吳克寧 趙 瑞

（1 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083）

（2 國(guó)土資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100035）

土壤質(zhì)地很大程度上支配土壤的各種耕作性能，施肥反應(yīng)，以及持水、通氣等特性，其分類標(biāo)準(zhǔn)是土壤科學(xué)的重要問(wèn)題之一。19世紀(jì)后期，世界各國(guó)開(kāi)始測(cè)定土壤機(jī)械組成并由此劃分土壤質(zhì)地，至今全球已提出了二、三十種土壤質(zhì)地分類制［1］，但缺乏為各國(guó)和各行業(yè)公認(rèn)的質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)土壤科技工作者于1975年制定了我國(guó)的土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)［2］，此后進(jìn)行了各種修訂［3］。國(guó)內(nèi)曾有學(xué)者對(duì)土壤質(zhì)地分類問(wèn)題進(jìn)行討論，如鄧時(shí)琴［4］曾在前人研究的基礎(chǔ)上對(duì)土粒分級(jí)、質(zhì)地分類和土壤中礫石含量的分級(jí)做了一些修改和補(bǔ)充；付慶瑛［5］認(rèn)為我國(guó)1975年制定的土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)的土壤質(zhì)地名稱仍有不方便及比較含糊的地方。我國(guó)目前土壤質(zhì)地分類法還不統(tǒng)一，在各行各業(yè)相關(guān)土壤樣品分析測(cè)試工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)際上土壤質(zhì)地分類相關(guān)研究，統(tǒng)一適合我國(guó)的土壤質(zhì)地分類制的需求非常迫切。本文就國(guó)際上三種土壤質(zhì)地分類制以及我國(guó)制定的質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)，在土壤顆粒分級(jí)、土壤質(zhì)地分類以及土壤質(zhì)地測(cè)定方法上進(jìn)行比較，為我國(guó)統(tǒng)一土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用提供參考。

1 土壤粒級(jí)及分類標(biāo)準(zhǔn)

土粒大小不均一，在自然狀況下大小不同的土粒，有的彼此不黏結(jié)的存在于土壤中，稱為單粒，有的相互黏結(jié)成為一個(gè)集合體，稱為復(fù)粒［6］。將土壤顆粒按照直徑的大小劃分為若干個(gè)級(jí)別叫土壤粒級(jí)。土壤粒級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)各國(guó)采用的很不一致。我國(guó)在解放前采用美國(guó)制，解放后改用前蘇聯(lián)的卡慶斯基制。至今世界各國(guó)采用的標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，甚至有的一個(gè)國(guó)家使用幾種分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)使用的就有國(guó)際制、美國(guó)制、卡慶斯基制和中國(guó)制，因此，使得各地研究成果難以相互比較與引用?，F(xiàn)將我國(guó)及國(guó)外主要的土粒分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)于表1。

國(guó)際制土壤顆粒大小按十進(jìn)制劃分，容易記憶，但人為因素太強(qiáng)，粒級(jí)特性的變化并不在劃分的界限上；美國(guó)制將土粒分為5個(gè)基本粒級(jí)，細(xì)分為9個(gè)級(jí)別，土粒分級(jí)更顯科學(xué)可靠；卡慶斯基制著重于能導(dǎo)致陽(yáng)離子交換量、最大吸濕水量、持水

量、膨脹收縮性等發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變的粒徑（0.01 mm和0.001 mm等）作為劃分粒級(jí)的界限；日本制是日本農(nóng)學(xué)會(huì)將土粒劃分為5級(jí)，黏粒＜0.01 mm，但日本實(shí)際采用的是國(guó)際制土粒分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；此外英國(guó)、澳大利亞、印度等地也有各自的土粒分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，因其適用范圍太小，本文不做詳細(xì)介紹。

表1 我國(guó)及國(guó)外主要的土粒分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［7-15］Table 1 Main standards for grading of soil particle size at home and abroad［7-15］

2 土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)

土壤質(zhì)地是土壤的重要農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀，它是各個(gè)級(jí)別土粒質(zhì)量的百分含量，又稱為土壤顆粒組成或機(jī)械組成［6］。土壤質(zhì)地分類是根據(jù)土壤顆粒組成的相似與否，將土壤劃分為若干個(gè)類別。由于土壤顆粒分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不同，其對(duì)應(yīng)的土壤質(zhì)地分類有所不同，質(zhì)地名稱也有一些差異，即使質(zhì)地名稱相同，而它的各級(jí)粒級(jí)及其含量百分率也不一致［16］。常見(jiàn)的土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)有：國(guó)際制、美國(guó)制、卡慶斯基制及我國(guó)習(xí)用的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)將國(guó)際上常用的土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)以時(shí)間順序總結(jié)如下。

2.1 國(guó)際制

1912年瑞典土壤學(xué)家阿特伯（Atterberg［17］）提出了土粒分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，1930年在第二屆國(guó)際土壤學(xué)會(huì)上被采納為國(guó)際土粒分級(jí)的基礎(chǔ)，并制定了土壤質(zhì)地分類國(guó)際制（見(jiàn)表2），以等邊三角形（圖1）所示，其要點(diǎn)為：

（1）以黏粒含量為主要標(biāo)準(zhǔn)，＜15%為砂土和壤土質(zhì)地組；15%～25%為黏壤土質(zhì)地組；＞25%為黏土質(zhì)地組；

（2）當(dāng)土壤含粉（砂）粒達(dá)45%以上時(shí)，在各組質(zhì)地的名稱前均冠以“粉（砂）質(zhì)”字樣；

（3）當(dāng)土壤砂粒含量在55%～85%時(shí)，則冠以“砂質(zhì)”字樣；如85%～90%時(shí)，則稱為壤質(zhì)砂土，其中砂粒達(dá)90%以上者稱砂土。

表2 國(guó)際制土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)Table 2 International standard for soil texture classification

2.2 美國(guó)制

1951年美國(guó)農(nóng)業(yè)部（USDA）根據(jù)土壤在農(nóng)田中的持水保肥、通氣透水特點(diǎn)，將土壤質(zhì)地劃分為4組12級(jí)［18］，美國(guó)制的質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)亦用等邊三角形（圖2）所示。等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)分別代表100%的砂粒（0.05～2 mm）、粉粒（0.002～0.05 mm）及黏粒（＜0.002 mm）。其中4組分別為砂土組、壤土組、黏壤土組和黏土組。同時(shí)針對(duì)土壤剖面研究，根據(jù)土壤粒徑、礦物性質(zhì)、溫度等特點(diǎn)將土壤質(zhì)地劃分為7級(jí)。此外，將圖2中相鄰級(jí)類視為同一亞類，可將土壤分成相互重疊的28個(gè)亞類。

圖1 國(guó)際制土壤質(zhì)地分類三角坐標(biāo)圖Fig. 1 Triangle coordinates of the international system of soil texture classification

圖2 美國(guó)制土壤質(zhì)地分類三角坐標(biāo)圖Fig. 2 Triangle coordinates of the American system of soil texture classification

2.3 卡慶斯基制

卡慶斯基制是1957年前蘇聯(lián)著名土壤物理學(xué)家——卡慶斯基（H.A Kaчинский）根據(jù)蘇聯(lián)有關(guān)粒級(jí)性質(zhì)的資料擬定的［4］，它的粉粒及黏粒較其他各制均分得詳細(xì)，是雙極分類法，按物理性砂粒（＞0.01mm）和物理性黏粒（＜0.01 mm）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，將土壤劃分為砂土、壤土和黏土三類九級(jí)，如表3所示。應(yīng)用卡慶斯基質(zhì)地分類簡(jiǎn)表分類時(shí)，首先確定所研究土壤的類型屬于分類簡(jiǎn)表中的灰化土類、草原土和紅黃壤類、堿化和強(qiáng)堿土類三大類型中的哪一類。可以用物理性砂粒（＞ 0.01 mm，%）和物理性黏粒（＜0.01 mm，%）兩個(gè)粒級(jí)的其中一個(gè)進(jìn)行分類?？☉c斯基分類制包括三部分，即基本質(zhì)地分類、詳細(xì)質(zhì)地分類和補(bǔ)充分類。

表3結(jié)果中不包括大于1 mm的石礫，其含量另行計(jì)算，按表4標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)石礫含量，在質(zhì)地詳細(xì)名稱之前加上石質(zhì)描述，石礫含量小于0.5%為非石質(zhì)土，0.5%～5%為輕石質(zhì)土，5%～10%為中石質(zhì)土，大于10%為重石質(zhì)土。

表3 卡慶斯基土壤質(zhì)地分類制Table 3 Kakingski soil texture classification system

表4 土壤中所含石塊成分多少的分類（1972）Table 4 Classification of soils by content of stone (1972)

在實(shí)際土壤質(zhì)地分類中：

（1）先根據(jù)土壤的物理性砂粒(＞ 0.01 mm)或物理性黏粒（＜ 0.01 mm)的含量［19］，按照卡慶斯基分類簡(jiǎn)表來(lái)確定土壤的基本質(zhì)地名稱——砂土、壤土和黏土。

（2）再將質(zhì)地進(jìn)行詳細(xì)分類，將土粒細(xì)分為六組：石礫（3～1 mm）、砂粒（1～0.05 mm）、粗粉粒（0.05～0.01 mm）、中粉粒（0.01～0.005 mm）、細(xì)粉粒（0.005～0.001 mm）、黏粒（＜ 0.001 mm），將其作為形容詞分別稱為礫質(zhì)、砂質(zhì)、粗粉質(zhì)、中粉質(zhì)、細(xì)粉質(zhì)、黏質(zhì)。

（3）按優(yōu)勢(shì)粒級(jí)細(xì)分和定名。粗粉粒為粗粉質(zhì)，中細(xì)粉粒為粉質(zhì)，砂粒為砂質(zhì)，黏粒為黏質(zhì)， 如表5所示。

表5 優(yōu)勢(shì)粒級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)Table 5 Standards for classification of soils by dominant particle size

2.4 中國(guó)制

我國(guó)現(xiàn)代的土壤質(zhì)地研究始于1937年，20世紀(jì)50—60年代，在全國(guó)土壤普查背景下，結(jié)合本國(guó)特點(diǎn)，擬定了中國(guó)土壤質(zhì)地分類，如粗砂粒級(jí)的劃分，但因缺乏深入研究，未能廣泛應(yīng)用。1959年擬定了我國(guó)南方土壤質(zhì)地四級(jí)分類梯級(jí)表，1961年擬定了我國(guó)北京郊區(qū)土壤質(zhì)地分類。1975年在1959年和1961年兩個(gè)質(zhì)地分類的基礎(chǔ)上加以歸并、修改、補(bǔ)充而成1978年的中國(guó)土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)［4］。結(jié)合中國(guó)土壤的特點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要采用前蘇聯(lián)的卡慶斯基的質(zhì)地分類。1978年中國(guó)擬定的土壤質(zhì)地分類是按砂粒、粉粒和黏粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)劃分出砂土、壤土和黏土三類11級(jí)，如表6所示。對(duì)石礫含量較高的土壤制定了石礫性土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)石礫含量，當(dāng)其小于1%時(shí)為無(wú)礫質(zhì)（質(zhì)地名稱前不冠名），1%～10%時(shí)為少礫質(zhì)，大于10%為多礫質(zhì)，如表7所示。1987年《中國(guó)土壤》第二版公布了中國(guó)土壤質(zhì)地分類制，分為3組12種質(zhì)地名稱，分類標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表8。中國(guó)制土壤質(zhì)地制有以下的特點(diǎn)：與其配套的粒級(jí)制是在卡慶斯基粒級(jí)制的基礎(chǔ)上修定而來(lái)的，主要是將黏粒的上限由0.001 mm提高至大家公認(rèn)的0.002 mm，黏粒級(jí)分為粗（0.002 mm ～0.001 mm）和細(xì)（＜0.001 mm）兩個(gè)粒級(jí)。

表6 我國(guó)土壤質(zhì)地分類（1978年）Table 6 Soil texture classification in China (1978)

續(xù)表

表7 我國(guó)習(xí)用的礫石含量分類（1978年）Table 7 Classification of soils by gravel content used in China (1978)

表8 中國(guó)土壤質(zhì)地分類 ［4］（1985年）Table 8 China soil texture classification［4］ ( 1985)

縱觀各種土壤質(zhì)地分類制，盡管存在著一些差別，但大體上將土壤質(zhì)地分為砂土、壤土、黏土三類。國(guó)際制和美國(guó)制只在黏土類的壤質(zhì)黏土與粉砂質(zhì)黏土的排列順序上有差異，其余質(zhì)地名稱順序完全相同，而蘇聯(lián)的卡慶斯基制所考慮的粒級(jí)比較概括，只區(qū)分了物理性黏粒（＜0.01 mm）和物理性砂粒（＞0.01 mm）兩級(jí)的相對(duì)含量，而國(guó)際制和美國(guó)制同時(shí)考慮黏粒、粉粒和砂粒三種粒級(jí)的相對(duì)含量，應(yīng)用時(shí)實(shí)際只要考慮兩個(gè)粒級(jí)就可以決定質(zhì)地名稱。中國(guó)土壤質(zhì)地分類制也是根據(jù)砂粒、粉粒、黏粒含量進(jìn)行土壤質(zhì)地劃分。

3 土壤質(zhì)地分類應(yīng)用

除中國(guó)制外，我國(guó)土壤學(xué)界曾先后采用過(guò)上述四種土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)。第一次全國(guó)土壤普查采用了卡慶斯基制，第二次全國(guó)土壤普查前期在縣、地市級(jí)采用了卡慶斯基制，后期省級(jí)、國(guó)家級(jí)匯總中采用了國(guó)際制。據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院黃鴻祥先生回顧：1980年全國(guó)土壤普查辦公室顧問(wèn)組在北京開(kāi)會(huì)時(shí)，時(shí)任寧夏農(nóng)業(yè)勘察設(shè)計(jì)院院長(zhǎng)王吉智先生提出全國(guó)匯總方式應(yīng)該采用國(guó)際制。與會(huì)專家現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了激烈討論，在場(chǎng)的大多數(shù)人表示贊同。最后中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所的首席科學(xué)家席承藩先生綜合了各方意見(jiàn)，決定采用國(guó)際制。具體方法是應(yīng)用換算公式將卡慶斯基制轉(zhuǎn)換為國(guó)際制［19］。《中國(guó)土壤》和《中國(guó)土種志》和各省的土壤志均采用國(guó)際制。龔子同先生領(lǐng)導(dǎo)的中國(guó)土壤系統(tǒng)分類，張甘霖研究員主持的我國(guó)土系調(diào)查與《中國(guó)土系志》編制均采用的是美國(guó)制?；谕寥蕾|(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用不統(tǒng)一的問(wèn)題，通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)、ScienceDirect和百度學(xué)術(shù)等搜索統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)研究學(xué)者在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊已發(fā)表研究成果中運(yùn)用的土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)。目前，國(guó)內(nèi)已有土壤質(zhì)地的相關(guān)研究［20-37］主要集中在國(guó)際制、美國(guó)制、卡慶斯基制和中國(guó)制（圖3）。

土壤質(zhì)地是擬定土壤分類、管理和改良的重要依據(jù)，土壤質(zhì)地分類制在我國(guó)各個(gè)部門標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等應(yīng)用多種多樣，現(xiàn)將我國(guó)各個(gè)部門相關(guān)土壤質(zhì)地應(yīng)用情況總結(jié)如表9所示。

表9 中國(guó)相關(guān)部門土壤質(zhì)地分類應(yīng)用情況Table 9 Application of soil texture classification in various departments in China

續(xù)表

卡慶斯基制規(guī)定黏粒小于0.001 mm，提取費(fèi)勁，國(guó)際上認(rèn)可度不高，與我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)不一致；國(guó)際制標(biāo)準(zhǔn)雖然簡(jiǎn)單方便記憶，但不適合我國(guó)土壤農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特性［38］；美國(guó)制在國(guó)內(nèi)外相關(guān)科學(xué)研究中最廣泛，中國(guó)研究學(xué)者已發(fā)表成果中美國(guó)制的應(yīng)用占比為62.86%（圖3）；中國(guó)土壤系統(tǒng)分類采用美國(guó)制［39］；美國(guó)康奈爾大學(xué)土壤健康評(píng)估手冊(cè)采用美國(guó)制［40］；聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）網(wǎng)站的土壤門戶，超鏈接的是美國(guó)土壤學(xué)會(huì)網(wǎng)，只介紹了美國(guó)制。此外在Science Direct網(wǎng)站上所查相關(guān)文獻(xiàn)基本運(yùn)用的是美國(guó)制，如：Bockheim［41］研究美國(guó)土壤結(jié)構(gòu)改變的成因；Vaezi等［42］在伊朗西北部半干旱地區(qū)估算土壤質(zhì)地的可蝕性；Chung［43］開(kāi)發(fā)基于土壤圖像RGB特性的土壤質(zhì)地分類算法；Poggio和Gimona［44］對(duì)蘇格蘭土壤質(zhì)地進(jìn)行三維映射研究；Quraishi和Mouazen［45］開(kāi)發(fā)并校準(zhǔn)了基于土壤質(zhì)地測(cè)量表層土壤容重的在線傳感器；Beuselinck等［46］通過(guò)激光衍射法進(jìn)行晶粒尺寸分析并與篩吸移管法進(jìn)行比較。

4 土壤質(zhì)地的相關(guān)測(cè)定方法

土壤質(zhì)地的室內(nèi)測(cè)定方法多種多樣，相關(guān)研究學(xué)者運(yùn)用的有激光粒度儀分析法、比重計(jì)法 、吸管法和密度計(jì)法，如王勇輝等［47］根據(jù)美國(guó)制分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)采用比重計(jì)法對(duì)0.25 mm的土樣測(cè)定土壤質(zhì)地。馮騰等［48］分別采用激光粒度儀和吸管法依據(jù)美國(guó)制對(duì)土壤質(zhì)地進(jìn)行對(duì)比并建立激光粒度儀法向吸管法測(cè)試結(jié)果的轉(zhuǎn)換。鄧時(shí)琴等［49］對(duì)土壤機(jī)械分析在比重計(jì)的校正、比重計(jì)速測(cè)和土粒分散措施進(jìn)行試驗(yàn)。中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所分析室制成一種比重計(jì)適用于野外進(jìn)行土壤機(jī)械分析，并對(duì)該比重計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析［50］。楊詠元［51］通過(guò)對(duì)采用比重計(jì)法進(jìn)行大量分析時(shí)導(dǎo)致超出時(shí)間誤差的情況，設(shè)計(jì)了能測(cè)讀15個(gè)樣本的讀數(shù)時(shí)間卡片。沈陽(yáng)農(nóng)學(xué)院和中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所根據(jù)卡慶斯基制采用吸管法、比重計(jì)法和比重計(jì)速測(cè)法三種分析方法測(cè)算土壤的機(jī)械組成［52］。各種方法的使用原理及質(zhì)量控制總結(jié)如表10。

表10 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)土壤質(zhì)地測(cè)定方法及質(zhì)量控制Table 10 Soil texture determination and quality control in laboratory

我國(guó)土壤質(zhì)地實(shí)驗(yàn)室測(cè)定方法需要匹配合適的粒徑范圍，土樣分析實(shí)驗(yàn)室要根據(jù)選擇的分析方法配備完善的測(cè)試設(shè)備，對(duì)于粒徑范圍較寬、超出某一種分析方法的土樣，可選用幾種方法分別測(cè)定，并進(jìn)行結(jié)果銜接處理，這些工作還需要國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者進(jìn)行下一步研討。對(duì)比每種土壤質(zhì)地測(cè)試分析方法的使用原理和質(zhì)量控制發(fā)現(xiàn)：比重計(jì)法、吸管法和“密度計(jì)法”均是依據(jù)司篤克斯定律，而激光粒度儀分析法按光的Fraunhofer衍射和Mie散射理論，其測(cè)定土壤顆粒的黏粒含量明顯低于其他方法［26, 53］。

5 結(jié) 論

縱觀我國(guó)科學(xué)研究以及各行業(yè)運(yùn)用的土壤質(zhì)地分類制，國(guó)內(nèi)研究學(xué)者在科學(xué)研究論文中應(yīng)用土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)最多的是美國(guó)制，其次是國(guó)際制和卡慶斯基制。關(guān)于土壤質(zhì)地分類國(guó)際間至今還沒(méi)有一個(gè)被普遍采用的系統(tǒng)，世界上有80多個(gè)國(guó)家和地區(qū)采用的是美國(guó)土壤系統(tǒng)分類，SCI等國(guó)際期刊發(fā)表的學(xué)術(shù)論文也普遍采用的美國(guó)制。我國(guó)環(huán)境保護(hù)部采用美國(guó)制，農(nóng)業(yè)部門先后采用卡慶斯基制和國(guó)際制，國(guó)土資源部采用卡慶斯基制或中國(guó)制等，但總體上更多應(yīng)用美國(guó)制，中國(guó)制是中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所鄧時(shí)琴等按照卡慶斯基制改進(jìn)的，級(jí)別多而繁雜，迄今為止中國(guó)土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)還未得到應(yīng)用。在今后的科研和相關(guān)部門的實(shí)踐工作中，尤其是可能開(kāi)展的第三次全國(guó)土壤普查，統(tǒng)一使用美國(guó)土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)，并采用激光粒度儀分析法進(jìn)行測(cè)定。