章明奎，姚玉才，邱志騰，毛霞麗，楊良覦

（浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，杭州 310058）

中國南方廣西、貴州和云南等?。ㄗ灾螀^(qū)）境內(nèi)分布著大面積的碳酸鹽巖山地丘陵，是世界上分布面積最大的喀斯特區(qū)之一。在四川、湖北、湖南、江西、浙江、安徽、廣東、福建等省也分布著一定面積的碳酸鹽巖山地丘陵[1]。以上各?。ㄗ灾螀^(qū)）的碳酸鹽巖主要由以方解石、文石為主的石灰?guī)r和以白云石為主的白云巖組成，也包括泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、硅質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖等。由于碳酸鹽巖主要成分為碳酸鹽，其風(fēng)化發(fā)育的土壤有別于當(dāng)?shù)氐牡貛酝寥繹2]，隨著巖溶的發(fā)育，酸不溶物的殘積，植物殘落物的積累和腐殖化，便逐漸形成了富含碳酸鹽的土壤。在以往的土壤分類中，曾將其歸為隱域土綱、初育土綱[1,3]，在我國第2次土壤普查中將其定名為石灰土（土類）[1]。自20世紀(jì)30年代以來，我國土壤工作者對該類土壤的性狀、分布等做過較為廣泛的調(diào)查[4-8]，一般認(rèn)為碳酸鹽巖成土形成作用主要以化學(xué)風(fēng)化為主，在濕潤氣候作用下其中的碳酸鹽不斷遭受淋失，最后成為土壤的物質(zhì)來自碳酸鹽巖中的雜質(zhì)，因此，該類土壤形成需要漫長的時(shí)間。在純度較高的碳酸鹽巖上形成1 cm的土壤需要溶蝕627 cm厚的碳酸鹽巖，需要的時(shí)間長達(dá)1.3萬～3.2萬年[3]。另外，碳酸鹽巖發(fā)育的土壤中含有較高的鈣，其對腐殖質(zhì)有較好的保護(hù)作用[9-11]，所以在植被良好的條件下碳酸鹽巖發(fā)育的土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，并含有較高的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體[12]。由于碳酸鹽巖成土慢、形成的地貌坡度大、水土涵養(yǎng)能力和抗御自然災(zāi)害能力弱，不當(dāng)開發(fā)易造成嚴(yán)重的水土流失，發(fā)生石漠化，因此，有關(guān)碳酸鹽巖分布地區(qū)的生態(tài)環(huán)境問題也引起了人們廣泛的關(guān)注[13-16]。中國南方地區(qū)碳酸鹽巖分布廣泛，各地區(qū)碳酸鹽巖的成分組成變化大，水熱條件差異大，因此，它們的成土特點(diǎn)、風(fēng)化程度、土壤屬性都可發(fā)生較大的變異，但至今對這一地區(qū)碳酸鹽巖發(fā)育土壤的發(fā)生與分類及空間變異性的研究較少[17-18]。另外，把物質(zhì)組成如此復(fù)雜的成土母質(zhì)及分布環(huán)境多變的成土條件發(fā)育的土壤全都納入石灰土一個(gè)土類是否合適也值得推敲。為此，本文在貴州、廣西、云南、浙江、江西、福建等?。ㄗ灾螀^(qū)）調(diào)查了碳酸鹽巖發(fā)育土壤，對中國南方碳酸鹽巖發(fā)育土壤的成土特點(diǎn)進(jìn)行了分析，從土壤系統(tǒng)分類的角度探討了其分類問題。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查方法

采用路線調(diào)查與典型剖面采樣分析相結(jié)合的方式進(jìn)行調(diào)查研究。共調(diào)查了123個(gè)點(diǎn)位的碳酸鹽巖發(fā)育土壤（貴州49個(gè)、廣西22個(gè)、云南19個(gè)、浙江21個(gè)、江西7個(gè)、福建5個(gè)），其中采集了63個(gè)典型剖面的分層土樣用于室內(nèi)鑒定。田間調(diào)查內(nèi)容主要包括土體厚度、發(fā)生層次、顏色、結(jié)構(gòu)等形態(tài)特征及其與區(qū)位、海拔、坡度、植被、土地利用方式及周圍小環(huán)境的關(guān)系。田間調(diào)查、剖面觀察與描述、分層土樣的采集及土壤形態(tài)觀察均按中國土壤系統(tǒng)分類研究的相關(guān)要求進(jìn)行[19]。喀斯特地區(qū)代表性景觀與代表性土壤剖面分別見圖1和圖2。

圖1 我國南方代表性喀斯特景觀Fig.1 Representative Karst landscapes in the south of China

圖2 我國南方碳酸鹽巖發(fā)育的代表性土壤剖面Fig.2 Representative soil profiles developed from carbonate rocks in the south of China

1.2 分析方法

采集的分層土樣經(jīng)風(fēng)干處理、充分混勻后磨細(xì)過2 mm土篩，部分土壤進(jìn)一步研磨過0.125 mm土篩。分析內(nèi)容包括土壤顆粒組成、pH、陽離子交換量（cation exchange capacity,CEC）、有機(jī)質(zhì)、全鉀、全鈉、全鈣、全鎂、全磷、氧化鐵形態(tài)、黏粒硅鋁率、黏土礦物類型，用標(biāo)準(zhǔn)方法測定[20]。其中：顆粒組成采用比重計(jì)法測定，pH用電位法測定，CEC用醋酸銨（pH 7）交換法測定，有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測定；全鉀、全鈉、全鈣、全鎂、全磷和全鐵采用X射線熒光分析（XRF）法測定；游離氧化鐵和無定形氧化鐵分別采用連二亞硫酸鈉還原法（DCB法）和草酸-草酸銨緩沖液提取，鄰啡羅啉比色法測定鐵；土壤黏粒（＜2μm）用沉降法提取，黏粒中硅、鋁用碳酸鈉堿熔法熔融，電感耦合等離子體光譜儀（ICP法）測定硅和鋁；黏土礦物類型采用鎂甘油飽和定向片及鉀飽和定向片-X射線衍射法（XRD法）鑒定。黏粒經(jīng)氫氧化鈉處理濃集氧化鐵后采用粉晶法鑒定氧化鐵類型[21]。測定數(shù)據(jù)按石灰?guī)r土類型在Microsoft Excel 2007和SPSS 20.0軟件中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用最小顯著差異法（LSD法）進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 碳酸鹽巖發(fā)育土壤的成土特點(diǎn)

2.1 剖面發(fā)育特征及其影響因素

野外調(diào)查表明，中國南方地區(qū)碳酸鹽巖發(fā)育土壤土體厚度（指母質(zhì)層以上的土壤厚度）有很大的變化，大致為10～350 cm，多數(shù)為30～60 cm。與其他成土母質(zhì)發(fā)育的土壤不同，碳酸鹽巖發(fā)育土壤土體厚度具較大的空間變異性，可在近距離內(nèi)發(fā)生突變，特別是在溶巖峰叢密布的區(qū)域。這類土壤剖面的土體構(gòu)型主要有Ah-D（Ah為腐殖質(zhì)層，D為基巖）、Ah-C（C為母質(zhì)層）、Ah-Bw（或Bt）-D（Bw為風(fēng)化層，Bt為黏化層）和Ah-Bw（或Bt）-C等類型。

不同的碳酸鹽巖因其產(chǎn)狀和巖性的不同，其上形成的土體厚度、性質(zhì)及分布特征有明顯的差異，它們的母質(zhì)大致可分為以下幾種情況：一是殘積型風(fēng)化殼，多出現(xiàn)在巖丘、錐峰和溶洼、溶丘上，根據(jù)組分差異可進(jìn)一步劃分為巖間型和連續(xù)型2種情況，前者常含礫石塊，無明顯的半風(fēng)化過渡層，后者有半風(fēng)化母質(zhì)層段；二是坡積型風(fēng)化殼，主要出現(xiàn)在錐峰坡麓、谷坡、盲谷，因受后續(xù)性新近坡積物的影響，這類風(fēng)化殼的顆粒常呈現(xiàn)上粗下細(xì)或多層性特征；三是異源型風(fēng)化殼，由多元風(fēng)化物混雜組成，多出現(xiàn)在深度發(fā)育的溶盆、槽谷的山口、地下河溢口及塌陷堆積坡地上，具有層積重疊特征；四是淋溶型風(fēng)化殼，各種地形部位都有出現(xiàn)，風(fēng)化殼較厚，存在碳酸鹽淋溶和黏粒下移與淀積現(xiàn)象。在這些母質(zhì)中，出現(xiàn)在巖丘、錐峰、溶丘上的殘積型風(fēng)化殼形成的土壤土體淺薄，厚度多在30 cm以下；出現(xiàn)在峰間溶洼位置的殘積型風(fēng)化殼、異源型風(fēng)化殼及地面平緩區(qū)域的淋溶型風(fēng)化殼發(fā)育土壤土體較厚，其厚度多為40～70 cm；而坡積型風(fēng)化殼發(fā)育的土壤土體較為深厚，厚度多為50～125 cm，特別是位于平緩丘陵、山坡坡麓及大型峰叢洼地地帶的坡積型風(fēng)化殼發(fā)育的土壤，有時(shí)土體厚度可高達(dá)200 cm以上。

碳酸鹽巖巖性對土體厚度的影響也較大，純質(zhì)石灰?guī)r中含鎂和酸不溶物很少，風(fēng)化殘留物少，其上形成的土壤土體淺薄，且呈現(xiàn)不連續(xù)分布，石芽與土壤相間。白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r等巖石中酸不溶物相對含量稍高，風(fēng)化殘留物較多，土被連續(xù)性較強(qiáng)，局部區(qū)塊有厚度較大的土層。硅質(zhì)、泥質(zhì)的碳酸鹽巖的酸不溶物含量較高，形成的土壤土體較厚，其上也易發(fā)育成剖面層次較為完整的土壤。夾雜有頁巖、泥巖、砂巖等與灰?guī)r互層的成土母質(zhì)，其酸不溶物含量可高達(dá)30%及以上，其形成的土壤較深厚，土壤剖面中有時(shí)可見土石相間排列的特征。

另外，坡度對碳酸鹽巖發(fā)育土壤的土體厚度也有較大的影響，在云貴高原地殼抬升明顯的地區(qū)，因抬升強(qiáng)烈，地表坡度較大，其上形成的土壤非常淺薄；相反，在地表穩(wěn)定及地形較為平緩的地區(qū)，常?？尚纬缮詈竦耐寥溃?，云貴高原不同海拔高度的高原面上，常常保留土體深厚的碳酸鹽巖發(fā)育土壤，它們的土體厚度及發(fā)育程度常常要大于低海拔地區(qū)的土壤。人為開發(fā)利用后，因水土流失碳酸鹽巖發(fā)育土壤的厚度均有下降的趨勢。除因土地平整堆積形成的農(nóng)地外，農(nóng)地土壤的土體厚度一般小于林地土壤。

土體構(gòu)型常常與土體厚度有關(guān)，形成于巖丘、錐峰和溶洼、溶丘上的碳酸鹽巖發(fā)育土壤及地表不穩(wěn)定、坡度較大區(qū)域的碳酸鹽巖發(fā)育土壤，其剖面構(gòu)型主要為Ah-D、Ah-C，常缺失明顯的Bw層；而坡積型風(fēng)化殼發(fā)育的土壤剖面構(gòu)型主要為Ah-Bw（或Bt）-D、Ah-Bw（或Bt）-C。其中，純質(zhì)石灰?guī)r發(fā)育的土壤剖面構(gòu)型多為Ah-D和Ah-Bw（或Bt）-D，土體與巖石交接面清楚；而白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r及與砂頁巖互層灰?guī)r發(fā)育的土壤，在土體與巖石之間常常有明顯的C層。

一般認(rèn)為，碳酸鹽巖主要通過化學(xué)風(fēng)化逐漸演變?yōu)橥寥?，即碳酸鹽與二氧化碳、水作用，形成溶解度較高的重碳酸鹽，后者易隨水淋失，逐漸產(chǎn)生土壤物質(zhì)，并隨時(shí)間土層逐漸加厚。有人把碳酸鹽巖成土發(fā)育階段歸納為初始期、幼年期、發(fā)育期和成熟期，其相應(yīng)的土體構(gòu)型依次為AD-D、A-D、AAB-D、A-B-D[21]。按照這一成土觀點(diǎn)，碳酸鹽巖上土壤的形成與其他巖石一樣，也是由上至下逐漸風(fēng)化加厚的，即先形成A層，再形成B層。但在野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，真正以風(fēng)化殘積方式形成的這類土壤多分布在山丘基巖凹面上，土層很淺?。欢拭孑^為完整、土體深厚的土壤（A-B-D）多處于坡麓和槽谷洼地中，它們是多次堆積形成的，由此推測深厚碳酸鹽巖發(fā)育的土壤一般是經(jīng)歷多次侵蝕-堆積循環(huán)逐漸加厚的，從物質(zhì)的成土?xí)r間來看，是先形成B層物質(zhì)，后形成A層物質(zhì)，這與其他巖石發(fā)育的土壤有所差別。這可很好地解釋為什么深厚碳酸鹽巖發(fā)育的土壤只分布在山丘坡麓、槽谷及基巖裂縫中。野外觀察也表明，由于碳酸鹽巖發(fā)育土壤土質(zhì)較黏（見下文），限制了水分向下移動(dòng)，因此隨著土層的加厚，下伏碳酸鹽巖風(fēng)化、脫鈣逐漸受到限制，這也表明在碳酸鹽巖地區(qū)以殘留方式土壤向深層推進(jìn)常常是較為困難的。

2.2 土壤質(zhì)地、黏化作用及其影響因素

室內(nèi)分析表明，中國南方地區(qū)碳酸鹽巖發(fā)育土壤質(zhì)地有較大的變化，主要屬黏土類和黏壤土類，包括黏土、粉砂質(zhì)黏土、黏壤土、粉砂質(zhì)黏壤土。土壤黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為200～700 g/kg，多數(shù)土壤的黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為350～450 g/kg。不同土壤間的對比發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽巖發(fā)育土壤的質(zhì)地主要受母質(zhì)巖性影響，受土壤發(fā)育強(qiáng)度的影響相對較小。純度較高的石灰?guī)r發(fā)育的土壤質(zhì)地多為黏土，其黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)多為400～700 g/kg；白云巖、灰質(zhì)白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r發(fā)育的土壤質(zhì)地多為黏土和黏壤土，其黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)多為300～550 g/kg；泥灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)白云巖等發(fā)育的土壤質(zhì)地可在粉砂質(zhì)黏土、黏壤土、粉砂質(zhì)黏壤土間變化，其黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為250～450 g/kg；而碳酸鹽巖與砂巖互層母質(zhì)發(fā)育的土壤質(zhì)地多為黏壤土和粉砂質(zhì)黏壤土，其黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為200～350 g/kg。土壤風(fēng)化對碳酸鹽巖發(fā)育土壤質(zhì)地的影響主要體現(xiàn)在海拔與緯度上，隨海拔增加土壤黏粒含量呈現(xiàn)下降的趨勢，并隨分布區(qū)緯度下降土壤黏粒含量增加。

調(diào)查也表明，在地形較為穩(wěn)定的丘陵和山地上，部分剖面發(fā)育較為完整的土壤中普遍存在質(zhì)地的明顯分異，形成可識別的黏化層（Bt），這些黏化層的形成有殘積黏化，也有淀積黏化，后者黏化層有明顯的泉華狀光性定向黏粒，結(jié)構(gòu)面上膠膜明顯，這顯然與中國南方地區(qū)降水較為豐富有關(guān)。

2.3 土壤風(fēng)化程度及其變化規(guī)律

分析結(jié)果表明，因區(qū)域、海拔等的差異，研究區(qū)碳酸鹽巖發(fā)育土壤脫鈣及風(fēng)化程度有較大的變化。對被調(diào)查的6省（自治區(qū)）碳酸鹽巖發(fā)育土壤的碳酸鈣進(jìn)行測定，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.00～122.45 g/kg，平均為12.72 g/kg；土壤pH為5.43～8.54，平均值為6.75；CEC為9.78～53.47cmol/kg，平均值為25.21cmol/kg；土壤含全鐵11.44～153.67 g/kg，平均為65.26g/kg；氧化鐵游離度為12.66%～63.47%，平均值為36.12%；風(fēng)化淋溶系數(shù)為0.32～0.97，平均值為0.49；黏粒硅鋁率為2.24%～4.07%，平均值為2.86%。不同土壤之間的黏粒礦物有一定的變化，但主要是伊利石、蛭石、蒙脫石等2∶1型礦物，多數(shù)土壤高嶺石含量較低。與同一區(qū)域的地帶性土壤比較，除土壤全鐵外，其他指標(biāo)均顯示出該類土壤的弱風(fēng)化特征，它們的富鐵鋁化程度多處在弱至中等之間。

調(diào)查表明，碳酸鹽巖發(fā)育土壤的顏色差異可在一定程度上反映土壤風(fēng)化發(fā)育的差異。表1為按土壤顏色統(tǒng)計(jì)的各類土壤發(fā)育度指標(biāo)。從總體上看，紅色土壤的風(fēng)化程度最高，其次為棕色和黃色土壤，而黑色與白色土壤的風(fēng)化程度最低。這一規(guī)律與土壤成土環(huán)境存在一定的關(guān)系，紅色土壤主要分布在氣溫較高的低海拔地區(qū)，因成土母質(zhì)多為坡積物，成土環(huán)境相對穩(wěn)定，有利于風(fēng)化作用的持續(xù)進(jìn)行，因此風(fēng)化度較高；棕色和黃色土壤分布的地區(qū)海拔較高，氣溫相對較低，因此它們的風(fēng)化強(qiáng)度相對較弱；黑色和白色土壤因受周圍石灰?guī)r露頭的影響，不利于土壤脫鈣的進(jìn)行，且白色土壤受侵蝕的影響，它們的風(fēng)化程度均較弱。因此，碳酸鹽巖發(fā)育土壤具有由白色、黑色土壤向黃色、棕色至紅色土壤方向演變的趨勢。

2.4 土壤顏色的變化及其與成土環(huán)境的關(guān)系

如2.3節(jié)所示，調(diào)查區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖發(fā)育土壤的顏色大致可分為紅色、棕色、黃色、黑色和白色等5種[1,22]。其中：紅色土壤的色調(diào)主要為2.5YR和5YR，它們的色值為3～6，彩度為4～8。棕色土壤的色調(diào)主要為7.5YR，少數(shù)為5YR，它們的色值為3～6，彩度為2～8。黃色土壤的色調(diào)主要為10YR，少數(shù)為7.5YR，它們的色值為6～8，彩度為3～8。黑色土壤的色調(diào)主要為10YR，少數(shù)為7.5YR，它們的色值在5以下，彩度在3以下。白色土壤的色調(diào)主要為10YR，少數(shù)為7.5YR，它們的色值為6～8，彩度在3以下。

表1 不同顏色的碳酸鹽巖發(fā)育土壤成土環(huán)境與發(fā)生學(xué)性狀的差異Table 1 Differences in soil forming environment and genetic properties in carbonate rocks-developed soils with different colors

通過從研究土壤中提取黏粒，采用氫氧化鈉處理黏粒以去除部分層狀鋁硅酸鹽礦物濃集黏粒中氧化鐵，采用XRD粉晶法對黏粒中氧化物進(jìn)行鑒定，并根據(jù)相應(yīng)的衍射峰強(qiáng)度結(jié)合黏粒游離氧化鐵含量定量分析各類氧化鐵的相對含量。鑒定結(jié)果（表2）表明：赤鐵礦（Hm）只出現(xiàn)在紅色和棕紅色二類土壤中，針鐵礦（Gt）在紅色、棕色、黃色和黑色土壤中都有出現(xiàn)，但強(qiáng)度在黑色土壤中明顯低于紅色、棕色、黃色土壤中的；白色土壤因含鐵量很低，沒有鑒定出晶態(tài)氧化鐵。紅色土壤含有相對較高的赤鐵礦，其赤鐵礦化系數(shù)[Hm/（Hm+Gt）]也明顯高于棕色土壤。表2中結(jié)果還表明，黑色石灰土中有機(jī)質(zhì)含量明顯高于其他土壤?？梢?，以上各類碳酸鹽巖發(fā)育土壤的顏色差異主要與其氧化鐵礦物類別及有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)。紅色土壤因含有大量赤鐵礦，土壤呈紅色；棕色土壤因同時(shí)含有赤鐵礦和針鐵礦，但其赤鐵礦含量相對較低，因此紅化程度較低，呈棕色；黃色石灰土因只含有針鐵礦，且有機(jī)質(zhì)含量較低，土壤呈黃色；黑色石灰土因針鐵礦含量較低，但有機(jī)質(zhì)含量較高，因此被染為黑色；而白色石灰土因同時(shí)缺乏含鐵礦物和有機(jī)質(zhì)，土壤呈現(xiàn)較淺的白色。

表2 不同顏色的碳酸鹽巖發(fā)育土壤的氧化鐵和有機(jī)質(zhì)的差異Table 2 Differences in iron oxide and organic matter in carbonate rocks-developed soils with different colors

以上這些土壤呈色的差異與它們的成土環(huán)境有關(guān)（表1）。紅色石灰土多出現(xiàn)在低海拔的低丘緩坡地及巖溶平原上，地勢較為平坦、開闊，由于分布區(qū)氣溫較高并存在著干濕交替的土壤水分條件，有利于氧化鐵脫水形成赤鐵礦，因此土壤紅色明顯。棕色石灰土廣泛分布在峰叢、峰林及巖溶丘的坡面上，海拔跨度300～1 500 m，因分布區(qū)氣溫相對較低，影響了土壤的脫水，因此其紅化程度相對較弱。黃色土壤分布在貴州、云南和廣西等?。ㄗ灾螀^(qū)）海拔600～1 500 m的地方，所處地土壤水分條件為常濕潤（表1），不利于土壤脫水和赤鐵礦的形成，土壤呈現(xiàn)黃色。黑色土壤廣泛但零星地分布于巖溶丘陵頂部、基巖裂隙中或坡麓地帶，有利于有機(jī)質(zhì)的積累，故多呈深黑色。白色土壤僅零星出現(xiàn)在江西和貴州等地，其形成于低鐵碳酸鹽巖母質(zhì)上（表1）且坡度較大，水土流失明顯，故土壤顯現(xiàn)淺色。

2.5 土壤有機(jī)質(zhì)含量及積累方式

對土壤有機(jī)質(zhì)的分析表明，碳酸鹽巖發(fā)育土壤表土含有機(jī)質(zhì)15.26～177.46 g/kg，平均值為49.42 g/kg，有機(jī)質(zhì)積累水平較高。一般認(rèn)為，該類土壤有機(jī)質(zhì)的積累與腐殖質(zhì)與鈣的凝聚作用、不易礦化有關(guān)[3]。碳酸鹽巖發(fā)育土壤有機(jī)質(zhì)垂直分布大致有突變與緩變2種情況。其中：紅色、棕色、黃色和白色土壤中有機(jī)質(zhì)具明顯的表聚特征，這些土壤的表土有機(jī)質(zhì)明顯高于下層土壤，向下突然下降；而黑色土壤剖面中有機(jī)質(zhì)從上至下變化較緩，全剖面均具有較高的有機(jī)質(zhì)積累，呈黝黑色。土壤剖面中有機(jī)質(zhì)的表聚是土壤發(fā)育的正?，F(xiàn)象，它是植物以枯枝落葉及死亡根系形式長期提供給土壤有機(jī)物質(zhì)的結(jié)果，由于進(jìn)入土壤的有機(jī)物質(zhì)主要來自地表且提供數(shù)量有限，因此正常土壤的有機(jī)質(zhì)主要集中在表土，向下顯著地下降。有關(guān)黑色土壤剖面中有機(jī)質(zhì)剖面的緩變特征（不同于其他碳酸鹽巖土壤），目前一般認(rèn)為是由該類土壤上植被覆蓋良好、有機(jī)質(zhì)富集能力強(qiáng)所導(dǎo)致的[3,23]。但本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，僅僅以植被覆蓋良好、有機(jī)質(zhì)富集能力強(qiáng)很難解釋碳酸鹽巖發(fā)育土壤有機(jī)質(zhì)分布上的差異性。這是因?yàn)椋?）在許多區(qū)域黑色土壤與棕色土壤常常呈復(fù)區(qū)分布，二者的植被覆蓋很接近，有時(shí)棕色土壤上的生物量甚至要超過黑土土壤，因此從外部提供土壤有機(jī)物質(zhì)的角度分析，黑色土壤并沒有優(yōu)勢；2）部分地區(qū)黑色土壤剖面中有機(jī)質(zhì)含量并不總是隨深度增加而逐漸下降，有時(shí)甚至是中、下部某些層次的有機(jī)質(zhì)含量超過了表層，這也很難解釋有機(jī)物質(zhì)以地表進(jìn)入方式積累土壤有機(jī)質(zhì)的特點(diǎn)；3）調(diào)查還表明，部分黑色土壤剖面底部或不同深度常可見顏色呈棕色或黃色的土壤，在不同顏色的土層間有機(jī)質(zhì)含量可發(fā)生突變，這也很難用一般的土壤有機(jī)質(zhì)積累模式進(jìn)行解釋；4）在某些特殊的情況下，黑色土壤物質(zhì)甚至可出現(xiàn)在一些植物根系無法涉及的巖石裂隙及洞穴中，甚至出現(xiàn)在地表坡度較大的巖間凹地中。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，黑色土壤在分布上具有特殊性，明顯不同于其他碳酸鹽巖土壤，幾乎全出現(xiàn)在坡麓、峰叢凹地、露巖裂隙間，地形呈現(xiàn)明顯的低洼特點(diǎn)，具有能時(shí)常接受周圍風(fēng)化或侵蝕物質(zhì)的特征，且在空間上黑色土壤斑塊面積很小，小的有數(shù)平方米，大的也不超過數(shù)公頃。

基于以上特征，認(rèn)為黑色土壤是長期反復(fù)、持續(xù)接受周圍巖石的風(fēng)化物質(zhì)或周圍土壤的表土物質(zhì)緩慢堆積并加厚的結(jié)果。因?yàn)檫@類土壤分布區(qū)植被較好，在堆積過程中也持續(xù)接受了大量的枯枝落葉，而這些落在土表的有機(jī)物質(zhì)又被后期的巖石的風(fēng)化物質(zhì)或土壤物質(zhì)所覆蓋。由于來源于碳酸鹽巖石地區(qū)的巖石風(fēng)化物或土壤物質(zhì)富鈣，對腐殖化產(chǎn)生的腐殖質(zhì)起到了保護(hù)作用，使有機(jī)質(zhì)長期積累在不同深度的土層中。同時(shí)，由于黑色土壤在形成過程中不斷接受新的巖石風(fēng)化物，因此其風(fēng)化程度明顯低于其他碳酸鹽巖發(fā)育的土壤。黑色土層的厚度取決于反復(fù)接受周圍巖石的風(fēng)化物質(zhì)或周圍土壤的表土物質(zhì)的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度，時(shí)間越長、來源于周圍表土物質(zhì)越充沛，黑色土層越厚，但若地形不利保存黑色土壤物質(zhì)或形成時(shí)間較短，其黑色土層就較薄。若在某一時(shí)期，周圍（上方）土壤發(fā)生嚴(yán)重水土流失（有一些非表土物質(zhì)進(jìn)入）或在形成過程中有機(jī)物質(zhì)數(shù)量進(jìn)入較少時(shí)，在黑色土壤中就可出現(xiàn)呈棕色或黃色的土層。正是由于黑色土壤是反復(fù)堆積形成的，因此即使在厚度較大的黑色土壤中也少見物質(zhì)的垂直遷移淀積現(xiàn)象。

3 土壤的系統(tǒng)分類

3.1 出現(xiàn)的診斷層和診斷特性

調(diào)查表明，中國南方碳酸鹽巖分布區(qū)的土壤溫度狀況主要有熱性（16～23℃）和溫性（8～16℃）2種，少數(shù)情況出現(xiàn)高熱（＞23℃），后者出現(xiàn)在廣西、云南等地。土壤水分狀況主要為濕潤和常濕潤，常濕潤主要出現(xiàn)在貴州和廣西等植被較好的高海拔區(qū)域。由于成土母質(zhì)為碳酸鹽巖，因此絕大部分碳酸鹽巖發(fā)育的土壤具有碳酸鹽巖巖性特征，但也有一些土體厚度超過125 cm，由于風(fēng)化較強(qiáng)，土壤已基本脫離碳酸鹽的影響，不具有碳酸鹽巖巖性特征。其中的黑色土壤由于腐殖質(zhì)分布深厚，若土體厚度超過50 cm，常常能滿足均腐特性的要求。部分林地土壤因存在腐殖質(zhì)的淋溶淀積或重力積累，心土中存在腐殖質(zhì)淀積膠膜，具腐殖質(zhì)特性。由于成土母質(zhì)富含碳酸鹽，大部分碳酸鹽巖發(fā)育的土壤鹽基飽和（大于50%），具石灰性反應(yīng)；但少數(shù)風(fēng)化較為強(qiáng)烈的土壤（主要為上文中的紅色土壤）也可出現(xiàn)鐵質(zhì)特性、鋁質(zhì)特性（包括鋁質(zhì)現(xiàn)象）和鹽基不飽和現(xiàn)象，但本次調(diào)查沒發(fā)現(xiàn)能達(dá)到富鋁特性的土壤。

調(diào)查表明，中國南方碳酸鹽巖發(fā)育土壤雖然有機(jī)質(zhì)積累較明顯，但均沒有達(dá)到有機(jī)表層的診斷要求。暗沃表層、暗瘠表層和淡薄表層等3種腐殖質(zhì)表層在該類土壤中均可出現(xiàn)，前者主要出現(xiàn)在黑色土壤中。黏化層或雛形層是中國南方碳酸鹽巖發(fā)育土壤常見的診斷層，前者土壤剖面有明顯的質(zhì)地差異，心土黏粒含量明顯高于表層。在一些風(fēng)化較強(qiáng)的紅色土壤（主要出現(xiàn)在福建、廣西、云南等地）中，有時(shí)可出現(xiàn)低活性富鐵層，它們的土壤黏粒礦物中有大量的高嶺石，其部分土層的黏粒CEC低于24 cmol/kg，但所有土壤均沒有達(dá)到鐵鋁層的診斷要求。

3.2 高級分類單元

在我國第2次土壤普查的發(fā)生分類中，考慮到這類土壤成土母質(zhì)的特殊性且土壤形成深受碳酸鹽的影響，將南方地區(qū)的碳酸鹽巖發(fā)育土壤合稱為石灰土一個(gè)土類，以下續(xù)分為紅色石灰土、棕色石灰土、黃色石灰土和黑色石灰土等4個(gè)亞類。從以上對不同顏色的碳酸鹽巖發(fā)育土壤性狀比較來看，它們之間確實(shí)存在成土環(huán)境及風(fēng)化強(qiáng)度、礦物類別、有機(jī)質(zhì)積累方面的差異，因此地理發(fā)生分類中對石灰土亞類的劃分具有一定的科學(xué)依據(jù)。但以上分析也表明，在紅色石灰土、棕色石灰土、黃色石灰土和黑色石灰土各亞類中，土體厚度、剖面發(fā)育及脫鈣程度實(shí)際上還是存在較大的變異，但發(fā)生分類中并沒有考慮這方面的差別，把這類土壤的分類過于簡單化了。為此，我們按照國際上流行的診斷分類方法，采用中國土壤系統(tǒng)分類的檢索[23]，對中國南方碳酸鹽巖發(fā)育土壤進(jìn)行了全面的鑒定，共檢索出均腐土、富鐵土、淋溶土、雛形土和新成土等5個(gè)土綱，下分8個(gè)亞綱、15個(gè)土類和25個(gè)亞類。

3.2.1 均腐土

均腐土是具有深厚有機(jī)質(zhì)積累、鹽基飽和度較高的土壤，其零星分布在被調(diào)查的6省（自治區(qū)）內(nèi)碳酸鹽巖峰叢低洼地、丘陵和山地的坡麓及槽谷地帶。研究區(qū)均腐土有巖性均腐土和濕潤均腐土2個(gè)亞綱，其中，巖性均腐土土體較薄，125 cm內(nèi)可出現(xiàn)碳酸鹽巖體，主要分布在碳酸鹽巖峰叢低洼地、丘陵和山地的坡麓，其續(xù)分的土類和亞類分別為黑色巖性均腐土、普通黑色巖性均腐土。濕潤均腐土在125 cm土體內(nèi)不出現(xiàn)碳酸鹽巖體，主要分布在槽谷地帶，因地勢低凹、土壤滯水，黑色富鹽基的土層厚達(dá)50 cm以上，其續(xù)分的土類和亞類分別為滯水濕潤均腐土和暗厚滯水濕潤均腐土。

3.2.2 富鐵土

富鐵土是風(fēng)化較強(qiáng)且具有低活性富鐵層的土壤，零星分布在福建、浙江、江西及云貴地區(qū)的丘陵坡麓地帶，其分布區(qū)地形較為穩(wěn)定，常形成于厚層石灰?guī)r古老風(fēng)化殼上，它是碳酸鹽巖上發(fā)育最為古老、風(fēng)化強(qiáng)度最高的土壤。它們的土壤水分狀況均為濕潤，因此全屬于濕潤富鐵土亞綱。在這些土壤中，部分相對較薄的土體具有碳酸鹽巖性特征，歸屬為鈣質(zhì)濕潤富鐵土土類，并根據(jù)出現(xiàn)黏化層、脫鈣程度續(xù)分為黏化鈣質(zhì)濕潤富鐵土、淋溶鈣質(zhì)濕潤富鐵土和普通鈣質(zhì)濕潤富鐵土3個(gè)亞類。對于已不受碳酸鹽巖巖性影響的土壤，根據(jù)是否存在黏化層，分為黏化濕潤富鐵土和簡育濕潤富鐵土2個(gè)土類，對應(yīng)的亞類分別為普通黏化濕潤富鐵土和普通簡育濕潤富鐵土。

3.2.3 淋溶土

淋溶土是土壤剖面中具有黏化層的一類土壤，其廣泛分布在中國南方碳酸鹽巖地區(qū)。根據(jù)土壤水分狀況，區(qū)內(nèi)淋溶土可分為常濕淋溶土和濕潤淋溶土2個(gè)亞綱。在常濕淋溶土中根據(jù)脫鈣及是否具碳酸鹽巖巖性特征可分為鈣質(zhì)常濕淋溶土和簡育常濕淋溶土2個(gè)土類，這2個(gè)土類均根據(jù)土壤剖面中有機(jī)質(zhì)垂直遷移差異續(xù)分為腐殖鈣質(zhì)常濕淋溶土、普通鈣質(zhì)常濕淋溶土、腐殖簡育常濕淋溶土、普通簡育常濕淋溶土等亞類。

在濕潤淋溶土中根據(jù)脫鈣及是否具碳酸鹽巖巖性特征、鐵質(zhì)特性可分為鈣質(zhì)濕潤淋溶土和鐵質(zhì)濕潤淋溶土2個(gè)土類，前者根據(jù)土壤剖面中有機(jī)質(zhì)垂直遷移差異續(xù)分為腐殖鈣質(zhì)濕潤淋溶土和普通鈣質(zhì)濕潤淋溶土2個(gè)亞類；鐵質(zhì)濕潤淋溶土土類只有普通鐵質(zhì)濕潤淋溶土1個(gè)亞類。

3.2.4 雛形土

雛形土是土壤剖面發(fā)育較差，但已具有風(fēng)化B層（即Bw），在中國南方碳酸鹽巖地區(qū)分布最廣的一類土壤。根據(jù)土壤水分狀況，區(qū)內(nèi)淋溶土可分為常濕雛形土和濕潤雛形土2個(gè)亞綱。在常濕雛形土中根據(jù)脫鈣及是否具碳酸鹽巖巖性特征可分為鈣質(zhì)常濕雛形土和簡育常濕雛形土2個(gè)土類，前者根據(jù)土壤剖面中有機(jī)質(zhì)垂直遷移差異、出現(xiàn)石質(zhì)接觸面等情況續(xù)分為腐殖鈣質(zhì)常濕雛形土、石質(zhì)鈣質(zhì)常濕雛形土和普通鈣質(zhì)常濕雛形土等3個(gè)亞類。簡育常濕雛形土土類只有鐵質(zhì)簡育常濕雛形土1個(gè)亞類。

在濕潤淋溶土中根據(jù)脫鈣及是否具碳酸鹽巖巖性特征、鐵質(zhì)特性可分為鈣質(zhì)濕潤雛形土、鐵質(zhì)濕潤雛形土和簡育濕潤雛形土3個(gè)土類，其中，鈣質(zhì)濕潤雛形土土類根據(jù)土壤剖面中有機(jī)質(zhì)垂直遷移差異、出現(xiàn)石質(zhì)接觸面、土壤顏色等情況，續(xù)分為腐殖鈣質(zhì)濕潤雛形土、石質(zhì)鈣質(zhì)濕潤雛形土、棕色鈣質(zhì)濕潤雛形土和普通鈣質(zhì)濕潤雛形土等4個(gè)亞類。鐵質(zhì)濕潤雛形土和簡育濕潤雛形土各下分為1個(gè)亞類，分別為紅色鐵質(zhì)濕潤雛形土和普通簡育濕潤雛形土。

3.2.5 新成土

新成土是一類土體非常淺薄的碳酸鹽巖發(fā)育土壤，其土體構(gòu)型一般為A-D或A-C，缺乏風(fēng)化B層，主要分布在丘陵和山地的陡坡地，有時(shí)也可出現(xiàn)在平緩地帶的淺薄土層直接覆蓋在碳酸鹽巖體的區(qū)域。其亞綱、土類及亞類都只有1個(gè)，分別為正常新成土、濕潤正常新成土和鈣質(zhì)濕潤正常新成土。

3.3 發(fā)生分類與系統(tǒng)分類的比較

我國第2次土壤普查的發(fā)生分類將中國南方碳酸鹽巖發(fā)育土壤分為紅色石灰土、棕色石灰土、黃色石灰土和黑色石灰土等4個(gè)亞類，本文根據(jù)有關(guān)研究[24]，增加了白色石灰?guī)r土一個(gè)類型。從表3可知，土壤發(fā)生分類的一個(gè)亞類在系統(tǒng)分類中對應(yīng)多

個(gè)類型。其中紅色石灰土按系統(tǒng)分類進(jìn)行劃分，可檢索出富鐵土、淋溶土和雛形土3個(gè)土綱，濕潤富鐵土、濕潤淋溶土和濕潤雛形土3個(gè)亞綱及8個(gè)土類和11個(gè)亞類。棕色石灰土按系統(tǒng)分類進(jìn)行劃分，可檢索出富鐵土、淋溶土、雛形土和新成土4個(gè)土綱，濕潤富鐵土、常濕淋溶土、濕潤淋溶土、常濕雛形土、濕潤雛形土和正常新成土6個(gè)亞綱及7個(gè)土類和13個(gè)亞類。黃色石灰土按系統(tǒng)分類進(jìn)行劃分，可檢索出淋溶土和雛形土2個(gè)土綱，常濕淋溶土和常濕雛形土2個(gè)亞綱及3個(gè)土類和6個(gè)亞類。黑色石灰土按系統(tǒng)分類進(jìn)行劃分，可檢索出均腐土、淋溶土、雛形土和新成土4個(gè)土綱，巖性均腐土、濕潤均腐土、常濕淋溶土、濕潤淋溶土、常濕雛形土、濕潤雛形土和正常新成土7個(gè)亞綱及9個(gè)土類和16個(gè)亞類。白色石灰土按系統(tǒng)分類進(jìn)行劃分，可檢索出雛形土和新成土2個(gè)土綱，濕潤雛形土和正常新成土2個(gè)亞綱及2個(gè)土類和3個(gè)亞類。從表3中還可以看出，系統(tǒng)分類的某些亞類可同時(shí)出現(xiàn)在發(fā)生分類對應(yīng)的系統(tǒng)分類亞類中。以上結(jié)果表明，采用發(fā)生分類劃分碳酸鹽巖發(fā)育土壤較為簡單，沒有充分考慮土壤性狀的變異性，同時(shí)，結(jié)果也說明發(fā)生分類劃分的類別中存在明顯的重疊現(xiàn)象。

4 結(jié)論

1）中國南方碳酸鹽巖成因和巖性多變、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其成土環(huán)境多樣，因此，碳酸鹽巖發(fā)育的土壤性質(zhì)具有較大的空間異質(zhì)性。由于巖石風(fēng)化淋溶和土壤侵蝕交疊的發(fā)生致使這些土壤多數(shù)沒有充分淋溶，土壤中鈣離子較多，多呈微酸性至微堿性，土層薄，但受特殊化學(xué)風(fēng)化成土過程的影響，細(xì)土物質(zhì)黏粒含量較高。

2）南方碳酸鹽巖形成土壤的土體厚度和土壤質(zhì)地主要受碳酸鹽巖產(chǎn)狀、巖性與分布區(qū)地貌等的影響，純質(zhì)石灰?guī)r上形成的土壤土體淺薄，白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r等巖石土壤厚度較大。巖性、巖溶地貌和氣候條件同時(shí)制約著土壤發(fā)育程度及剖面構(gòu)型，并影響著土壤類型的分化。紅色土壤多出現(xiàn)在低海拔的低丘緩坡地及巖溶平原上，具有干濕交替的土壤水分條件；與紅色土壤相比，棕色土壤分布區(qū)氣溫相對較低；黃色土壤分布處常具濕潤水分條件；黑色土壤主要分布在低凹地帶。土壤顏色可在一定程度上反映土壤風(fēng)化的差異和成土特點(diǎn)。

3）研究認(rèn)為，碳酸鹽巖上深厚黑色土體的形成與低凹地形有關(guān)，是長期反復(fù)接受周圍巖石的風(fēng)化物質(zhì)或周圍土壤的表土物質(zhì)堆積的結(jié)果。

4）根據(jù)中國土壤系統(tǒng)分類的診斷標(biāo)準(zhǔn)，可把中國南方碳酸鹽巖發(fā)育土壤劃分為均腐土、富鐵土、淋溶土、雛形土和新成土等5個(gè)土綱，下分8個(gè)亞綱、15個(gè)土類和25個(gè)亞類。

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［17］顧也萍,馮學(xué)鋼,鞏吉力.安徽省石灰?guī)r風(fēng)化物發(fā)育土壤的特性和系統(tǒng)分類.土壤學(xué)報(bào),1998,35(3):303-312.GU Y P,FENG X G,GONG J L.Properties and taxonomic classification of soils derived from limestone in Anhui Province.Acta Pedologica Sinica,1998,35(3):303-312.(in Chinese with English abstract)

［18］楊柳,何騰兵,舒英格,等.貴州喀斯特區(qū)草地生態(tài)條件下石灰(巖)土的發(fā)生特性及系統(tǒng)分類研究.中國巖溶,2011,30(1):93-99.YANG L,HE T B,SHU Y G,et al.Study on the genesis characteristics and taxonomic classification of limestone soil under grassland ecosystem in Guizhou Karstarea.Carsologica Sinica,2011,30(1):93-99.(in Chinese with English abstract)

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［21］熊毅,李慶逵.中國土壤.2版.北京:科學(xué)出版社,1987:253-258.XIONG Y,LI Q K.Soils in China.2nd ed.Beijing：Science Press,1987:253-258.(in Chinese)

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