)系統(tǒng)分類與發(fā)生分類的參比結(jié)果，系統(tǒng)分類相比發(fā)生分類能夠更準確地區(qū)分同一區(qū)域具有近似生物氣候條件的土壤類型。