川西地區具有機土壤物質特性土壤的系統分類*

張 楚 袁大剛 宋易高 陳劍科 付宏陽

(四川農業大學資源學院，成都 611130)

有機土壤物質是指經常被水分飽和，具高量有機碳的泥炭、腐泥等物質，或被水分飽和時間很短，具有極高量有機碳的枯枝落葉質物質或草氈狀物質［1］。具有機土壤物質特性的土壤在顏色、質地、結構、肥力和元素組成等各方面性狀均與其他礦質土壤存在極為明顯的區別［2-3］。因此，研究此類土壤在系統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。

川西地區位于青藏高原東南緣，地勢高亢，氣候寒冷，干濕季分明。區內分布有大面積的草原和濕地，這些環境下有機質來源充足而礦化分解緩慢，導致土體中有機物質大量積累［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］。針對川西地區土壤有機質或有機碳的研究較多［10-12］，但這些研究多基于發生學分類。近年我國其他地區的土壤系統分類研究已經取得了較大進展［13-15］，并且對有機土建立了一定數量的土系［16］。但相比而言，川西地區土壤系統分類仍處于起步階段。高以信和李明森［17］參考了《中國土壤系統分類（首次方案）》和《中國土壤系統分類（修訂方案）》對橫斷山區土壤進行過研究，引入了明確的鑒定指標，但受當時研究條件的限制，命名仍然延續了發生學名稱，其分類系統屬于發生分類向系統分類的過渡。夏建國等［18］基于第二次土壤普查數據對四川土壤進行過系統分類的初步研究，但土壤普查數據大多難以達到系統分類的要求。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特性。綜上所述，目前針對川西地區尤其是具有機土壤物質特性的土壤的系統分類研究仍極少報道。

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

1 材料與方法

1.1 研究區概況

川西地區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；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的地區種植業基本絕跡，4 000～4 200 m的地區則為森林分布的上限，整個川西地區以高山草甸和亞高山草甸分布面積最廣。區內砂巖、頁巖、石灰巖和泥質巖類分布廣泛，其殘積和坡積風化物是川西地區最主要的成土母質，此外若爾蓋、紅原等地的沼澤濕地環境，形成了較大面積的湖積物［20］。受復雜的成土環境影響，川西地區土壤類型多樣，垂直地帶性明顯，是研究土壤發生過程和系統分類的重要區域。

1.2 樣品采集與氣候數據統計

依據第二次全國土壤普查資料，綜合研究區地形、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）進行土壤調查與采樣。利用手持GPS記錄采樣點的經緯度及海拔等信息，按照《野外土壤描述與采樣規范》［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、質地、結構、新生體、侵入體、石灰反應和亞鐵反應等信息，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。

原始氣候數據源于四川省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據統計得到；年均潛在蒸散量由FAO推薦的Penman-Monteith公式計算得到［23］。供試土壤的形成環境見表1。

表1 供試土壤的形成環境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 果

2.1 土壤剖面特征

由表2可知，供試土壤干態顏色以黑棕色為主，潤態顏色以黑色和黑棕色為主，色調均以10YR為主，干態明度大部分集中在2和3，潤態明度絕大部分集中在2，干態彩度集中在2和3，潤態彩度集中在1，除少數土層外，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。土壤結構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。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性滯留的并存。51-023和51-024的全土層均有較強的石灰反應，兩個剖面采集地點接近，所含石灰應該均來源于河流沖積母質。51-096和51-100剖面的底層均有中度亞鐵反應，說明其底層經歷了較強烈的潛育化過程。

2.2 土壤理化性質

由表3可知，供試土壤礦質土層顆粒組成以粉粒為主，質地以粉砂壤土為主。對51-052和51-096剖面上部成土物質均勻的礦質土層計算黏化率，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

續表

表3 供試土壤的物理性質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Table 4 Chemical properties of the soils studied

2.3 有機土壤物質基本性質

由表5可知，供試土壤有機土壤物質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中有機碳極為豐富。51-023和51-024剖面的有機土壤物質均為高腐有機土壤物質，51-052、51-096和51-100剖面均為半腐有機土壤物質，51-105剖面表層至43 cm深度為半腐有機土壤物質，下部為纖維有機土壤物質。

表5 有機土壤物質基本性質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表層要求。（2）淡薄表層：51-052和51-096剖面表層土壤潤態明度均小于3.5，干態明度均小于5.5，潤態彩度均小于3.5，有機碳含量均大于6 g·kg-1，鹽基飽和度均大于50%，呈粒狀結構或亞角塊狀結構，但表層厚度分別為20、12 cm，均未達到暗沃表層要求的25 cm，應歸屬于淡薄表層。51-100剖面表層土壤顏色較淡，其潤態明度和彩度均大于3.5，干態明度大于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，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：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，屬于高腐有機土壤物質。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。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。（2）土壤水分狀況：結合川西地區歷年氣候資料，根據Penman經驗公式估算出的年干燥度表明，供試土壤所處區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內具有機土壤物質，使土層在大多數年份有相當長的濕潤期，雨季被地表水或上層滯水飽和，土層中出現氧化還原特征或潛育特征，應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］。輸入供試土壤的經緯度和海拔數據，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色調分別為7.5YR和10YR，潤態明度均為5，潤態彩度均為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了中量或少量的銹紋銹斑，說明土壤受季節性水分飽和，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特性的土壤，首先要判斷其是否屬于有機土綱。根據上述診斷層和診斷特性，按照《中國土壤系統分類檢索（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，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，其上界位于土表至40 cm范圍內，屬于有機土。51-100剖面僅有20 cm的半腐有機土壤物質，不足總土層2/3，不屬于有機土，而在土表至50 cm范圍內有大于等于10 cm土層呈現潛育特征，屬于潛育土。51-052剖面土表至58 cm范圍內均為礦質土壤，有機土壤物質上界出現位置過深，不屬于有機土，而20～58 cm的礦質土層為黏化層，應屬于淋溶土。

確定供試土壤的土綱之后，繼續檢索至亞類。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，但在有機土土類命名時以表層段占優勢的半腐有機土壤物質命名。最終劃分為6個不同亞類，結果見表6。

2.6 基層分類單元的劃分

根據《中國土壤系統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，對于礦質土壤要依據控制層段內的顆粒大小級別與替代，礦物學類型，石灰性和酸堿反應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，與礦質土壤有一定區別，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土層的礦物學類別檢索與礦質土壤相同，對于形成于湖積物質的有機土，其礦物學類別有糞粒質型、硅藻質型和灰泥質型三種。礦質土壤的石灰性和酸堿反應類別包括鋁質、石灰性、酸性和非酸性四類，而有機土的酸堿反應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多瑪村，考慮到采集先后順序及區域代表性，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剖面靠近鄉鎮所在地，以鄉鎮名稱命名為書古系。

3 討 論

3.1 土壤發生分類與系統分類的參比關系

根據《四川土種志》［30］等資料，認為6個供試土壤剖面在發生分類中應該歸屬于水成土土綱，礦質水成土、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）。與系統分類劃分的高級分類單元潛育土和有機土有一定的對應關系。但發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，容易將同一區域具有近似生物氣候條件的土壤均劃分為同一類型。系統分類是建立在一系列定量化的診斷層和診斷特征基礎上，注重土壤本身的屬性，對于同一區域不同土壤類型的劃分更為精準。

表8 供試土壤在系統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 土壤發生分類與系統分類在亞類的參比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分析均表明，具有機土壤物質特性的土壤和普通礦質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］研究結果一致。但從分類結果來看，除有機土外，其他土綱的系統分類命名并不能很好地反映出有機土壤物質的大量積累。以黏壤質硅質混合型非酸性-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，厚度超過110 cm，相比礦質的典型淋溶土有明顯的區別［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特性的相關名稱。例如，在土族劃分標準中針對含有機土壤物質的礦質土壤增加有機土壤物質類型作為鑒別特征。

3.3 土壤系統分類劃分要點

由于有機土壤與礦質土壤有著顯著的差異，所以要確定具有機土壤物質特性的土壤在系統分類中的歸屬，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；有機土壤物質的厚度，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，根據是否含礦質土層和礦質土層所處深度不同又可以分為三類，即控制層段內無礦質土層，礦質土層位于土表起40 cm內（埋藏亞類）和礦質土層上界位于表下層段內（礦底亞類）。若不滿足有機土綱的鑒別條件，則僅根據礦質土層的形態特征及理化性質來進行分類。

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）可以具腐殖質表層。要確定地形、氣候條件復雜區域的土壤水分狀況，除了分析歷年氣候資料外，還要結合土壤所處地形部位、周邊水文狀況和剖面形態特征等因素綜合判斷。

4 結 論

川西地區具有機土壤物質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境中，有機土壤物質被微生物分解礦化的速度慢，因此在剖面中大量積累。受有機土壤物質中腐殖酸的影響，土壤剖面的顏色整體偏深，結持疏松，pH多偏酸性，但陽離子交換量高。供試土壤系統分類歸屬于有機土、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。根據系統分類結果來看，具有深厚泥炭質有機土壤物質特性的土壤并不全是有機土，也可能是潛育土或淋溶土。根據系統分類與發生分類的參比結果，系統分類相比發生分類能夠更準確地區分同一區域具有近似生物氣候條件的土壤類型。