河南省正陽(yáng)縣典型土壤系統(tǒng)分類(lèi)

李 玲，高 暢，路 婕，呂巧靈，吳克寧

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450002；2.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)

土壤分類(lèi)是土壤科學(xué)水平的反映，是土壤調(diào)查制圖的基礎(chǔ)，也是國(guó)內(nèi)外土壤科學(xué)交流的媒介［1～3］.科學(xué)的分類(lèi)方法有利于土壤精確管理、完善土壤系統(tǒng)分類(lèi)，也豐富和發(fā)展了土壤學(xué)、土壤地理學(xué)，并為區(qū)域土壤資源的可持續(xù)利用和糧食安全保障提供科學(xué)依據(jù).美國(guó)農(nóng)業(yè)部提出了以診斷層和診斷特性為基礎(chǔ)、以定量為特點(diǎn)的土壤系統(tǒng)分類(lèi)和分類(lèi)檢索方法.以診斷層、診斷特性為基礎(chǔ)的土壤系統(tǒng)分類(lèi)方法具有定量化、標(biāo)準(zhǔn)化［4，5］的特點(diǎn)，能夠建立土壤數(shù)據(jù)庫(kù)和信息系統(tǒng)，利于交流，因此它們應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大［6～11］.中國(guó)土壤分類(lèi)的開(kāi)展以診斷層和診斷特性為基礎(chǔ)，以土壤屬性為主的土壤系統(tǒng)分類(lèi)，逐步建立具有中國(guó)特色、具有定量指標(biāo)的土壤系統(tǒng)分類(lèi).河南省在第1次和第2次土壤普查時(shí)進(jìn)行過(guò)大量的工作，系統(tǒng)分類(lèi)研究工作正在開(kāi)展.本研究以河南省淮北地區(qū)原發(fā)生分類(lèi)的典型土壤砂姜黑土和黃褐土為例，研究其診斷層和診斷特性，按文獻(xiàn)［4］進(jìn)行檢索，確定其系統(tǒng)分類(lèi)歸屬.

1 材料與方法

1.1 研究材料

供試土壤采自河南省淮河以北的駐馬店市正陽(yáng)縣，其地形為稍有傾斜的緩平崗地，成土母質(zhì)主要為河湖相沉積物.該地區(qū)屬于暖溫帶與北亞熱帶季風(fēng)氣候，植被屬于亞熱帶與暖溫帶植物過(guò)渡地帶，土地利用以農(nóng)田為主，研究區(qū)域土壤在發(fā)生分類(lèi)體系中歸屬為砂姜黑土和黃褐土.土樣采自新挖的剖面，盡量不采道路或溝渠切面等自然剖面;為防止上層土壤物質(zhì)下落而污染下部土壤，需“自下而上”采集土樣;每層的采樣量在1～1.5 kg;土壤剖面厚度0～150 cm.

1.2 研究方法

樣品室內(nèi)理化分析主要按文獻(xiàn)［12～14］的方法進(jìn)行.土壤樣品的制備:把野外取回的土樣進(jìn)行編號(hào)、風(fēng)干、磨細(xì)，分別過(guò)10，20，60，100目，混勻，保存;粘粒樣品的制備:Na2CO3分散、攪拌、沉降、吸取、凝聚、沉淀、抽洗、烘干，過(guò)100目篩，保存;土壤基本理化測(cè)試項(xiàng)目及方法:顆粒組成(吸管法)，有機(jī)質(zhì)(K2Cr2O7-外加熱法)，pH 值(1∶1 水土質(zhì)量比，電位測(cè)定法)，全氮(開(kāi)氏法)，速效氮(鉬銻抗比色法)，速效磷(鉬銻抗比色法)，速效鉀(火焰光度計(jì)法)，CEC(蒸餾法)，交換性K+，Na+(火焰光度計(jì)法)，交換性Ca2+，Mg2+(EDTA 容量法)，碳酸鹽相當(dāng)物(擴(kuò)散法);全量分析:分別取100目細(xì)土及＜0.002 mm 粘粒在石墨坩鍋中用Li2CO3-H2BO3熔融制備待測(cè)液，燒失重和SiO2(重量法)，TiO2(變色法)，Al2O3(KF-EDTA 法)，K2O，Na2O(火焰光度計(jì)法)，P2O5(鉬銻抗比色法)，CaO，MgO，F(xiàn)e2O3，MnO(原子吸收光譜法).

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤形態(tài)特征

所選取的5個(gè)代表性剖面其表層(A)顏色一般較深，為黑棕(潤(rùn)，10 YR，7.5 YR，2.5YR)，多為松散的塊狀結(jié)構(gòu)，含有少量橙色銹斑、結(jié)核、鐵子;心土層(BE，Bt)顏色一般為棕灰- 暗棕(潤(rùn)，10 YR，7.5 YR，2.5YR)，多為堅(jiān)實(shí)的棱塊狀結(jié)構(gòu)，含有大量亮棕-棕膠膜、銹斑或結(jié)核;底層(C)顏色較深，一般為棕-黑棕(潤(rùn)，7.5YR，10 YR)為很堅(jiān)實(shí)的棱塊狀結(jié)構(gòu).

2.2 土壤理化性質(zhì)

2.2.1 土壤的顆粒組成特征 土壤的顆粒組成不僅可以作為土壤粘化層的鑒別特性，也對(duì)土壤的其他物理、化學(xué)性質(zhì)有重要的影響，并對(duì)認(rèn)識(shí)母質(zhì)的來(lái)源和沉積環(huán)境具有一定的意義.所選取的5個(gè)代表性剖面的顆粒組成特征見(jiàn)表1，從表1中可以看出所采土壤剖面的質(zhì)地較為粘重，除剖面2 外，一般B層粘粒含量均超過(guò)400 g·kg-1，土壤顆粒均以粉砂粒(0.05～0.002 mm)和粘粒(＜0.002 mm)為主.

表1 土壤顆粒組成特征Table 1 Soil mechanical composition

粉粘比能反映出質(zhì)地的差異，剖面4的表層土壤粉粘比大于3.0，表明其土壤發(fā)育程度較差.粘化作用是粘粒在一定土層中相對(duì)富積的現(xiàn)象，粘化層B層粘粒含量至少超過(guò)上部淋溶層的20%，即B/A≥1.2，供試剖面4、5 均達(dá)到了粘化層指標(biāo)，表明部分具有粘化過(guò)程.

2.2.2 土壤的化學(xué)性質(zhì)和交換性能 土壤剖面一般化學(xué)性質(zhì)為:表層土壤呈中性，pH 值6.0～7.5，隨深度的增加pH 值逐漸增高，pH 值7.0～7.8，這種變化規(guī)律與剖面中的鹽基離子的表層淋失和底層累計(jì)有關(guān);表層有機(jī)質(zhì)和全氮比下層稍高，一般為10.0 g·kg-1和0.62 g·kg-1，而且有機(jī)質(zhì)和全氮隨土層的加深而明顯降低;土壤速效養(yǎng)分含量變化很大，表明速效養(yǎng)分供給的差異性受人為影響較大.

土壤陽(yáng)離子交換量多在0.09～0.34 mol·kg-1，土壤陽(yáng)離子交換量的大小與粘粒含量呈正相關(guān).供試土壤CEC/粘粒在0.5～1.0，大于0.24.交換性鹽基離子含量從大至小依次為:Ca2+＞Mg2+＞Na+＞K+，以Ca2+，Mg2+為主，Na+，K+少量，剖面間差異顯著.土壤交換性鹽基總量在同一土體內(nèi)變化明顯，鹽基飽和度(BS)均為飽和.

2.2.3 土壤的發(fā)生學(xué)特征 土壤母質(zhì)或母巖在一定的生物氣候條件下，或在人為的生物水熱條件作用下，經(jīng)過(guò)一系列的風(fēng)化和成土過(guò)程，形成不同粒徑的土壤顆粒.粘粒礦物由原生礦物在一定的生物氣候條件下，經(jīng)過(guò)分解并重新化合形成次生鋁硅酸鹽或鐵鋁氧化物，這類(lèi)氧化物穩(wěn)定于一定的生物氣候條件下，帶有明顯的地帶性特征，因此對(duì)土體化學(xué)組分的分析，可掌握土體內(nèi)所進(jìn)行的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和遷移過(guò)程，為土壤分類(lèi)提供依據(jù)(表2).

表2 土壤細(xì)土及其粘粒的礦質(zhì)全量組成Table 2 Mineral composition of soil and clay

由表2可以看出，供試土壤細(xì)土(100目)礦質(zhì)元素組成序列為:SiO2＞Al2O3＞Fe2O3＞K2O＞MgO＞CaO＞Na2O＞TiO2＞MnO＞P2O5;粘粒(＜0.002 mm)礦質(zhì)元素組成序列為:SiO2＞Al2O3＞Fe2O3＞K2O＞MgO＞TiO2＞CaO＞Na2O＞P2O5＞MnO;因成土母質(zhì)的特性和一定的水熱條件，使鐵、錳、硅氧化物呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)，參與土體內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和遷移，導(dǎo)致土壤中形成各種新生體(結(jié)核、鐵子、斑紋、硅粉等)和土體形態(tài)的分異.而且從供試土壤細(xì)土和粘粒礦物組成比較來(lái)看，兩者有很大的差異性，細(xì)土SiO2含量為660～770 g·kg-1，而粘粒的SiO2含量為500～570 g·kg-1，細(xì)土Al2O3和Fe2O3含量分別為80～140，30～60 g·kg-1，而粘粒的Al2O3和Fe2O3含量分別為160～230 g·kg-1和50～80g·kg-1，硅、鋁、鐵3種元素的富集、遷移狀態(tài)反映在土體的Sa(硅鋁率)和Saf(硅鋁鐵率)，表現(xiàn)為剖面由上而下Sa和Saf 趨于降低，這與ba(風(fēng)化淋溶系數(shù))和粘粒的組成變化是一致的.粘粒的Sa和Saf 則是反映土壤脫硅富鋁化程度的重要指標(biāo)，從表2中還可看出，粘粒的Sa.Saf及ba 值均大大低于土體相應(yīng)的數(shù)值，而且粘粒的Sa 均大于3.0.

2.3 診斷層和診斷特性

參照診斷層和診斷特性的定義以及土壤的土層及性質(zhì)，供試土壤于系統(tǒng)分類(lèi)中高級(jí)分類(lèi)的診斷層主要有暗沃表層、淡薄表層、漂白層、雛形層、粘化層;診斷特性主要有變性特征與變性現(xiàn)象、土壤水分狀況、土壤溫度狀況、石灰性、鹽基飽和度、氧化還原特征［4，5］，具體歸屬列于表3.

2.4 高級(jí)分類(lèi)

中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi)是以土壤診斷層和診斷特性的定量指標(biāo)為依據(jù)，以發(fā)生學(xué)理論為指導(dǎo)，土綱、亞綱、土類(lèi)、亞類(lèi)、土族采取連續(xù)命名，高級(jí)分類(lèi)單元有檢索系統(tǒng)，可入數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存檢索［4］.供試土壤是在北亞熱帶黃土母質(zhì)上發(fā)育的，根據(jù)診斷層、診斷特性和檢索系統(tǒng)，這5個(gè)剖面分別歸屬為淋溶土綱、變性土綱和雛形土綱.5個(gè)土壤剖面均具有熱的土壤溫度狀況和濕潤(rùn)土壤水分狀況，歸屬為濕潤(rùn)雛形土亞綱、濕潤(rùn)變性土亞綱、濕潤(rùn)淋溶土亞綱;根據(jù)簡(jiǎn)育層這個(gè)診斷層歸為簡(jiǎn)育濕潤(rùn)雛形土、簡(jiǎn)育濕潤(rùn)變性土、簡(jiǎn)育濕潤(rùn)淋溶土;其他診斷特性稍有分異，如剖面1、剖面4 與剖面3中分別有斑紋、漂白性狀，將其命名斑紋簡(jiǎn)育濕潤(rùn)雛形土、斑紋簡(jiǎn)育濕潤(rùn)淋溶土、漂白簡(jiǎn)育濕潤(rùn)雛形土.剖面2和剖面5根據(jù)排除法命名為普通簡(jiǎn)育濕潤(rùn)變性土(表4).

表3 供試土壤在《中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi)》所用的診斷層和診斷特性Table 3 Diagnostic horizons and characteristics in Chinese Soil Taxonomy

表4 土壤系統(tǒng)分類(lèi)Table 4 Soil taxonomy

2.5 基層分類(lèi)

2.5.1 土族的劃分 土族是在同一亞類(lèi)下由于地區(qū)性成土因素，或土壤利用管理引起的土壤重要理化屬性分異的續(xù)分級(jí)別.供試土壤土族控制層段上界為剖面的表下層25 cm，其下層試擬為100 cm，本研究運(yùn)用了顆粒大小級(jí)別、礦物學(xué)類(lèi)型及土壤溫度等指標(biāo).(1)顆粒大小級(jí)別:按美國(guó)土壤分類(lèi)中關(guān)于顆粒大小級(jí)別的定義，試供土壤不同控制層段內(nèi)顆粒大小的加權(quán)平均值分別為427.27，354.05，414.01，386.68，420.80 g·kg-1，由此看出，試供土壤大部分為粘質(zhì)(7 級(jí)制，控制層段中粘粒加權(quán)平均值＜350 g·kg-1的為壤質(zhì)，＞350 g·kg-1的為粘質(zhì)).(2)礦物學(xué)類(lèi)型:根據(jù)前人的研究成果，結(jié)合美國(guó)農(nóng)業(yè)部對(duì)土壤的陽(yáng)離子交換量與粘土類(lèi)型關(guān)系，試供土壤的礦物學(xué)類(lèi)型大多數(shù)為蒙皂石型，剖面4為混合型.(3)土壤溫度級(jí)別:本研究以診斷特性的土壤溫度狀況(年平均土溫=常年平均氣溫+2℃)作為土族分類(lèi)的一個(gè)依據(jù);所采供試土壤區(qū)域常年平均氣溫為17℃左右，根據(jù)土壤溫度狀況規(guī)定(年平均土溫≥16℃，但＜22℃)，供試土壤均屬于熱性土壤溫度狀況.土族命名采取連續(xù)命名.

土族單元的劃分根據(jù)土壤顆粒大小級(jí)別、礦物學(xué)、土壤溫度，在其亞類(lèi)名稱前加上“粘質(zhì)蒙皂石型溫?zé)嵝浴?、“粘質(zhì)混合型溫?zé)嵝浴睒?gòu)成土族名稱.根據(jù)以上劃分原則，剖面1 至5的土族名稱分別為:粘質(zhì)蒙皂石型溫?zé)嵝园呒y簡(jiǎn)育濕潤(rùn)雛形土、粘質(zhì)蒙皂石型溫?zé)嵝云胀ê?jiǎn)育濕潤(rùn)變性土、粘質(zhì)蒙皂石型溫?zé)嵝云缀?jiǎn)育濕潤(rùn)雛形土、粘質(zhì)混合型溫?zé)嵝园呒y簡(jiǎn)育濕潤(rùn)淋溶土、粘質(zhì)蒙皂石型溫?zé)嵝云胀ê?jiǎn)育濕潤(rùn)變性土.

2.5.2 土系的劃分 土系是土壤系統(tǒng)分類(lèi)中最低級(jí)的基層分類(lèi)單元，它是發(fā)育在同一母質(zhì)上、由若干剖面性態(tài)特征相似的單個(gè)土體組成的聚合土體，與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)直接關(guān)聯(lián)，能夠提供土壤狀況數(shù)據(jù)等，在土壤系統(tǒng)分類(lèi)中占有重要位置.確定土系時(shí)，首先設(shè)定控制層段供試土壤的土系控制層段，試擬為從土壤表層至剖面深度的下界(0～100 cm).一些特定土層的特征與垂直排列順序?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)直接相關(guān)，與土系的劃定與區(qū)分有直接的關(guān)系;供試土壤擬定的特定土層有:暗沃表層、淡薄表層、漂白層、粘化層等符合診斷層的一些土層，和黑土層(土壤B層的一部分，較黑彩度多在2 以下，粘粒含量較高，一般在400 g·kg-1，最高可達(dá)500 g·kg-1以上，脹宿性強(qiáng)，呈棱塊狀結(jié)構(gòu)，多裂隙有的寬達(dá)0.5 cm，是導(dǎo)致土壤變性特征及變性現(xiàn)象的重要原因)，及結(jié)構(gòu)B層(土壤B層的主要組成部分，厚度不等，多呈黃棕色，粘粒含量多在400 g·kg-1左右，隨土壤類(lèi)型不同其性狀有差異，復(fù)合氧化還原特征).本研究對(duì)供試土壤擬定的土系區(qū)分的指標(biāo)為:特定土層的顏色、排列、位置，土壤顆粒組成，交換性鹽基，陽(yáng)離子交換量，全量和速效養(yǎng)分等，以及包括診斷層和診斷特性所用的一些定量化指標(biāo).采取獨(dú)立命名方式，選用代表性土壤個(gè)體剖面所在地名直接定名.土系名稱中的地名選擇，以比例尺≤1∶50000的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)地圖上村(鎮(zhèn))級(jí)以上固定的地名為準(zhǔn).土系的具體劃分如下:

表5 土壤基層分類(lèi)Table 5 Soil basic classification

蘭青系，相鄰?fù)料禐槠钋f系，二者母質(zhì)略有不同，剖面構(gòu)型也不相同，祁莊系表層之下有一漂白層，粘粒含量明顯減少，因此二者分別屬于不同的亞類(lèi)和土族.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性能評(píng)述:該土系全剖面質(zhì)地粘重，土壤脹縮性特強(qiáng);表層為耕作層，碎塊狀結(jié)構(gòu)，水分蒸發(fā)快，干旱時(shí)堅(jiān)實(shí)，適耕期短，耕性差，有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等養(yǎng)分儲(chǔ)量高，但有效養(yǎng)分含量低;殘留黑土層和結(jié)構(gòu)B層質(zhì)地粘重，多呈棱塊狀結(jié)構(gòu)，水分沿結(jié)構(gòu)面下滲，漏水漏肥，對(duì)作物有選擇性，不易捉苗，對(duì)薯類(lèi)、大豆比較適宜.

張莊系，相鄰?fù)料禐橹乔f系，二者為相同母質(zhì)發(fā)育，并都有黑土層，但智莊系具有暗沃表層，有機(jī)質(zhì)含量也相對(duì)較高，且黑土層較深厚，多有滑擦面和裂隙.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性能評(píng)述:該土系全剖面質(zhì)地較為粘重;表層多為耕作層，質(zhì)地為粘壤，碎塊狀結(jié)構(gòu)，耕性較好，適耕期較長(zhǎng)，有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等養(yǎng)分儲(chǔ)量較高;殘留黑土層質(zhì)地粘重，保水保肥性較好，肥勁長(zhǎng)而穩(wěn)，耐旱耐澇，適種作物廣，潛在肥力高;但磷的含量較少，氮、磷、鉀比例失調(diào).

祁莊系，相鄰?fù)料禐樘m青系，蘭青系表層下為黑土層，質(zhì)地粘重，屬于斑紋暗沃濕潤(rùn)雛形土亞類(lèi);而祁莊系表層下存在粉砂質(zhì)漂白層，粘粒明顯下降，為一附加成土過(guò)程，而歸為漂白暗沃濕潤(rùn)雛形土亞類(lèi).農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性能評(píng)述:該土系表層為耕作層，質(zhì)地較重，碎塊狀結(jié)構(gòu)，耕性較好，適耕期較長(zhǎng)，但有結(jié)板結(jié)的現(xiàn)象，有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等養(yǎng)分儲(chǔ)量較高;漂白層質(zhì)地輕，心土層質(zhì)地粘重，保水保肥性較好，適種作物廣，潛在肥力高.

郭樓系，相鄰?fù)料禐橹乔f系，智莊系表層至下為黑土層，粘粒含量高，具有較明顯的變性特征;而郭樓系不具有黑土層，剖面通體顏色多為黃棕色，并既有粘化層，有典型的淋溶土特征.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性能評(píng)述:該土系表層為耕作層，質(zhì)地適中，碎塊狀結(jié)構(gòu)，耕性較好，適耕期較長(zhǎng)，但表層粉砂粒過(guò)多，雨后有淀結(jié)板結(jié)現(xiàn)象;心土層質(zhì)地粘重，上虛下實(shí)，保水保肥性較好，適種作物廣，潛在肥力高.

智莊系，相鄰?fù)料禐閺埱f系，二者為相同母質(zhì)發(fā)育，但張莊系具有淡薄表層，有機(jī)質(zhì)和CEC 含量都相對(duì)較低，而且變性特征不明顯，僅有變性現(xiàn)象，耕作層以下的土體變性現(xiàn)象尤為明顯.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性能評(píng)述:該土系質(zhì)地較粘重，且粘土層深厚，耕性極差，適耕期較短，通透性極差，而且旱作易缺水受旱，也易土裂斷根，但有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分儲(chǔ)量高，供肥力強(qiáng).

3 結(jié)論與討論

供試土壤的診斷層:暗沃表層、淡薄表層、漂白層、雛形層、粘化層;診斷特性:變性特征與變性現(xiàn)象、土壤水分狀況、土壤溫度狀況、石灰性、鹽基飽和度、氧化還原反應(yīng)等.

根據(jù)診斷層和診斷特性分別將5個(gè)剖面歸屬為淋溶土綱，變性土綱和雛形土綱;剖面1為斑紋暗沃濕潤(rùn)雛形土，剖面2為普通簡(jiǎn)育濕潤(rùn)變性土，剖面3為漂白暗沃濕潤(rùn)雛形土，剖面4為斑紋簡(jiǎn)育濕潤(rùn)淋溶土，剖面5為普通簡(jiǎn)育濕潤(rùn)變性土.剖面1 至5的土族名稱分別為:粘質(zhì)蒙皂石型溫?zé)嵝园呒y簡(jiǎn)育濕潤(rùn)雛形土、粘質(zhì)蒙皂石型溫?zé)嵝云胀ê?jiǎn)育濕潤(rùn)變性土、粘質(zhì)蒙皂石型溫?zé)嵝云缀?jiǎn)育濕潤(rùn)雛形土、粘質(zhì)混合型溫?zé)嵝园呒y簡(jiǎn)育濕潤(rùn)淋溶土、粘質(zhì)蒙皂石型溫?zé)嵝云胀ê?jiǎn)育濕潤(rùn)變性土.設(shè)定土系劃分的控制層段為所采剖面深度;擬定土系特定土層分別為暗沃表層、淡薄表層、漂白層、粘化層等符合診斷層的一些土層;和黑土層，結(jié)構(gòu)B層等;擬定所用指標(biāo)分別為特定土層的排序、顏色、土壤顆粒組成;劃分了蘭青系、張莊系、祁莊系、郭樓系、智莊系.

進(jìn)一步完善土壤系統(tǒng)分類(lèi)研究必須加強(qiáng)土壤基層分類(lèi)研究，河南省第2次土壤普查積累了大量豐富的數(shù)據(jù)和資料，基層分類(lèi)單元為土種，而且進(jìn)行了詳細(xì)的土種記述，包括命名歸屬、主要性狀、典型剖面和生產(chǎn)性能等，與土系有相似的地方，可嘗試進(jìn)行土種與土系的轉(zhuǎn)換［15］.

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