河南省正阳县典型土壤系统分类

2013-07-04吕巧灵吴克宁

河南农业大学学报 2013年1期

李玲，高畅，路婕，吕巧灵，吴克宁

(1.河南农业大学资源与环境学院，河南郑州 450002；2.中国地质大学(北京)土地科学技术学院，北京 100083)

土壤分类是土壤科学水平的反映，是土壤调查制图的基础，也是国内外土壤科学交流的媒介［1～3］.科学的分类方法有利于土壤精确管理、完善土壤系统分类，也丰富和发展了土壤学、土壤地理学，并为区域土壤资源的可持续利用和粮食安全保障提供科学依据.美国农业部提出了以诊断层和诊断特性为基础、以定量为特点的土壤系统分类和分类检索方法.以诊断层、诊断特性为基础的土壤系统分类方法具有定量化、标准化［4，5］的特点，能够建立土壤数据库和信息系统，利于交流，因此它们应用范围逐渐扩大［6～11］.中国土壤分类的开展以诊断层和诊断特性为基础，以土壤属性为主的土壤系统分类，逐步建立具有中国特色、具有定量指标的土壤系统分类.河南省在第1次和第2次土壤普查时进行过大量的工作，系统分类研究工作正在开展.本研究以河南省淮北地区原发生分类的典型土壤砂姜黑土和黄褐土为例，研究其诊断层和诊断特性，按文献［4］进行检索，确定其系统分类归属.

1 材料与方法

1.1 研究材料

供试土壤采自河南省淮河以北的驻马店市正阳县，其地形为稍有倾斜的缓平岗地，成土母质主要为河湖相沉积物.该地区属于暖温带与北亚热带季风气候，植被属于亚热带与暖温带植物过渡地带，土地利用以农田为主，研究区域土壤在发生分类体系中归属为砂姜黑土和黄褐土.土样采自新挖的剖面，尽量不采道路或沟渠切面等自然剖面;为防止上层土壤物质下落而污染下部土壤，需“自下而上”采集土样;每层的采样量在1～1.5 kg;土壤剖面厚度0～150 cm.

1.2 研究方法

样品室内理化分析主要按文献［12～14］的方法进行.土壤样品的制备:把野外取回的土样进行编号、风干、磨细，分别过10，20，60，100目，混匀，保存;粘粒样品的制备:Na2CO3分散、搅拌、沉降、吸取、凝聚、沉淀、抽洗、烘干，过100目筛，保存;土壤基本理化测试项目及方法:颗粒组成(吸管法)，有机质(K2Cr2O7-外加热法)，pH 值(1∶1 水土质量比，电位测定法)，全氮(开氏法)，速效氮(钼锑抗比色法)，速效磷(钼锑抗比色法)，速效钾(火焰光度计法)，CEC(蒸馏法)，交换性K+，Na+(火焰光度计法)，交换性Ca2+，Mg2+(EDTA 容量法)，碳酸盐相当物(扩散法);全量分析:分别取100目细土及＜0.002 mm 粘粒在石墨坩锅中用Li2CO3-H2BO3熔融制备待测液，烧失重和SiO2(重量法)，TiO2(变色法)，Al2O3(KF-EDTA 法)，K2O，Na2O(火焰光度计法)，P2O5(钼锑抗比色法)，CaO，MgO，Fe2O3，MnO(原子吸收光谱法).

2 结果与分析

2.1 土壤形态特征

所选取的5个代表性剖面其表层(A)颜色一般较深，为黑棕(润，10 YR，7.5 YR，2.5YR)，多为松散的块状结构，含有少量橙色锈斑、结核、铁子;心土层(BE，Bt)颜色一般为棕灰- 暗棕(润，10 YR，7.5 YR，2.5YR)，多为坚实的棱块状结构，含有大量亮棕-棕胶膜、锈斑或结核;底层(C)颜色较深，一般为棕-黑棕(润，7.5YR，10 YR)为很坚实的棱块状结构.

2.2 土壤理化性质

2.2.1 土壤的颗粒组成特征土壤的颗粒组成不仅可以作为土壤粘化层的鉴别特性，也对土壤的其他物理、化学性质有重要的影响，并对认识母质的来源和沉积环境具有一定的意义.所选取的5个代表性剖面的颗粒组成特征见表1，从表1中可以看出所采土壤剖面的质地较为粘重，除剖面2 外，一般B层粘粒含量均超过400 g·kg-1，土壤颗粒均以粉砂粒(0.05～0.002 mm)和粘粒(＜0.002 mm)为主.

表1 土壤颗粒组成特征Table 1 Soil mechanical composition

粉粘比能反映出质地的差异，剖面4的表层土壤粉粘比大于3.0，表明其土壤发育程度较差.粘化作用是粘粒在一定土层中相对富积的现象，粘化层B层粘粒含量至少超过上部淋溶层的20%，即B/A≥1.2，供试剖面4、5 均达到了粘化层指标，表明部分具有粘化过程.

2.2.2 土壤的化学性质和交换性能土壤剖面一般化学性质为:表层土壤呈中性，pH 值6.0～7.5，随深度的增加pH 值逐渐增高，pH 值7.0～7.8，这种变化规律与剖面中的盐基离子的表层淋失和底层累计有关;表层有机质和全氮比下层稍高，一般为10.0 g·kg-1和0.62 g·kg-1，而且有机质和全氮随土层的加深而明显降低;土壤速效养分含量变化很大，表明速效养分供给的差异性受人为影响较大.

土壤阳离子交换量多在0.09～0.34 mol·kg-1，土壤阳离子交换量的大小与粘粒含量呈正相关.供试土壤CEC/粘粒在0.5～1.0，大于0.24.交换性盐基离子含量从大至小依次为:Ca2+＞Mg2+＞Na+＞K+，以Ca2+，Mg2+为主，Na+，K+少量，剖面间差异显著.土壤交换性盐基总量在同一土体内变化明显，盐基饱和度(BS)均为饱和.

2.2.3 土壤的发生学特征土壤母质或母岩在一定的生物气候条件下，或在人为的生物水热条件作用下，经过一系列的风化和成土过程，形成不同粒径的土壤颗粒.粘粒矿物由原生矿物在一定的生物气候条件下，经过分解并重新化合形成次生铝硅酸盐或铁铝氧化物，这类氧化物稳定于一定的生物气候条件下，带有明显的地带性特征，因此对土体化学组分的分析，可掌握土体内所进行的物质转化和迁移过程，为土壤分类提供依据(表2).

表2 土壤细土及其粘粒的矿质全量组成Table 2 Mineral composition of soil and clay

由表2可以看出，供试土壤细土(100目)矿质元素组成序列为:SiO2＞Al2O3＞Fe2O3＞K2O＞MgO＞CaO＞Na2O＞TiO2＞MnO＞P2O5;粘粒(＜0.002 mm)矿质元素组成序列为:SiO2＞Al2O3＞Fe2O3＞K2O＞MgO＞TiO2＞CaO＞Na2O＞P2O5＞MnO;因成土母质的特性和一定的水热条件，使铁、锰、硅氧化物呈现出不同的状态，参与土体内物质转化和迁移，导致土壤中形成各种新生体(结核、铁子、斑纹、硅粉等)和土体形态的分异.而且从供试土壤细土和粘粒矿物组成比较来看，两者有很大的差异性，细土SiO2含量为660～770 g·kg-1，而粘粒的SiO2含量为500～570 g·kg-1，细土Al2O3和Fe2O3含量分别为80～140，30～60 g·kg-1，而粘粒的Al2O3和Fe2O3含量分别为160～230 g·kg-1和50～80g·kg-1，硅、铝、铁3种元素的富集、迁移状态反映在土体的Sa(硅铝率)和Saf(硅铝铁率)，表现为剖面由上而下Sa和Saf 趋于降低，这与ba(风化淋溶系数)和粘粒的组成变化是一致的.粘粒的Sa和Saf 则是反映土壤脱硅富铝化程度的重要指标，从表2中还可看出，粘粒的Sa.Saf及ba 值均大大低于土体相应的数值，而且粘粒的Sa 均大于3.0.

2.3 诊断层和诊断特性

参照诊断层和诊断特性的定义以及土壤的土层及性质，供试土壤于系统分类中高级分类的诊断层主要有暗沃表层、淡薄表层、漂白层、雏形层、粘化层;诊断特性主要有变性特征与变性现象、土壤水分状况、土壤温度状况、石灰性、盐基饱和度、氧化还原特征［4，5］，具体归属列于表3.

2.4 高级分类

中国土壤系统分类是以土壤诊断层和诊断特性的定量指标为依据，以发生学理论为指导，土纲、亚纲、土类、亚类、土族采取连续命名，高级分类单元有检索系统，可入数据库储存检索［4］.供试土壤是在北亚热带黄土母质上发育的，根据诊断层、诊断特性和检索系统，这5个剖面分别归属为淋溶土纲、变性土纲和雏形土纲.5个土壤剖面均具有热的土壤温度状况和湿润土壤水分状况，归属为湿润雏形土亚纲、湿润变性土亚纲、湿润淋溶土亚纲;根据简育层这个诊断层归为简育湿润雏形土、简育湿润变性土、简育湿润淋溶土;其他诊断特性稍有分异，如剖面1、剖面4 与剖面3中分别有斑纹、漂白性状，将其命名斑纹简育湿润雏形土、斑纹简育湿润淋溶土、漂白简育湿润雏形土.剖面2和剖面5根据排除法命名为普通简育湿润变性土(表4).

表3 供试土壤在《中国土壤系统分类》所用的诊断层和诊断特性Table 3 Diagnostic horizons and characteristics in Chinese Soil Taxonomy

表4 土壤系统分类Table 4 Soil taxonomy

2.5 基层分类

2.5.1 土族的划分土族是在同一亚类下由于地区性成土因素，或土壤利用管理引起的土壤重要理化属性分异的续分级别.供试土壤土族控制层段上界为剖面的表下层25 cm，其下层试拟为100 cm，本研究运用了颗粒大小级别、矿物学类型及土壤温度等指标.(1)颗粒大小级别:按美国土壤分类中关于颗粒大小级别的定义，试供土壤不同控制层段内颗粒大小的加权平均值分别为427.27，354.05，414.01，386.68，420.80 g·kg-1，由此看出，试供土壤大部分为粘质(7 级制，控制层段中粘粒加权平均值＜350 g·kg-1的为壤质，＞350 g·kg-1的为粘质).(2)矿物学类型:根据前人的研究成果，结合美国农业部对土壤的阳离子交换量与粘土类型关系，试供土壤的矿物学类型大多数为蒙皂石型，剖面4为混合型.(3)土壤温度级别:本研究以诊断特性的土壤温度状况(年平均土温=常年平均气温+2℃)作为土族分类的一个依据;所采供试土壤区域常年平均气温为17℃左右，根据土壤温度状况规定(年平均土温≥16℃，但＜22℃)，供试土壤均属于热性土壤温度状况.土族命名采取连续命名.

土族单元的划分根据土壤颗粒大小级别、矿物学、土壤温度，在其亚类名称前加上“粘质蒙皂石型温热性”、“粘质混合型温热性”构成土族名称.根据以上划分原则，剖面1 至5的土族名称分别为:粘质蒙皂石型温热性斑纹简育湿润雏形土、粘质蒙皂石型温热性普通简育湿润变性土、粘质蒙皂石型温热性漂白简育湿润雏形土、粘质混合型温热性斑纹简育湿润淋溶土、粘质蒙皂石型温热性普通简育湿润变性土.

2.5.2 土系的划分土系是土壤系统分类中最低级的基层分类单元，它是发育在同一母质上、由若干剖面性态特征相似的单个土体组成的聚合土体，与农业生产直接关联，能够提供土壤状况数据等，在土壤系统分类中占有重要位置.确定土系时，首先设定控制层段供试土壤的土系控制层段，试拟为从土壤表层至剖面深度的下界(0～100 cm).一些特定土层的特征与垂直排列顺序对农业生产直接相关，与土系的划定与区分有直接的关系;供试土壤拟定的特定土层有:暗沃表层、淡薄表层、漂白层、粘化层等符合诊断层的一些土层，和黑土层(土壤B层的一部分，较黑彩度多在2 以下，粘粒含量较高，一般在400 g·kg-1，最高可达500 g·kg-1以上，胀宿性强，呈棱块状结构，多裂隙有的宽达0.5 cm，是导致土壤变性特征及变性现象的重要原因)，及结构B层(土壤B层的主要组成部分，厚度不等，多呈黄棕色，粘粒含量多在400 g·kg-1左右，随土壤类型不同其性状有差异，复合氧化还原特征).本研究对供试土壤拟定的土系区分的指标为:特定土层的颜色、排列、位置，土壤颗粒组成，交换性盐基，阳离子交换量，全量和速效养分等，以及包括诊断层和诊断特性所用的一些定量化指标.采取独立命名方式，选用代表性土壤个体剖面所在地名直接定名.土系名称中的地名选择，以比例尺≤1∶50000的国家标准地图上村(镇)级以上固定的地名为准.土系的具体划分如下:

表5 土壤基层分类Table 5 Soil basic classification

兰青系，相邻土系为祁庄系，二者母质略有不同，剖面构型也不相同，祁庄系表层之下有一漂白层，粘粒含量明显减少，因此二者分别属于不同的亚类和土族.农业生产性能评述:该土系全剖面质地粘重，土壤胀缩性特强;表层为耕作层，碎块状结构，水分蒸发快，干旱时坚实，适耕期短，耕性差，有机质、氮、磷、钾等养分储量高，但有效养分含量低;残留黑土层和结构B层质地粘重，多呈棱块状结构，水分沿结构面下渗，漏水漏肥，对作物有选择性，不易捉苗，对薯类、大豆比较适宜.

张庄系，相邻土系为智庄系，二者为相同母质发育，并都有黑土层，但智庄系具有暗沃表层，有机质含量也相对较高，且黑土层较深厚，多有滑擦面和裂隙.农业生产性能评述:该土系全剖面质地较为粘重;表层多为耕作层，质地为粘壤，碎块状结构，耕性较好，适耕期较长，有机质、氮、磷、钾等养分储量较高;残留黑土层质地粘重，保水保肥性较好，肥劲长而稳，耐旱耐涝，适种作物广，潜在肥力高;但磷的含量较少，氮、磷、钾比例失调.

祁庄系，相邻土系为兰青系，兰青系表层下为黑土层，质地粘重，属于斑纹暗沃湿润雏形土亚类;而祁庄系表层下存在粉砂质漂白层，粘粒明显下降，为一附加成土过程，而归为漂白暗沃湿润雏形土亚类.农业生产性能评述:该土系表层为耕作层，质地较重，碎块状结构，耕性较好，适耕期较长，但有结板结的现象，有机质、氮、磷、钾等养分储量较高;漂白层质地轻，心土层质地粘重，保水保肥性较好，适种作物广，潜在肥力高.

郭楼系，相邻土系为智庄系，智庄系表层至下为黑土层，粘粒含量高，具有较明显的变性特征;而郭楼系不具有黑土层，剖面通体颜色多为黄棕色，并既有粘化层，有典型的淋溶土特征.农业生产性能评述:该土系表层为耕作层，质地适中，碎块状结构，耕性较好，适耕期较长，但表层粉砂粒过多，雨后有淀结板结现象;心土层质地粘重，上虚下实，保水保肥性较好，适种作物广，潜在肥力高.

智庄系，相邻土系为张庄系，二者为相同母质发育，但张庄系具有淡薄表层，有机质和CEC 含量都相对较低，而且变性特征不明显，仅有变性现象，耕作层以下的土体变性现象尤为明显.农业生产性能评述:该土系质地较粘重，且粘土层深厚，耕性极差，适耕期较短，通透性极差，而且旱作易缺水受旱，也易土裂断根，但有机质等养分储量高，供肥力强.

3 结论与讨论

供试土壤的诊断层:暗沃表层、淡薄表层、漂白层、雏形层、粘化层;诊断特性:变性特征与变性现象、土壤水分状况、土壤温度状况、石灰性、盐基饱和度、氧化还原反应等.

根据诊断层和诊断特性分别将5个剖面归属为淋溶土纲，变性土纲和雏形土纲;剖面1为斑纹暗沃湿润雏形土，剖面2为普通简育湿润变性土，剖面3为漂白暗沃湿润雏形土，剖面4为斑纹简育湿润淋溶土，剖面5为普通简育湿润变性土.剖面1 至5的土族名称分别为:粘质蒙皂石型温热性斑纹简育湿润雏形土、粘质蒙皂石型温热性普通简育湿润变性土、粘质蒙皂石型温热性漂白简育湿润雏形土、粘质混合型温热性斑纹简育湿润淋溶土、粘质蒙皂石型温热性普通简育湿润变性土.设定土系划分的控制层段为所采剖面深度;拟定土系特定土层分别为暗沃表层、淡薄表层、漂白层、粘化层等符合诊断层的一些土层;和黑土层，结构B层等;拟定所用指标分别为特定土层的排序、颜色、土壤颗粒组成;划分了兰青系、张庄系、祁庄系、郭楼系、智庄系.

进一步完善土壤系统分类研究必须加强土壤基层分类研究，河南省第2次土壤普查积累了大量丰富的数据和资料，基层分类单元为土种，而且进行了详细的土种记述，包括命名归属、主要性状、典型剖面和生产性能等，与土系有相似的地方，可尝试进行土种与土系的转换［15］.

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