新疆典型干旱土和鹽成土的系統分類歸屬*

郝士橫，吳克寧，2? ，鞠 兵，杜凱闖，武紅旗，楊淇鈞，李曉亮

（1. 中國地質大學（北京）土地科學技術學院，北京 100083；2. 自然資源部土地整治重點實驗室，北京 100035；3. 中國科學院南京土壤研究所，南京 210008；4. 新疆農業大學草業與環境科學學院，烏魯木齊 830052）

土壤是十分重要的自然資源，與人類的生產生活息息相關。土壤分類可以體現土壤本身的特性，探索不同土壤的差異，幫助人們更好的認識土壤，指導土壤的合理利用。土壤系統分類根據可以被客觀觀察或測量的土壤性質對土壤自然體進行分級歸類[1]，1984 年我國開始了中國土壤系統分類研究，近年來推廣度越來越高，逐漸成為土壤分類的主流[2]。從土壤系統分類現狀來看，國際上主要有世界土壤資源參比基礎（WRB）[3]、美國土壤系統分類（ST）[4]。中國土壤系統分類（CST）[5]、WRB、ST 均具有定量化特點。三個分類系統對于具有干旱和鹽積特征的土壤在分類上有所差異，總體來看，WRB 的一級單元未設立干旱土，ST 的土綱未設立鹽成土，CST的土綱既設立了干旱土也設立了鹽成土，體現了中國特色。但現行CST 同樣存在不足，CST 對于干旱表層的判定條件中：（2）“從地表起，無鹽積或鈉質孔泡結皮層或其下墊的土鹽混合層”，這就排除了無“鹽化”的地表或下墊土層，但定義鹽積正常干旱土土類時又寫到：“其他正常干旱土有上界在礦質土表至 100 cm 范圍內的鹽積層、超鹽積層或鹽磐”，這明顯是相互矛盾的。可見使用此分類系統檢索時會造成干旱土和鹽成土的分類不明確。干旱區的干旱土與鹽成土由于定義和檢索順序問題，造成干旱土擴大，鹽成土減少，不利于鹽成土的改良利用。因此對目前的分類體系提出修訂建議，可以使土壤分類結果更加精準，對干旱區土壤進行科學的分類可以為我國干旱區土壤資源的利用與管理打好基礎。

新疆維吾爾自治區（以下簡稱新疆）位于中國西北干旱內陸地區，受干旱氣候影響，是我國典型的干旱區，此前已有一些學者做過新疆土壤的系統分類研究[6-17]。本文以新疆典型具有干旱和鹽積特征的土壤剖面為研究對象，依據供試土壤的理化特征，詳細論述供試土壤在中國土壤系統分類（CST）的歸屬。針對上述CST 存在的矛盾之處提出建議方案并且按照建議方案對供試土壤進行歸屬。并對世界土壤資源參比基礎（WRB）、美國土壤系統分類（ST）、中國土壤系統分類（CST）進行參比。

1 材料與方法

新疆位于中國干旱區，日照充足，降水少，蒸發強烈。使得一些土壤長期保持干旱水分狀態，也使得一些土壤有著明顯的鹽積特征。本文所選剖面能體現干旱特征和鹽積特征，具有典型性和代表性。

1.1 剖面概況

本研究有5 個土壤剖面根據新疆土系調查（剖面7～剖面11），為了增加代表性和廣泛性，引用了《新疆干旱土的發生特性及系統分類》[18]中的6 個土壤剖面（剖面1～剖面6）、《中國土壤系統分類—理論·方法·實踐》[19]中的6 個剖面（剖面12～剖面17）。剖面1 位于烏什，剖面2 位于庫車，剖面3 位于和碩，剖面4 位于吐魯番，剖面5、7、11、14 位于哈密，剖面6 位于阜康，剖面8 位于巴里坤，剖面9、12 位于伊吾，剖面10 位于阿拉爾，剖面13位于石河子，剖面15 位于鄯善，剖面16 位于托克遜，剖面17 位于博樂。供試剖面所處地區氣候干旱，剖面1～剖面11 年均溫范圍在6.5～13.9℃，平均9.8 ℃，位于吐魯番地區的剖面4 年均溫最高。剖面1～剖面11 年降水量范圍在16.6～193 mm，平均81.6 mm。剖面1～剖面11 年蒸發量范圍在1 638～4 378 mm，平均2 679 mm。成土母質剖面1、6 為黃土，剖面2、7、8、9、11 為洪—沖積物，剖面3、4、10 為洪積物，剖面5 為殘積物。

本研究布點采集的5 個剖面，如圖1 所示。剖面7 采自南湖鄉，剖面8 采自哈薩克自治縣，剖面9 采自淖毛湖鎮，剖面10 采自阿拉爾市境內，剖面11 采自陶家宮鄉。總體來看，地貌為平原、丘陵兩種；母質4 個為洪—沖積物，1 個為洪積物；剖面7、8、9 地表無植被，剖面10、11 有稀疏植被，種類主要為鹽穗木；受氣候和風蝕影響，剖面7、8 地表有礫冪，剖面9 地表有裂隙，剖面10 地表有鹽霜、薄鹽結皮、龜裂紋，剖面11 地表有鹽殼和裂隙。

1.2 實驗方法

剖面1～剖面6 的土壤顆粒組成采用六偏磷酸鈉和超聲波分散以及吸管法測定，pH 采用Backman pH計（水土比為1∶1）測定；剖面7～剖面11 的顆粒組成采用比重計法測定，pH 采用pH 計（水土比為2.5∶1）測定。所有剖面有機質均采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法測定，石膏采用電導法（水土比為10∶1）測定，CaCO3采用氣量法測定，水溶性鹽總量采用電導法測定。分析方法參照《土壤調查實驗室分析方法》[20]和《土壤農化分析》[21]。

2 結 果

2.1 形態特征

剖面7～剖面11 的形態特征見表1，剖面1～剖面6 數據引自《新疆干旱土的發生特性及系統分類》。供試剖面整體土壤顏色淺，同一剖面各個土層之間顏色的變化不明顯，干態顏色色調分布在10 YR、7.5 YR、5 YR 和2.5 YR，多數為10 YR；明度介于4～8，大部分大于5；彩度介于1～8，大部分大于3。由黃土母質發育的剖面1、6 質地較細，為壤土至粉砂壤土，其余剖面除9、10 外，質地普遍較粗，砂壤土及壤砂土居多。而且剖面2、3、4、5、7、8的部分土層有粗骨性，剖面7 位于87～117 cm 的土層大于2 mm 石礫所占百分比高達63.5%。

2.2 理化性質

剖面7～剖面11 的形態特征見表2，剖面1～剖面6 數據引自《新疆干旱土的發生特性及系統分類》，剖面12～剖面17 數據引自《中國土壤系統分類—理論·方法·實踐》。供試剖面從表層開始均有鹽分積聚，大部分剖面達到CST 中鹽積層的要求，剖面14、15、16 滿足鹽磐的條件，剖面3、6、7、8 滿足鹽積現象，鹽分變化規律普遍為由表層向下逐漸增多，也存在少數由表層向下逐漸減少的剖面（例如剖面1、3、11）。各剖面有機質含量普遍低于10 g·kg-1，體現了干旱區礦化作用強的特點，表層有機質含量最高的剖面 11 有機質含量為39.6 g·kg-1，其地表有稀疏的鹽穗木。受干旱積鹽和淋溶作用弱影響，供試剖面的pH 均呈堿性，介于7.47～9.8。石膏在供試剖面中普遍存在，黃土母質上發育的剖面1、6 石膏含量較少，剖面4、5、7、12、14 達到CST 中石膏層的要求。大部分剖面表層碳酸鈣含量高于下層，剖面1、2、6、12 達到CST中鈣積層的要求，其余剖面滿足鈣積現象。

2.3 主要診斷層、診斷特性、診斷現象發生過程

（1）干旱表層。干旱表層的形成主要受干旱氣候和風蝕堆積的影響。干透表土在風和水等外營力作用下發生物理分散作用，使土壤壘結重新排列而產生結皮，結皮的上部變干時，引起土體收縮，將正起泡的空氣封閉起來形成氣泡狀孔隙，是干旱表層的顯著特點。孔泡在干濕變化中不同的脹縮程度會形成多邊形裂隙。土表礫質土壤物質受風、水侵蝕后可形成礫冪[22]。新疆漠境地區植被稀疏，植物殘落物進入土壤的有機質數量非常有限，而且礦化作用強，所以干旱表層有機質含量低[23]。除剖面10、11 外，其余剖面含有孔泡結皮層和片狀層，具有礫冪、荒漠漆皮、多邊形裂隙等地表特征，表層有機質低于10 g·kg-1。

（2）鹽積層和鹽積現象。在荒漠條件影響下，土壤中易溶鹽隨地表水下滲，并且較難淋出土體，使鹽分淀積，或隨地下水上升蒸發、濃縮后累積在土壤表面。地下水位的下降也可使原來形成的鹽分就地殘積。含鹽地表水的遷移與淀積也會形成鹽積層[24]。鹽分積聚的過程使土壤含鹽量增高。此外地形也會對土體中鹽分運動產生影響，低海拔影響了地面和地下徑流的運動造成了含鹽量偏高（例如剖面4、5、9）。除剖面3、6、7、8 外，其余剖面均達到CST 中鹽積層的要求，剖面14、15、16 有鹽磐，剖面3、6、7、8 有鹽積現象。關于各剖面鹽積特征出現的位置，剖面1 鹽積層出現位置為0～29 cm，剖面2 鹽積層出現位置為37～150 cm，剖面3 通體有鹽積現象，剖面4 通體符合鹽積層數值標準，剖面5 鹽積層出現位置為4～100 cm，剖面6鹽積現象主要出現在55～150 cm，剖面7 鹽積現象出現在21～87 cm，剖面8 通體有鹽積現象，剖面9鹽積層出現位置為9～54 cm，剖面10 鹽積層出現位置為0～112 cm，剖面11 地表0～8 cm 為鹽結殼，剖面12 鹽積層出現位置為3～68 cm 以下，剖面13鹽積層出現位置為27～60 cm，剖面14 鹽磐出現位置為14～39 cm，剖面15 鹽磐出現位置為10～45 cm，剖面16 鹽磐出現位置為20～50 cm，剖面17 鹽積層出現位置為7.5～92 cm。

（3）鈣積層和鈣積現象。新疆氣候干旱，土壤水分運行以上行水為主，淋溶作用甚微，并因土壤空隙大而充滿空氣，碳酸鹽溶解和移動受到很大限制。在風化和成土過程中形成的碳酸鈣和碳酸氫鈣大多就地積累，使土壤表層碳酸鈣含量略高于下層。在表層短暫降雨濕潤后，隨即迅速變干，使碳酸氫鈣轉變為碳酸鈣并放出二氧化碳。剖面1、2、6、12 達到CST 中鈣積層的要求，剖面3、4、5、7、8、9、10、11、13、14、15、16、17 有鈣積現象。

表1 供試土壤形態特征Table 1 Morphological characteristics of the studied soils

表2 供試土壤理化性質Table 2 Physicochemical properties of the studied soils

（4）石膏層和石膏現象。石膏是干旱土常見的硫酸鈣礦物，溶解度大，遷移能力強，但在干旱地區受到降水少和滲透淺的影響，普遍難于淋出土體，所以干旱區土壤大多有石膏聚集[25]。黃土母質上發育的剖面1、6 較少，看來石膏聚集除了受氣候條件影響外，也可能與母質有關。剖面4、5、7、12、14 達到CST 中石膏層的要求，剖面1、2、3、8、13、15、16、17 有石膏現象。

（5）堿化層。由于干旱積鹽和淋溶弱所有供試剖面的pH 均呈堿性。此外剖面4 堿化度達23.5%～36.8%，剖面5 在20 cm 以下堿化度達71.8%，但無柱狀或棱柱狀結構，含鹽量大于0.5%，所以無堿積層典型特征。剖面6 有棱柱狀結構，堿化度達38%～61%，表層土壤含鹽量少，是堿化層。

（6）土壤水分和溫度狀況。從收集到的剖面1～剖面11 的氣候數據來看。剖面1～剖面11 年均溫范圍在6.5～13.9 ℃，剖面4 位于吐魯番地區，年均溫最高，為熱性土壤溫度狀況，其余10 個剖面為溫性土壤溫度狀況。剖面1～剖面11 年降水量范圍在16.6～193 mm，平均81.6 mm。剖面1～剖面11年蒸發量范圍在1 638～4 378 mm，平均2 679 mm。蒸發強烈，均為干旱土壤水分狀況。

3 討 論

3.1 CST 對供試土壤的分類

從發生學基礎上看，干旱土主要形成因素是干旱氣候。鹽成土形成因素包括干旱的氣候、強烈的蒸發，地形高低起伏，地表徑流和地下徑流的運動和水化學特性等。雖然是診斷分類，但分類指標的選取應該有發生學思想指導。鹽成土是地貌與氣候組合條件下綜合作用的結果。從分類目標來看，劃出干旱土的目的是將缺水、不能灌溉就不能利用的土壤集中起來。劃出鹽成土綱，是由于鹽成土大多受地下水影響，鹽分在剖面中從上到下分異為NaCl—CaSO4·2H2O—CaCO3，與干旱土有所不同[19，26]。還可以將鹽堿化土壤集中起來，指導農業利用。此外干旱表層是我國首創，既便于野外診斷，又能反映干旱土的發生過程。

根據CST（2001）分類方案、《中國土壤系統分類土族和土系劃分標準》 對供試土壤進行歸屬，剖面1～剖面11 劃到了土族一級，未收集到剖面12～剖面17 的顆粒組成，將剖面12～剖面17 劃到了亞類一級，結果見表3。共劃分出干旱土和鹽成土2個土綱。土壤類型（原文）一列給出了引用剖面在原文中的分類歸屬，其中剖面1～剖面6 按照《中國土壤系統分類（首次方案）》，剖面12～剖面17按照《中國土壤系統分類（修訂方案）》。

3.2 土壤分類劃分標準建議

CST（2001）分類方案中干旱表層的定義指出“從地表起，無鹽積或鈉質孔泡結皮層或其下墊的土鹽混合層”，該定義并未指明具體下墊深度；另外按照此定義就排除了無“鹽化”的地表或下墊土層，而鹽積正常干旱土的定義為：“有上界在礦質土表至100 cm 范圍內的鹽積層、超鹽積層或鹽磐”，顯然相互矛盾，致使在檢索時將一些實際為鹽成土的土壤劃歸到干旱土中。

中國土壤系統分類將鹽成土排除在干旱土外的主要原因是考慮我國干旱區有兩種含鹽積層的土壤，一種受地表水影響，不受地下水影響，但進入表土的鹽分自上向下移動進行著脫鹽過程，剖面構型主要為CaCO3—CaSO4·2H2O—NaCl，CST（2001）分類方案中鹽積正常干旱土的設立應該是針對此種類型；另一種受地下水影響，鹽分自下向上聚積進行著積鹽過程，剖面構型主要為NaCl—CaSO4·2H2O—CaCO3，CST（2001）分類方案中干旱正常鹽成土的設立應該是針對此種類型[19]。但CST（2001）未將這兩種鹽積類型的土壤區別加以體現并厘定清楚，使一些實際為鹽成土的土壤在歸屬時劃歸到干旱土中。此外鹽成土對鹽積層的要求是“上界在礦質土表至30 cm 范圍內的鹽積層”，對鹽積層出現位置要求是土表至30 cm，這主要是考慮鹽分對植物生長的影響，因為植物根系活動層或耕作層厚度一般大約在30 cm 范圍內[27]。綜合上述，本文建議用“其他正常干旱土中有上界在30 cm 至100 cm 范圍內的鹽積層、超鹽積層或鹽磐。”來定義鹽積正常干旱土，將數值定在30 cm，沒采用土壤層位關系，因為本文認為這樣可以與鹽成土的診斷要求（鹽積層出現位置要求是土表至30 cm）相銜接，而且也符合土壤系統分類定量化的特點。

此外，正常干旱土亞綱下設鈣積正常干旱土、鹽積正常干旱土、石膏正常干旱土、黏化正常干旱土、簡育正常干旱土這五個土類。鹽積正常干旱土下設有石膏鹽積正常干旱土，石膏正常干旱土下設有黏化石膏正常干旱土，而鈣積正常干旱土下設亞類中卻沒有可以體現鹽積特征的亞類，所以一些剖面（例如剖面2），診斷層有干旱表層、鈣積層和鹽積層，但土壤類型名稱卻體現不出鹽積特征。因此本文建議在鈣積正常干旱土下設立“高鹽鈣積干旱土”。本著最小限度改動原有診斷體系與框架的原則，將“高鹽鈣積正常干旱土”的位置暫時設立在G2.1.9。這樣會使一些原本具有鹽積層的“普通鈣積正常干旱土”按建議變為“高鹽鈣積正常干旱土”，從名稱上體現出鹽積的特點，在土壤利用時對此類土壤認識更加深刻。

續表

綜上，根據供試土壤剖面的土壤特征對現行中國土壤系統分類提出分類建議。修改后的檢索方案如下：

修改后的診斷表層：

D 結皮表層類

1. 干旱表層

（2）從地表起，無鹽積孔泡結皮層或鈉質孔泡結皮層或其下墊的土鹽混合層（不滿足鹽積層條件）。

正常干旱土

土類的檢索

G2.2 其他正常干旱土中有上界在 30 cm 至100 cm 范圍內的鹽積層、超鹽積層或鹽磐。

鹽積正常干旱土

增設相關亞類：

G2.1 鈣積正常干旱土亞類的檢索

G2.1.9 其他鈣積正常干旱土中在 30 cm 至100 cm 范圍內有鹽積層、超鹽積層或鹽磐。

高鹽鈣積正常干旱土

按照CST 建議方案，剖面1～剖面11 的歸屬如表4 所示，未收集到剖面12～剖面17 的顆粒組成，所以將剖面12～剖面17 劃到了亞類一級，剖面12為石膏干旱正常鹽成土，剖面13 為鈉質鹽積正常干旱土，剖面14 為石膏—鹽磐干旱正常鹽成土，剖面15、16、17 為普通干旱正常鹽成土。結果表明剖面1、4、5、9、12、14、15、16、17 在土體30 cm 內含有鹽積層，不符合建議方案中干旱表層定義，由干旱土變為鹽成土。剖面2 含有干旱表層、鈣積層、并且在土體30 cm 以下有鹽積層，劃為高鹽鈣積正常干旱土。按照建議方案，可以進一步明確干旱表層的概念，改變將實際為鹽成土的土壤劃歸到干旱土中的現象，尤其是其中“干旱正常鹽成土”土類的數量，有利于鹽成土的改良和利用。

表4 供試土壤的CST 建議方案Table 4 Proposed revisions of CST for classification of the studied soils

3.3 供試土壤CST 與ST、WRB 參比

針對具有干旱和鹽積特征的土壤，WRB、ST、CST 三者在分類系統設立方面，WRB 的一級單元設立了鹽土（Solonchaks），未設立干旱土，而是在鹽土的限定詞中有所體現，例如龜裂（Takyric）、干漠（Yermic）、干旱（Aridic）；ST 的土綱設立了干旱土（Aridisols），未設立鹽成土，在干旱土下設有鹽積干旱土亞綱（Salids）[28]；新疆農業大學鐘駿平教授指出：ST 未劃分鹽成土土綱的原因，主要是它主要分布在美國干旱與半干旱地區。南京農業大學徐盛榮教授曾咨詢過美國土壤分類專家，他們認為鹽成土是生理干旱。CST 的土綱既設立了干旱土也設立了鹽成土，土類也設立了鹽積正常干旱土和干旱正常鹽成土。

三者在干旱特征主要診斷標準方面，WRB 以龜裂特性（Takyric Properties）、干漠特性（Yermic Properties）、干旱特性（Aridic Properties）分別來確定鹽土的限定詞：龜裂（Takyric）、干漠（Yermic）、干旱（Aridic）；ST 以干旱水分狀況（Aridic soil moisture regime）來劃定干旱土。CST 則以干旱表層劃定干旱土。

三者在鹽積特征主要診斷標準方面，均設有鹽積層。對鹽積層的厚度要求均為15 cm。達到鹽積層的數值要求有所差別，WRB 要求25 ℃條件下土壤飽和浸提液的電導率≥15 ds·m-1，ST 要求土壤飽和浸提液的電導率≥30 ds·m-1，CST 要求干旱土或干旱地區鹽成土中含鹽量≥20 g·kg-1，或1∶1 水土比提取液的電導率≥30 ds·m-1。電導率與厚度的乘積要求也有所差別，WRB 要求≥450，ST 要求≥900，CST 要求≥900（含鹽量與厚度乘積≥600）。對于鹽積層出現深度的要求也有所差別，WRB 要求鹽積層的上界在距地表的50 cm 深度內出現可劃為鹽土（Solonchaks），ST 要求鹽積層的上界在距地表的 100 cm 深度內出現即可劃為鹽積干旱土（Salids），CST 要求鹽積層的上界在礦質土表至30 cm 范圍內出現劃為鹽成土[29]。

未收集到剖面12～剖面17 的顆粒組成，以剖面1～剖面11 進行CST、ST、WRB 之間的參比。根據ST（2014）方案，供試土壤的ST 歸屬如表5所示，其中11 個剖面劃為干旱土（Aridisols），7 個亞綱為鹽積干旱土（Salids），1 個石膏干旱土（Gypsids），1 個鈣積干旱土（Calcids），2 個正常干旱土（Cambids）。因為ST 中鹽積干旱土（Salids）檢索順序在鈣積干旱土（Calcids）之前，所以剖面1 和2 在ST 中歸屬為鹽積干旱土（Salids）。（剖面1～剖面6 無電導率數據，故此按照以往ST 版本中含鹽量大于2%來確定供試土壤的鹽性特征[30]。）根據WRB（2014）方案，供試土壤的WRB 歸屬如表5所示，其中10 個剖面劃為鹽土（Solonchaks）。剖面6 含有堿化層（Natric horizon）、鹽積層（Salic horizon）和鈣積層（Calcic horizon），按照WRB 中堿土在鹽土之前的檢索順序，劃為堿土（Solonetz）。WRB 中對鹽積層電導率數值要求比ST 和CST 低，剖面3、6、7、8 在ST 和CST 中未達到鹽積層標準，在WRB 中達到了鹽積層標準。（剖面1～剖面6 無電導率數據，故此按照與電導率為15 ds·m-1效果近似的含鹽量大于1%來確定供試土壤的鹽積層。）

表5 供試土壤的參比Table 5 Reference of the studied soils between CST，ST and WRB

4 結 論

本文選取17 個新疆典型干旱土和鹽成土的土壤剖面進行系統分類研究，確定17 個剖面在CST中的歸屬，15 個剖面為干旱土，2 個剖面為鹽成土。研究過程中發現CST 存在一定矛盾，導致分類時將一些含有鹽積層的土壤歸到干旱土中，從而使干旱土擴大，鹽成土減少，不利于鹽成土的改良利用。針對存在的矛盾，本文提出修改干旱表層和鹽積正常干旱土的相關定義，并且增設“高鹽鈣積正常干旱土”亞類。然后按照建議方案，對17 個供試剖面重新進行歸屬，干旱土的數量由15 個變為6 個，鹽成土的數量由2 個變為11 個。剖面2 由普通鈣積正常干旱土變為所增設的“高鹽鈣積正常干旱土”亞類。并用剖面1～剖面11 進行WRB、ST、CST 之間的參比，參比結果顯示ST 將11 個剖面劃為干旱土（ Aridisols ）。 WRB 將 10 個 剖 面 劃 為 鹽 土（Solonchaks），1 個剖面劃為堿土（Solonetz）。本文僅以新疆地區典型的干旱土和鹽成土為例開展了初步研究，下一步應擴大研究區域，納入甘肅、青海、西藏等其他西北干旱區的干旱土和鹽成土，并進行對比分析，以進一步完善我國的土壤系統分類。

續表

致 謝感謝中國農業大學張鳳榮教授、中國科學院南京土壤研究所張甘霖研究員、李德成研究員在“我國土系調查與《中國土系志（中西部卷）》編制”課題結題會上的幫助與指導。