陳 林,慈 恩,連茂山,翁昊璐,謝德體
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渝東南巖溶區(qū)典型土壤的系統(tǒng)分類(lèi)研究①
陳 林,慈 恩*,連茂山,翁昊璐,謝德體
(西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,重慶 400715)
為明確渝東南巖溶區(qū)典型土壤在中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi)中的歸屬,以該區(qū)域石灰?guī)r發(fā)育的典型土壤個(gè)體為研究對(duì)象,挖掘8個(gè)典型剖面,通過(guò)野外觀測(cè)、分層取樣與分析,依據(jù)《中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi)檢索(第三版)》進(jìn)行分類(lèi)檢索,并與發(fā)生分類(lèi)進(jìn)行參比。結(jié)果表明,8個(gè)供試剖面分別被劃歸為3個(gè)土綱(淋溶土、雛形土和新成土)、5個(gè)亞綱、7個(gè)土類(lèi)和7個(gè)亞類(lèi)等系統(tǒng)分類(lèi)高級(jí)單元;在系統(tǒng)分類(lèi)基層單元?dú)w屬上,8個(gè)剖面分別被劃歸為8個(gè)土族和8個(gè)土系。黃棕壤參比到簡(jiǎn)育常濕雛形土和酸性常濕雛形土,黃壤參比到簡(jiǎn)育濕潤(rùn)淋溶土,石灰(巖)土參比到鈣質(zhì)常濕(濕潤(rùn))淋溶土、鈣質(zhì)濕潤(rùn)雛形土和濕潤(rùn)正常新成土。結(jié)合成土環(huán)境分析可知,在渝東南巖溶區(qū)海拔<1 000 m的地區(qū),海拔越高,其水分狀況越好,越容易形成黏化層;若海拔大致相同,坡度是影響土壤形成黏化層的首要因素;地形和海拔也與渝東南巖溶區(qū)的土壤水分狀況、雛形層的形成等密切相關(guān),是影響渝東南土壤系統(tǒng)分類(lèi)歸屬劃分的重要因素。
重慶市;巖溶區(qū);土壤系統(tǒng)分類(lèi);診斷層;診斷特性
土壤分類(lèi)是土壤科學(xué)水平的標(biāo)志,是土壤調(diào)查制圖的基礎(chǔ),是因地制宜推廣農(nóng)業(yè)技術(shù)的依據(jù)之一,也是國(guó)內(nèi)外土壤信息交流的媒介[1]。隨著土壤學(xué)研究的層層深入,土壤分類(lèi)也在不斷發(fā)展。目前,以診斷層和診斷特性為基礎(chǔ)、定量化為特點(diǎn)的土壤系統(tǒng)分類(lèi)已成為國(guó)際土壤分類(lèi)的主流[21];定量化、標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化成為國(guó)內(nèi)外土壤分類(lèi)發(fā)展的大趨勢(shì)[1-2]。從中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi)(首次方案)發(fā)布至今已有20余年,我國(guó)土壤學(xué)家在此期間開(kāi)展了大量關(guān)于土壤系統(tǒng)分類(lèi)的研究工作,出版和發(fā)表了一系列專題著作和論文[3-11],完成了中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi)高級(jí)單元的檢索[1],制定了中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi)基層分類(lèi)單元?jiǎng)澐謽?biāo)準(zhǔn)[4],一系列區(qū)域性土壤的研究工作[12-17]也相繼開(kāi)展。
在國(guó)家基礎(chǔ)性科技專項(xiàng)的支持下,對(duì)于重慶市境內(nèi)紫色砂頁(yè)巖和河流沖積物母質(zhì)發(fā)育土壤的系統(tǒng)分類(lèi)做了一系列研究工作[16-17],但對(duì)于巖溶區(qū)石灰?guī)r風(fēng)化發(fā)育的土壤缺乏分析和總結(jié)。在渝東南地區(qū),石灰?guī)r廣泛出露,其殘坡積風(fēng)化物是該區(qū)域最為主要的成土母質(zhì)。因此,本文在明確渝東南巖溶區(qū)典型土壤成土特點(diǎn)、剖面形態(tài)和理化性質(zhì)的基礎(chǔ)上,依據(jù)現(xiàn)行中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi)的原則和方法,對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)分類(lèi)研究,并與發(fā)生分類(lèi)進(jìn)行參比,旨在進(jìn)一步完善重慶土壤系統(tǒng)分類(lèi)體系,也為我國(guó)土壤的系統(tǒng)分類(lèi)提供科學(xué)依據(jù)。
渝東南,即重慶市東南部,包括兩區(qū)四縣,即黔江區(qū)、武隆區(qū)、石柱土家族自治縣、彭水苗族土家族自治縣、秀山土家族苗族自治縣和酉陽(yáng)土家族苗族自治縣。氣候類(lèi)型為亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候,氣候溫和,雨水充沛,四季分明,年平均氣溫15 ~ 18 ℃,海拔高差大,氣候垂直差異大。渝東南年日照時(shí)數(shù)1 000 ~ 1 400 h,日照百分率僅為25% ~ 35%[21];年平均降水量在1 000 ~ 1 350 mm,降水多集中在5—9月;年平均相對(duì)濕度多在70% ~ 80%[17]。渝東南地形地貌復(fù)雜多樣,在其南部和東部,分別有大婁山和武陵山環(huán)繞,區(qū)縣境內(nèi)多為多級(jí)夷平面與侵蝕溝谷組合的山區(qū)地貌,群山連綿,重巒疊嶂,峰壩交錯(cuò),溝壑縱橫;地表形態(tài)以中、低山為主,兼有山原、丘陵。
利用ArcGIS軟件,依據(jù)重慶市土壤圖,篩選出渝東南石灰?guī)r母質(zhì)發(fā)育的土壤分布區(qū),結(jié)合研究區(qū)地形等相關(guān)數(shù)據(jù),劃定用于研究調(diào)查的典型地體單元(即在地形、母質(zhì)上相對(duì)均一的地理單元),結(jié)合研究的土種分布和交通狀況等,選取8個(gè)典型地體單元作為典型個(gè)體調(diào)查區(qū),在每個(gè)調(diào)查區(qū)內(nèi)布設(shè)1個(gè)采樣點(diǎn)。根據(jù)預(yù)設(shè)采樣點(diǎn)的坐標(biāo)和第二次土壤普查資料,完成野外的找點(diǎn)、定點(diǎn)工作。參照《野外土壤描述與采樣手冊(cè)》[18](簡(jiǎn)稱《手冊(cè)》)的相關(guān)規(guī)定,挖掘土壤剖面,調(diào)查成土條件,觀察描述剖面形態(tài),做好記錄、拍照和部分指標(biāo)(如土壤顏色、石灰反應(yīng)、亞鐵反應(yīng)等)的野外速測(cè)等相關(guān)工作;按發(fā)生層次采集土壤樣品(含容重樣),并將其及時(shí)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室處理、測(cè)定或待用。依據(jù)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)土壤色卡判別土壤樣品的干/潤(rùn)態(tài)顏色;土壤樣品的主要理化指標(biāo)及測(cè)定方法如下:碳酸鈣含量采用氣量法測(cè)定;土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測(cè)定;游離氧化鐵采用DCB浸提-鄰菲羅啉比色法測(cè)定;陽(yáng)離子交換量采用醋酸銨-EDTA交換法測(cè)定;交換性鹽基采用NH4OAc(pH 7.0)浸提-原子吸收光譜法和火焰光度法測(cè)定;顆粒組成采用吸管法測(cè)定等[20]。
由表1可見(jiàn),8個(gè)供試剖面點(diǎn)的海拔范圍為306 ~ 1 628 m,其中5個(gè)剖面點(diǎn)位于800 m以下的低山、丘陵區(qū),3個(gè)剖面點(diǎn)位于中山區(qū);低山丘陵區(qū)樣點(diǎn)主要分布在其上部和中部,坡度分級(jí)為陡坡、中坡、緩和微坡,中山區(qū)樣點(diǎn)主要分布在不同地形部位的中坡和中緩坡地帶;成土母質(zhì)主要為灰?guī)r、白云巖、硅質(zhì)巖等風(fēng)化殘坡積物;剖面Y01、Y02、Y03的土地利用方式是林地,其他為旱地。
表1 供試剖面的成土環(huán)境
從表2可知,在125 cm深度范圍內(nèi),有4個(gè)供試剖面出現(xiàn)R層;供試剖面的土壤色調(diào)主要為10YR、7.5YR和2.5Y,其中有5個(gè)剖面的土壤色調(diào)為10YR,供試剖面土壤干態(tài)明度介于4 ~ 7之間,干態(tài)彩度為1 ~ 6,潤(rùn)態(tài)明度介于3~ 5之間,潤(rùn)態(tài)彩度為1 ~ 6,絕大部分剖面的發(fā)生層次間明度變化不大;野外觀察發(fā)現(xiàn),剖面Y07的結(jié)構(gòu)面上有5% 左右鐵錳斑紋,剖面Y01土體中有不同數(shù)量的不規(guī)則的黃白色稍硬碳酸鈣結(jié)核,剖面Y01、Y06和Y07中有黏粒膠膜出現(xiàn)。
由表3可見(jiàn),供試剖面的土壤質(zhì)地以粉質(zhì)黏土和粉質(zhì)黏壤土為主,各剖面發(fā)生層黏粒含量的范圍為143.1 ~ 610.4 g/kg;8個(gè)剖面中,除Y05的C層外,其他層次的黏粒含量均在150 g/kg以上,除剖面Y02和Y04之外,其他剖面中均存在黏粒比大于1.20的土層。土壤pH范圍在4.3 ~ 8.5之間,最高值和最低值分別出現(xiàn)在剖面Y05和剖面Y03中。各供試剖面的SOC含量范圍為3.31 ~ 38.58 g/kg,最低值和最高值分別出現(xiàn)在剖面Y05的C層和Y03的AB1層中;各剖面表層SOC含量均>9 g/kg。各剖面游離氧化鐵含量較高,均在20.85 g/kg以上,其中剖面Y01、Y02、Y04、Y08游離氧化鐵含量隨深度增加而增加。碳酸鹽含量在Y01的Bk1層和Y05的C層出現(xiàn)陡增現(xiàn)象,明顯高于同剖面的其他發(fā)生層。各供試剖面發(fā)生層的CEC范圍為17.79 ~ 41.63 cmol(+)/kg。各供試剖面發(fā)生層的鹽基飽和度在40% ~ 63% 之間。
2.4.1 診斷層 由表4可知,供試剖面涉及淡薄表層、雛形層和黏化層等診斷表層和診斷表下層。①淡薄表層:依照《中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi)檢索(第三版)》中各類(lèi)腐殖質(zhì)表層的鑒定條件[1],檢索出剖面Y06、Y07具有淡薄表層。②雛形層:從表2、3可知,該土壤土體發(fā)育較深,土壤B層發(fā)育較好,有明顯的結(jié)構(gòu)特征,礫石含量不高,無(wú)黏粒淀積現(xiàn)象,且不符合黏化層、灰化淀積層等條件,符合雛形層的診斷標(biāo)準(zhǔn),其中有4個(gè)供試剖面被檢出具有雛形層。③黏化層:依照黏化層的鑒定條件[1],檢出剖面Y01、Y06、Y07具有黏化層(表4),且均是由黏粒的淋移淀積所形成的。
表2 供試土壤的剖面特征
2.4.2 診斷特性 供試剖面主要涉及碳酸鹽巖巖性特征、土壤水分狀況、土壤溫度狀況、氧化還原特征、腐殖質(zhì)特性、石質(zhì)接觸面、鐵質(zhì)特性、石灰性等診斷特性(表4)。
1)碳酸鹽巖巖性特征:在8個(gè)供試剖面中,除Y02、Y03剖面外,其余剖面都符合:土表至125 cm范圍內(nèi)有碳酸鹽巖巖屑或風(fēng)化殘余石灰,所有土層鹽基飽和度≥50%、pH≥5.5[1]的診斷標(biāo)準(zhǔn)。
2)土壤水分狀況:根據(jù)渝東南各區(qū)縣氣象站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù),運(yùn)用Penman經(jīng)驗(yàn)公式[1]估算可知,研究區(qū)內(nèi)各區(qū)縣氣象站點(diǎn)的年干燥度均小于1,其中海拔800 m以上氣象站點(diǎn)的每月干燥度也均小于1;研究區(qū)內(nèi)海拔800 m以上樣點(diǎn)(Y01、Y02、Y03)的土壤水分狀況為常濕潤(rùn)土壤水分狀況,剖面Y04、Y05、Y06、Y07、Y08為濕潤(rùn)土壤水分狀況[17]。
3)土壤溫度狀況:依據(jù)《手冊(cè)》[18]推薦的相關(guān)方法對(duì)各樣點(diǎn)土溫進(jìn)行估算,結(jié)果表明,剖面Y02樣點(diǎn)年均土溫為15.6 ℃,符合溫性土壤溫度狀況的診斷標(biāo)準(zhǔn);其余剖面樣點(diǎn)年均土溫均位于16.2 ~ 19.4 ℃之間,符合熱性土壤溫度狀況的診斷標(biāo)準(zhǔn)。
4)氧化還原特征:剖面Y07的B層有鐵錳斑紋出現(xiàn),符合氧化還原特征的診斷標(biāo)準(zhǔn)[1]。
5)腐殖質(zhì)特性:Y01、Y02號(hào)剖面土壤植被為林地,表層具有腐殖質(zhì)的生物積累,在B層有自A層落下的含腐殖質(zhì)土體,且土表至100 cm深度范圍內(nèi)有機(jī)碳的總儲(chǔ)量>12 kg/m2,符合腐殖質(zhì)特性診斷標(biāo)準(zhǔn)[1]。
6)石質(zhì)接觸面:剖面Y04、Y05、Y06和Y08下墊物質(zhì)為整塊碳酸鹽和連續(xù)板巖,均為石質(zhì)接觸面。
7)鐵質(zhì)特性:剖面Y07土壤基質(zhì)色調(diào)為10YR,整個(gè)B層細(xì)土部分游離氧化鐵≥40 g/kg,符合鐵質(zhì)特性診斷標(biāo)準(zhǔn)[1]。
8)石灰性:供試剖面Y01、Y04和Y05符合:土表至50 cm范圍內(nèi)所有亞層中CaCO3相當(dāng)物均≥10 g/kg,用1:3 HCl處理有泡沫反應(yīng)[1]的診斷標(biāo)準(zhǔn)。
依據(jù)上述診斷層和診斷特性(表4),按照《中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi)檢索(第三版)》[1],對(duì)供試土壤進(jìn)行逐級(jí)檢索、命名并與發(fā)生分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行參比(表5)。從表5可知,8個(gè)供試剖面分別歸屬為3個(gè)土綱、5個(gè)亞綱、7個(gè)土類(lèi)和7個(gè)亞類(lèi)等系統(tǒng)分類(lèi)高級(jí)單元;在土綱中,對(duì)應(yīng)剖面最多的是雛形土土綱;在亞類(lèi)中,有兩個(gè)剖面檢索為棕色鈣質(zhì)濕潤(rùn)雛形土。8個(gè)剖面在土壤發(fā)生分類(lèi)中歸屬的亞類(lèi)分別是石灰(巖)土、黃壤、黃棕壤;其中發(fā)生學(xué)分類(lèi)的石灰(巖)土對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)分類(lèi)亞類(lèi)最多(4個(gè)亞類(lèi))。
土族是土壤系統(tǒng)分類(lèi)的基層分類(lèi)單元,是亞類(lèi)的續(xù)分,主要反映與土壤利用管理有關(guān)的土壤理化性質(zhì)的分異。根據(jù)《中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi)土族與土系劃分標(biāo)準(zhǔn)》[4],8個(gè)供試土壤可被劃分為8個(gè)不同土族,之后根據(jù)樣點(diǎn)所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村或景區(qū)的名稱,本文暫定各土系名如下:白果系、仙女山系、石梁子系、黃柏渡系、濯水系、里仁系、鹿角系和金溝系,并將其與發(fā)生分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行參比(表6)。
針對(duì)渝東南地形地貌復(fù)雜多樣,且局部氣候受地形、海拔影響顯著的特點(diǎn),根據(jù)土壤成土特點(diǎn)及利用現(xiàn)狀等,著重分析地形和海拔對(duì)土壤系統(tǒng)分類(lèi)的影響。供試的8個(gè)土壤剖面有3個(gè)被劃分為淋溶土土綱,3個(gè)剖面中均有黏粒膠膜。其中,剖面Y06和Y07為旱地,土壤剖面發(fā)育深厚,其海拔相對(duì)較低(420 m和454 m),雖為濕潤(rùn)水分狀況,但相對(duì)較高海拔地區(qū),其水分狀況依然較差,但剖面所處坡度較小,表層土壤未受到嚴(yán)重侵蝕,水分不易流失,土壤形成黏化層,被劃分為淋溶土土綱。剖面Y01為林地,除具有碳酸鹽巖巖性特征外,還具有腐殖質(zhì)特性,說(shuō)明該區(qū)域成土過(guò)程中生物作用比較強(qiáng),雖所處位置坡度較大,但海拔為938 m,由于其優(yōu)越的水分狀況(常濕潤(rùn)),黏粒受淋溶作用從主體上部向下移動(dòng)并于底層淀積,土壤形成黏化層,該剖面雖在土壤發(fā)生分類(lèi)中為黃色石灰土,但在土壤系統(tǒng)分類(lèi)中卻劃分為淋溶土土綱。供試的8個(gè)土壤剖面有4個(gè)劃分為雛形土土綱。剖面Y02和Y03中有機(jī)質(zhì)的積累比剖面Y07更明顯,且海拔在1 400 m以上,在自然植被下,有明顯的枯枝落葉層和腐殖質(zhì)層,其表層有機(jī)質(zhì)含量也遠(yuǎn)高于其他剖面,降雨量大導(dǎo)致鹽基的大量淋失,土壤呈微酸性反應(yīng),土體中沒(méi)有黏化層發(fā)育,因此,這兩個(gè)剖面發(fā)育的黃棕壤雖在發(fā)生分類(lèi)中隸屬于淋溶土綱,但在系統(tǒng)分類(lèi)中劃為了雛形土土綱。剖面Y05和Y08海拔較低,所處位置坡度大,且周?chē)規(guī)r廣泛出露,說(shuō)明其在風(fēng)化-成土過(guò)程中受侵蝕沖刷的影響大,土體中基本無(wú)物質(zhì)淀積,但有土壤結(jié)構(gòu)發(fā)育的B層,因而也劃為雛形土土綱。綜上,在渝東南巖溶區(qū)海拔<1 000 m的地區(qū),海拔越高,其水分狀況越好,越容易形成黏化層,若海拔大致相同,坡度是影響土壤形成黏化層的首要因素。剖面Y04是由三疊系母巖發(fā)育的土壤,在剖面的野外采集過(guò)程中,可見(jiàn)其發(fā)育程度低,土壤剖面結(jié)構(gòu)發(fā)育很差,無(wú)雛形層發(fā)育,因而此剖面發(fā)育的黑色石灰土在發(fā)生分類(lèi)中隸屬于初育土綱,但在系統(tǒng)分類(lèi)中劃為新成土土綱。
表5 供試土壤的高級(jí)分類(lèi)單元?jiǎng)澐峙c參比
表6 供試土壤的基層分類(lèi)單元?jiǎng)澐峙c參比
中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi)與發(fā)生分類(lèi)均以發(fā)生學(xué)思想為指導(dǎo),但兩種分類(lèi)結(jié)果不是呈簡(jiǎn)單的、一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。從參比結(jié)果來(lái)看,8個(gè)供試土壤剖面分別歸屬于中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi)的淋溶土、雛形土和新成土3個(gè)土綱和7個(gè)土類(lèi),而在土壤發(fā)生分類(lèi)中歸屬的土類(lèi)只有3個(gè),中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi)的土類(lèi)和亞類(lèi)在其數(shù)量上都要多于土壤發(fā)生分類(lèi),系統(tǒng)分類(lèi)細(xì)化與定量化的優(yōu)勢(shì)得到體現(xiàn)。
依據(jù)中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi)的原則和方法,位于渝東南8個(gè)供試土壤剖面分別被劃歸為3個(gè)土綱(淋溶土、雛形土、新成土)、5個(gè)亞綱(常濕淋溶土、濕潤(rùn)淋溶土、常濕雛形土、濕潤(rùn)雛形土、正常新成土)、7個(gè)土類(lèi)和7個(gè)亞類(lèi)等系統(tǒng)分類(lèi)高級(jí)單元;8個(gè)供試土壤剖面初步建立8個(gè)土族和8個(gè)土系。渝東南巖溶區(qū)典型土壤主要成土過(guò)程與母巖的風(fēng)化和碳酸鹽的淋溶關(guān)系十分密切,其風(fēng)化和淋溶的程度不同,形成的土壤也不盡相同;在渝東南巖溶區(qū)海拔<1 000 m的地區(qū),海拔越高,其水分狀況越好,越容易形成黏化層,若海拔大致相同,坡度是影響土壤形成黏化層的首要因素;地形和海拔與渝東南巖溶區(qū)的土壤水分狀況、雛形層的形成等密切相關(guān),是影響渝東南土壤系統(tǒng)分類(lèi)歸屬劃分的重要因素。
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Soil Taxonomy of Typical Soils in Karst Area of Southeast Chongqing
CHEN Lin, CI En*, LIAN Maoshan, WENG Haolu, XIE Deti
(College of Resources and Environment, Southwest University, Chongqing 400715, China)
Eight soil profiles developed from calcareous rock were selected in karst area of southeast Chongqing as study objects, their attributions were identified in Chinese Soil Taxonomy (CST) according to the information of field observation and laboratory measurement, and their references to soil genetic classification (SGC) were also identified. The results showed that the tested soil profiles were identified as Argosols, Cambosols and Primosols Orders, 5 Suborders, 7 Groups and 7 Subgroups, and were sorted into 8 soil families and soil series in CST. The yellow-brown soil groups in SGC were sorted into Hapli-Perudic Cambosols and Acidi-Perudic Cambosols in CST. The yellow soil groups in SGC were sorted into Hapli-Udic Argosols in CST. The limestone soil groups in GSCC were sorted into Carbonati-Perudic Argosols, Carbonati-Udic Argosols, Carbonati-Udic Cambosols and Udi-Orthic Primosols in CST. According to soil-forming environment, the higher the elevation is, the better the water condition is, and the more easily formed for Argic horizon. Slope is the primary factor for the formation of Argic horizon under the similar elevation, terrain and elevation are closely related to soil moisture and the formation of Cambic horizon in the karst area of southeast Chongqing, which are important factors for soil identification in CST in southeast Chongqing.
Chongqing; Karst area; Soil taxonomy; Diagnostic horizons; Diagnostic characteristics
國(guó)家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)(2014FY110200A13)和中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(XDJK2017B027)資助。
通訊作者(cien777@163.com)
陳林(1994—),男,重慶大足人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)橥寥腊l(fā)生與分類(lèi)。E-mail: 631877652@qq.com
S155.3
A
10.13758/j.cnki.tr.2019.01.024