重庆市潜育水稻土发育特性和系统分类研究①

李 松，慈 恩，文 婷，连茂山，翁昊璐，陈 林，胡 瑾

重庆市潜育水稻土发育特性和系统分类研究①

李 松，慈 恩*，文 婷，连茂山，翁昊璐，陈 林，胡 瑾

(西南大学资源环境学院，重庆 400715)

以重庆市境内7个发生分类的潜育水稻土典型剖面作为研究对象，通过剖面形态特征观测和理化性质测定分析，探讨其发育特性和在中国土壤系统分类(CST)中的归属。结果表明，7个供试剖面主要位于丘陵山地下坡、坡麓以及江河沿岸一级阶地，质地多为粉壤土或粉质黏壤土，不同土壤剖面中游离铁分布有较大差异，潜育特征受到人为滞水和地下水的影响，主要出现在耕作表层和受地下水位影响的深度范围内。依据CST，7个典型剖面均具有水耕表层、人为滞水土壤水分状况、潜育特征和氧化还原特征，但1个剖面虽有水耕表层但无水耕氧化还原层而隶属潜育土土纲中的石灰简育正常潜育土亚类；其余6个剖面具有水耕表层和水耕氧化还原层而分别隶属于水耕人为土亚纲中的复钙潜育水耕人为土、铁聚潜育水耕人为土和普通潜育水耕人为土亚类，依据土族和土系划分标准，建立了5个土族和7个土系。值得注意的是，目前CST中简育正常潜育土尚没有反映人为水耕活动影响(即水耕现象)的亚类，因此可以考虑新增水耕简育正常潜育土亚类。

潜育水稻土；发生分类；系统分类；诊断层；诊断特性；重庆市

20世纪30年代以来，我国土壤研究者对水稻土的形成与理化性质进行了大量的研究，对其发育特性以及分类的研究在国际上处于领先地位，并得到了国际土壤学家的认可[1-3]。以诊断层和诊断特性为基础的中国土壤系统分类渐渐成为我国土壤分类工作的主流思想[4-5]。中国土壤系统分类在世界上率先将水耕人为土作为一个独立的亚纲，并提出将水耕表层和水耕氧化还原层作为水耕人为土的诊断层[6-7]。

近年来，围绕水稻土系统分类工作，全国范围内开展了一系列相关研究，但样点区域主要集中在安徽、福建、湖北、湖南等地[8-22]。与全国的其他地区相比，虽然重庆市的土壤系统分类研究已取得较大的进展[23-25]，但多为旱地土壤，涉及水田土壤的系统分类研究却未见相关报道。潜育水稻土是中国土壤发生分类中隶属于人为土纲-人为水成土亚纲-水稻土土类的一种亚类，是我国低产水稻土之一，也是增产潜力较大的水稻土之一，已有研究揭示了潜育水稻土的成因、危害与改良途径[26]。但迄今尚无重庆潜育水稻土系统分类方面的研究报道。为此，本文以重庆市潜育水稻土为研究对象，通过野外调查和采样分析，获取潜育水稻土的剖面形态和理化性质，定量研究其成土特点、发育特性及其在中国土壤系统分类(CST)中的归属，并进行了土族和土系的划分，旨在为进一步了解重庆市潜育水稻土的发育特性，推动重庆市土壤系统分类系统研究的进展，以及为潜育水稻土的改良提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

重庆市地处四川盆地东部，东南西北分别与湖北、湖南、贵州、四川及陕西接壤，总面积为8.24万 km2。地貌上大致可分为东北中山区、东南中山区、中部低山丘陵区和渝西方山丘陵区4 个地貌分区，属亚热带季风性湿润气候，年均气温大约17 ℃，年均降水量为1 125 mm，年均日照时数为1 117.6 h，总体上梅雨天气多，雨量充沛，为全国年日照最少的地区之一。

1.2 研究方法

第二次全国土壤普查形成的发生分类中，水稻土分为淹育、渗育、潴育、潜育、脱潜、漂洗、盐渍、咸酸8个亚类[27]。其中，潜育水稻土主要存在地下水位高、排水不畅的平原洼地或丘陵山地的冲沟槽谷[28]。根据第二次土壤普查中重庆市的潜育水稻土典型剖面信息[29]，综合分析成土要素特点、土地利用现状和交通可达性，确定了7个代表性潜育水稻土剖面(表1)作为研究对象。

表1 供试剖面的成土环境

野外调查采样严格参照《野外土壤描述与采样手册》(简称《手册》)[30]，程序包括确定样点的具体位置，记录经纬度、海拔、成土因素等信息，挖掘土壤剖面，分层和观测描述剖面形态特征，按划分的发生层采集农化土样和环刀容重样，及时运回实验室，常温下自然风干，去杂，研磨过不同孔径筛以供分析使用。

干态和润态土壤颜色确定采用中国标准土壤色卡[31]，相关理化指标的测定方法如下[32]：pH采用2︰1水浸提–电位计法；容重采用环刀法；颗粒组成采用吸管法；有机质采用重铬酸钾–硫酸消化法；CEC采用1 mol/L NH4OAc(pH 7.0)交换法；游离铁采用DCB浸提–邻菲啰啉比色法；交换性盐基采用1 mol/L NH4Oac(pH 7.0)浸提–原子吸收光谱法和火焰光度法。

2 结果

2.1 成土环境

从表1可知，研究的土壤剖面点所处海拔范围为353 ~ 699 m，其中PS01和PS02位于500 m以下的丘陵地区，PS03、PS04和PS05位于山地地区，PS06和PS07位于河流阶地。所属地形部位均较低，主要为下坡、坡麓和低阶地。PS01由侏罗系蓬莱镇组泥岩、砂岩风化坡积物发育而成，PS02由侏罗系沙溪庙组紫色泥岩风化残坡积物发育而成，PS05由侏罗系新田沟组泥岩残坡积物发育而成，PS03和PS04发育于三叠系石灰岩风化残坡积物，PS06和PS07发育于第四系全系统冲积物。土地利用方式均为水田，其中PS01、PS02、PS04、PS05和PS07种植单季稻，PS03和PS06为稻-油菜轮作。

2.2 土壤剖面形态及理化性质

2.2.1 土壤剖面特征 从图1和表2可知，PS05和PS07土体为A-B-C构型，其余剖面为A-B构型。剖面色调有7.5YR、2.5Y、5Y和10Y，润态明度为3 ~ 6，彩度除了PS05的Cr层为6，其余均≤3。除了PS06和PS07由于冲积物母质的不同造成色调有所不同外，其余剖面的色调基本不变；另外，各剖面表层土壤与下层土壤的明度变化甚小，润态明度比干态明度低1 ~ 2，彩度几乎不变。土壤结构上，PS01的B层呈糊泥状无结构外，其余剖面的各层次土壤结构发育明显，以块状结构为主。所有供试土壤剖面均有铁锰斑纹、灰色胶膜和亚铁反应，但铁锰斑纹、灰色胶膜的含量和亚铁反应的强度有所不同。此外，除了剖面PS01、PS02、PS03和PS04有不同程度的石灰反应，其余剖面无石灰反应。

图1 供试土壤剖面照

2.2.2 土壤理化性质 由表3可知，7个供试土壤剖面pH介于5.0 ~ 8.2。最低值和最高值分别出现在泥岩风化残坡积物发育的PS05和石灰岩风化残坡积物发育的PS04。pH随剖面深度逐渐增加，其中PS01、PS03和PS04呈弱碱性，其余剖面呈弱酸性或中性。容重均随着剖面深度的增加而增高，犁底层容重是耕作层容重的1.11 ~ 1.25倍。黏粒含量各不相同，范围为182.0 ~ 444.2 g/kg，最低值和最高值分别出现在PS04的Ap1层和PS02的Bg3层，对应的土壤质地分别为粉壤土和粉质黏土。有机质含量自剖面由上到下逐渐减少，其中PS05、PS06、PS07底层的土壤有机质含量不足表层的1/2。游离铁介于4.99 ~ 36.59 g/kg，平均为13.42 g/kg；其中，PS01、PS03和PS04的游离铁含量均先随着深度的加深而增加，之后随着深度增加而减少；PS02和PS05的游离铁含量随着深度的加深而不断增加；PS06和PS07的游离铁含量随着深度呈不规则变化。PS05、PS06和PS07水耕氧化还原层游离铁大于表层(Ap1)的1.5倍。PS01、PS02、PS03和PS04所有层次的CaCO3相当物≥10 g/kg。

表2 供试土壤的剖面描述

表3 供试土壤的理化性质

2.3 诊断层、诊断特性与系统分类归属

以《中国土壤系统分类检索(第三版)》[6]为依据，对7个剖面的诊断层和诊断特性的鉴定结果见表4。所有剖面均具有水耕表层、人为滞水土壤水分状况、潜育特征和氧化还原特征，但PS01由于水耕表层以下土体无结构，不具有水耕氧化还原层，而其余剖面均具有水耕氧化还原层(Bg或Br)。另外，其他诊断特性包括：①岩性特征：PS04在109 cm处出现碳酸盐岩石质接触面，所有土层pH介于8.0 ~ 8.2，符合碳酸盐岩岩性特征；PS06尚残留明显的沉积层理，25 ~ 125 cm有机碳随深度呈不规则的减少且目前仍承受定期泛滥，符合冲积物岩性特征。②(准)石质接触面：PS04存在石质接触面，其下垫物质为石灰岩；PS05存在准石质接触面，其下垫物质为部分固结的泥质岩。③土壤温度状况：相关的50 cm深度土温推算方法[33-34]，结果表明，各个剖面点的年均土温介于17.4 ~ 19.3 ℃，为热性土壤温度状况。④石灰性：剖面PS01、PS02、PS03和PS04中所有层次的CaCO3相当物均≥10 g/kg，且绝大部分层次用1︰3 HCl处理均有泡沫反应，符合石灰性。

表4 供试土壤的诊断层和诊断特性

根据表4中各剖面的诊断层和诊断特性，依照《中国土壤系统分类检索(第三版)》[6]，逐级检索确定供试剖面的系统分类高级单元(表5)。PS01因没有水耕氧化还原层，但矿质土表至50 cm范围内有≥10 cm的土层具有潜育特征，归为潜育土纲，有石灰性，属于石灰简育正常潜育土。其余剖面矿质土表至60 cm范围内有≥10 cm的土层均有潜育特征，均属于人为土纲水耕人为土亚纲、潜育水耕人为土类。其中，PS04在矿质土表至60 cm范围内有人为复石灰作用，其碳酸钙含量在表层最高，>45 g/kg，向下渐减，属复钙潜育水耕人为土；PS05、PS06和PS07水耕氧化还原层DCB浸提铁大于表层的1.5倍，属于铁聚潜育水耕人为土；PS02、PS03剖面分异甚弱，属于普通潜育水耕人为土。

表5 供试土壤系统分类高级单元划分

以《中国土壤系统分类土族和土系划分标准》[35-36]为依据，划分基层单元土族和土系。7个供试土壤剖面控制层段内的土壤颗粒大小级别除PS02为黏质外，其余剖面均为黏壤质。矿物学类型除了剖面PS02为蒙脱石混合型，其余均为硅质混合型。石灰性和酸碱反应类别PS01、PS02、PS03和PS04为石灰性，其他为非酸性。50 cm深度土温介于16 ~ 23 ℃，均属热性土壤温度状况(表6)。综上所述，7个供试土壤剖面可划分5个土族，按照土系划分可选土壤性质与划分标准，7个供试土壤剖面可划分为7个土系(表7)，划分依据为：①由于PS01、PS02、PS03、PS04分属不同的土族，因此可各自划为一个土系；②PS05、PS06和PS07虽然属于同一个土族，但仅PS05成土母质为侏罗系新田沟组泥岩残坡积物，故可划为一个土系；PS06和PS07成土母质一致但土体构型不同，PS06土体构型为Apg1–Apg2–Br，PS07土体构型为Apg1–Apg2–Bg–Cr，因此可划分为不同的土系。其土系的命名方式均采用剖面所在的乡镇或者街道来命名。本文所用的土系名称为初拟，需要在全国对比没有重复之后才能正式确定。

表6 供试土壤土族控制层段的鉴别特征

表7 供试土壤系统分类基层分类单元归属

3 讨论

3.1 重庆市潜育水稻土的发育特性

潜育水稻土作为一种典型的人为土壤类型，在母质、气候、地形等五大成土因素和人为活动因素的共同作用下，呈现出不同的剖面形态特征。上述潜育水稻土的成土母质为泥岩、石灰岩风化残坡积物以及冲积物，位于丘陵山地下坡、坡麓以及江河沿岸一级阶地等区域。结合表2和表3的数据可知，供试样点均有一定的潜育化过程，由于长期渍水，剖面以灰色为主。相较于自然土壤，其潜育化过程除了受到地下水位的影响之外，还受到为种植水稻而人为长期蓄水的影响，潜育特征主要出现在耕作表层和受地下水位影响的深度范围内。在成土作用和母质双重影响下，不同土壤剖面的游离铁分异有较大差异，地下水位的高低直接影响游离铁含量在剖面中各层次间的分布和分异情况。一般而言，由于根系残留、秸秆还田、灌溉等影响，植稻土壤表层的有机质含量较高。PS04的CaCO3含量明显高于其他剖面，且上层土壤的CaCO3含量远大于下层，有人为复钙过程，主要是由于人为长期施用石灰或者引用石灰岩溶洞水灌溉。

3.2 重庆市潜育水稻土的系统分类

依据中国土壤系统分类的原则和方法，7个供试潜育水稻土剖面高级分类单元可划分为两个土纲(人为土、潜育土)，4个亚类(表5)，基层分类单元可建立5个土族，7个土系(表7)。影响重庆市潜育水稻土系统分类高级单元划分的主要因素为：①人为活动。水稻土是受人为活动影响最深刻的土壤，人类通过灌溉、排水、耕作、平整土地、施肥等措施培育和发展了水耕人为土的特有性状。此外，耕作制度的演进直接影响到水耕人为土的形成和发育，水稻连作田和水、旱轮作在氧化还原过程中显然不同，从而影响到水耕人为土的分类。②地形条件。重庆市境内地形起伏较大，山区的土壤水分状况受到地形的影响特别大，地形部位位于丘陵山地起伏地形的中下坡或坡麓以及平坦地形的低阶地的土壤更容易长期被水饱和，从而使得土壤发生强烈氧化还原的潜育特征。此外，PS01地处低丘坡麓低洼地段，在长年人为滞水情况下，导致土壤发育差，呈泥糊状，没有满足水耕氧化还原层所要求的“有发育明显的棱柱状和/或角块状结构”[6]，被归为潜育土纲。但潜育土纲下却没有针对含有水耕表层的分类检索条件，这可能会影响到潜育水稻土系统分类高级单元对农业生产的实际指导价值。针对这一问题，结合本文调查结果，建议在石质简育正常潜育土亚类之后增设水耕简育正常潜育土亚类，以解决潜育土纲下的亚类划分不能体现潜育水稻土的水耕表层的问题。但需要指出的是，受本次调查样点数和区域的限制，这一建议还有待进一步验证、完善。

4 结论

因人为活动及地形等的差异，重庆市地区潜育水稻土发育特性有别于自然土壤。土壤质地多为粉壤土或粉质黏壤土，表层有机质积累明显。其次，不同土壤剖面中游离铁分布有较大差异，潜育特征受到人为滞水和地下水的影响，主要出现在耕作表层和受地下水位影响的深度范围内。7个供试潜育水稻土剖面可划分为2个土纲，4个亚类，可归为5个土族，划为7个土系。针对具有水耕表层但无水耕氧化还原层的潜育水稻土，建议在CST中新增水耕简育正常潜育土亚类。

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Genetic Characteristics and Soil Taxonomy of Gleyic Paddy Soils in Chongqing

LI Song, CI En*, WEN Ting, LIAN Maoshan, WENG Haolu, CHEN Lin, HU Jin

(College of Resources and Environment, Southwest University, Chongqing 400715, China)

Seven profiles of typical gleyic paddy soils in Chongqing were selected as study objects, their morphological characters were observed in the field and physiochemical properties were measured in the lab. The genetic characteristics were discussed and the taxonomy were determined according to Chinese Soil Taxonomy (CST). The results showed that the tested soil profiles are mainly located in the hilly slopes or foots and the first terraces along the rivers. The textures are mostly silt loam or silty clay. The free iron is jointly affected by the formation process and parent materials, and are obviously different in profile distribution of the tested soil profiles. The gleyic features are doubly affected by artificial stagnant water and groundwater, mainly occur in the depth range of the plough layer and are affected by the groundwater level. According to CST, all tested soil profiles have anthrostagnic epipedon, anthrostagnic moisture regime, gleyic features and redoxic features, one tested profile has no hydragric horizon and is sorted into Calcaric Hapli-Orthic Gleyosols, the other tested profiles have hydragric horizon and are sorted into Recalcaric Gleyi-Stagnic Anthrosols, Fe-accumulic Gleyi-Stagnic Anthrosols and Typic Gleyi-Stagnic Anthrosols, respectively. According to the establishing standards of soil family and series, the 7 tested soil profiles were sorted into 5 soil families and 7 soil series. It is worth noting that paddy soil may have anthrostagnic epipedon, gleyic features but no hydragric horizon and only can be sorted into Hapli-Orthic Gleyosol, but no current soil subgroup in this soil group could reflect the characteristic of hydroponic cultivation, thus, the new subgroup of Anthrostagnic Hapli-Orthic Gleyosol is proposed to be added into the group of Hapli-Orthic Gleyosol in CST.

Gleyic paddy soil; Genetic classification; Soil taxonomy; Diagnostic horizons; Diagnostic characteristics; Chongqing

国家科技基础性工作专项(2014FY110200)和中央高校基本科研业务费专项(XDJK2017B027)资助。

(cien777@163.com)

李松(1996—)，男，重庆南川人，硕士研究生，主要研究方向为土壤发生与分类。E-mail: lisongls007@163.com

S155.3

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.04.024