新疆典型干旱土和盐成土的系统分类归属*

2021-04-08郝士横吴克宁杜凯闯武红旗杨淇钧李晓亮

土壤学报 2021年1期

郝士横，吴克宁，2† ，鞠兵，杜凯闯，武红旗，杨淇钧，李晓亮

（1. 中国地质大学（北京）土地科学技术学院，北京 100083；2. 自然资源部土地整治重点实验室，北京 100035；3. 中国科学院南京土壤研究所，南京 210008；4. 新疆农业大学草业与环境科学学院，乌鲁木齐 830052）

土壤是十分重要的自然资源，与人类的生产生活息息相关。土壤分类可以体现土壤本身的特性，探索不同土壤的差异，帮助人们更好的认识土壤，指导土壤的合理利用。土壤系统分类根据可以被客观观察或测量的土壤性质对土壤自然体进行分级归类[1]，1984 年我国开始了中国土壤系统分类研究，近年来推广度越来越高，逐渐成为土壤分类的主流[2]。从土壤系统分类现状来看，国际上主要有世界土壤资源参比基础（WRB）[3]、美国土壤系统分类（ST）[4]。中国土壤系统分类（CST）[5]、WRB、ST 均具有定量化特点。三个分类系统对于具有干旱和盐积特征的土壤在分类上有所差异，总体来看，WRB 的一级单元未设立干旱土，ST 的土纲未设立盐成土，CST的土纲既设立了干旱土也设立了盐成土，体现了中国特色。但现行CST 同样存在不足，CST 对于干旱表层的判定条件中：（2）“从地表起，无盐积或钠质孔泡结皮层或其下垫的土盐混合层”，这就排除了无“盐化”的地表或下垫土层，但定义盐积正常干旱土土类时又写到：“其他正常干旱土有上界在矿质土表至 100 cm 范围内的盐积层、超盐积层或盐磐”，这明显是相互矛盾的。可见使用此分类系统检索时会造成干旱土和盐成土的分类不明确。干旱区的干旱土与盐成土由于定义和检索顺序问题，造成干旱土扩大，盐成土减少，不利于盐成土的改良利用。因此对目前的分类体系提出修订建议，可以使土壤分类结果更加精准，对干旱区土壤进行科学的分类可以为我国干旱区土壤资源的利用与管理打好基础。

新疆维吾尔自治区（以下简称新疆）位于中国西北干旱内陆地区，受干旱气候影响，是我国典型的干旱区，此前已有一些学者做过新疆土壤的系统分类研究[6-17]。本文以新疆典型具有干旱和盐积特征的土壤剖面为研究对象，依据供试土壤的理化特征，详细论述供试土壤在中国土壤系统分类（CST）的归属。针对上述CST 存在的矛盾之处提出建议方案并且按照建议方案对供试土壤进行归属。并对世界土壤资源参比基础（WRB）、美国土壤系统分类（ST）、中国土壤系统分类（CST）进行参比。

1 材料与方法

新疆位于中国干旱区，日照充足，降水少，蒸发强烈。使得一些土壤长期保持干旱水分状态，也使得一些土壤有着明显的盐积特征。本文所选剖面能体现干旱特征和盐积特征，具有典型性和代表性。

1.1 剖面概况

本研究有5 个土壤剖面根据新疆土系调查（剖面7～剖面11），为了增加代表性和广泛性，引用了《新疆干旱土的发生特性及系统分类》[18]中的6 个土壤剖面（剖面1～剖面6）、《中国土壤系统分类—理论·方法·实践》[19]中的6 个剖面（剖面12～剖面17）。剖面1 位于乌什，剖面2 位于库车，剖面3 位于和硕，剖面4 位于吐鲁番，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 位于阿拉尔，剖面13位于石河子，剖面15 位于鄯善，剖面16 位于托克逊，剖面17 位于博乐。供试剖面所处地区气候干旱，剖面1～剖面11 年均温范围在6.5～13.9℃，平均9.8 ℃，位于吐鲁番地区的剖面4 年均温最高。剖面1～剖面11 年降水量范围在16.6～193 mm，平均81.6 mm。剖面1～剖面11 年蒸发量范围在1 638～4 378 mm，平均2 679 mm。成土母质剖面1、6 为黄土，剖面2、7、8、9、11 为洪—冲积物，剖面3、4、10 为洪积物，剖面5 为残积物。

本研究布点采集的5 个剖面，如图1 所示。剖面7 采自南湖乡，剖面8 采自哈萨克自治县，剖面9 采自淖毛湖镇，剖面10 采自阿拉尔市境内，剖面11 采自陶家宫乡。总体来看，地貌为平原、丘陵两种；母质4 个为洪—冲积物，1 个为洪积物；剖面7、8、9 地表无植被，剖面10、11 有稀疏植被，种类主要为盐穗木；受气候和风蚀影响，剖面7、8 地表有砾幂，剖面9 地表有裂隙，剖面10 地表有盐霜、薄盐结皮、龟裂纹，剖面11 地表有盐壳和裂隙。

1.2 实验方法

剖面1～剖面6 的土壤颗粒组成采用六偏磷酸钠和超声波分散以及吸管法测定，pH 采用Backman pH计（水土比为1∶1）测定；剖面7～剖面11 的颗粒组成采用比重计法测定，pH 采用pH 计（水土比为2.5∶1）测定。所有剖面有机质均采用重铬酸钾氧化—外加热法测定，石膏采用电导法（水土比为10∶1）测定，CaCO3采用气量法测定，水溶性盐总量采用电导法测定。分析方法参照《土壤调查实验室分析方法》[20]和《土壤农化分析》[21]。

2 结果

2.1 形态特征

剖面7～剖面11 的形态特征见表1，剖面1～剖面6 数据引自《新疆干旱土的发生特性及系统分类》。供试剖面整体土壤颜色浅，同一剖面各个土层之间颜色的变化不明显，干态颜色色调分布在10 YR、7.5 YR、5 YR 和2.5 YR，多数为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。由黄土母质发育的剖面1、6 质地较细，为壤土至粉砂壤土，其余剖面除9、10 外，质地普遍较粗，砂壤土及壤砂土居多。而且剖面2、3、4、5、7、8的部分土层有粗骨性，剖面7 位于87～117 cm 的土层大于2 mm 石砾所占百分比高达63.5%。

2.2 理化性质

剖面7～剖面11 的形态特征见表2，剖面1～剖面6 数据引自《新疆干旱土的发生特性及系统分类》，剖面12～剖面17 数据引自《中国土壤系统分类—理论·方法·实践》。供试剖面从表层开始均有盐分积聚，大部分剖面达到CST 中盐积层的要求，剖面14、15、16 满足盐磐的条件，剖面3、6、7、8 满足盐积现象，盐分变化规律普遍为由表层向下逐渐增多，也存在少数由表层向下逐渐减少的剖面（例如剖面1、3、11）。各剖面有机质含量普遍低于10 g·kg-1，体现了干旱区矿化作用强的特点，表层有机质含量最高的剖面 11 有机质含量为39.6 g·kg-1，其地表有稀疏的盐穗木。受干旱积盐和淋溶作用弱影响，供试剖面的pH 均呈碱性，介于7.47～9.8。石膏在供试剖面中普遍存在，黄土母质上发育的剖面1、6 石膏含量较少，剖面4、5、7、12、14 达到CST 中石膏层的要求。大部分剖面表层碳酸钙含量高于下层，剖面1、2、6、12 达到CST中钙积层的要求，其余剖面满足钙积现象。

2.3 主要诊断层、诊断特性、诊断现象发生过程

（1）干旱表层。干旱表层的形成主要受干旱气候和风蚀堆积的影响。干透表土在风和水等外营力作用下发生物理分散作用，使土壤垒结重新排列而产生结皮，结皮的上部变干时，引起土体收缩，将正起泡的空气封闭起来形成气泡状孔隙，是干旱表层的显著特点。孔泡在干湿变化中不同的胀缩程度会形成多边形裂隙。土表砾质土壤物质受风、水侵蚀后可形成砾幂[22]。新疆漠境地区植被稀疏，植物残落物进入土壤的有机质数量非常有限，而且矿化作用强，所以干旱表层有机质含量低[23]。除剖面10、11 外，其余剖面含有孔泡结皮层和片状层，具有砾幂、荒漠漆皮、多边形裂隙等地表特征，表层有机质低于10 g·kg-1。

（2）盐积层和盐积现象。在荒漠条件影响下，土壤中易溶盐随地表水下渗，并且较难淋出土体，使盐分淀积，或随地下水上升蒸发、浓缩后累积在土壤表面。地下水位的下降也可使原来形成的盐分就地残积。含盐地表水的迁移与淀积也会形成盐积层[24]。盐分积聚的过程使土壤含盐量增高。此外地形也会对土体中盐分运动产生影响，低海拔影响了地面和地下径流的运动造成了含盐量偏高（例如剖面4、5、9）。除剖面3、6、7、8 外，其余剖面均达到CST 中盐积层的要求，剖面14、15、16 有盐磐，剖面3、6、7、8 有盐积现象。关于各剖面盐积特征出现的位置，剖面1 盐积层出现位置为0～29 cm，剖面2 盐积层出现位置为37～150 cm，剖面3 通体有盐积现象，剖面4 通体符合盐积层数值标准，剖面5 盐积层出现位置为4～100 cm，剖面6盐积现象主要出现在55～150 cm，剖面7 盐积现象出现在21～87 cm，剖面8 通体有盐积现象，剖面9盐积层出现位置为9～54 cm，剖面10 盐积层出现位置为0～112 cm，剖面11 地表0～8 cm 为盐结壳，剖面12 盐积层出现位置为3～68 cm 以下，剖面13盐积层出现位置为27～60 cm，剖面14 盐磐出现位置为14～39 cm，剖面15 盐磐出现位置为10～45 cm，剖面16 盐磐出现位置为20～50 cm，剖面17 盐积层出现位置为7.5～92 cm。

（3）钙积层和钙积现象。新疆气候干旱，土壤水分运行以上行水为主，淋溶作用甚微，并因土壤空隙大而充满空气，碳酸盐溶解和移动受到很大限制。在风化和成土过程中形成的碳酸钙和碳酸氢钙大多就地积累，使土壤表层碳酸钙含量略高于下层。在表层短暂降雨湿润后，随即迅速变干，使碳酸氢钙转变为碳酸钙并放出二氧化碳。剖面1、2、6、12 达到CST 中钙积层的要求，剖面3、4、5、7、8、9、10、11、13、14、15、16、17 有钙积现象。

表1 供试土壤形态特征Table 1 Morphological characteristics of the studied soils

表2 供试土壤理化性质Table 2 Physicochemical properties of the studied soils

（4）石膏层和石膏现象。石膏是干旱土常见的硫酸钙矿物，溶解度大，迁移能力强，但在干旱地区受到降水少和渗透浅的影响，普遍难于淋出土体，所以干旱区土壤大多有石膏聚集[25]。黄土母质上发育的剖面1、6 较少，看来石膏聚集除了受气候条件影响外，也可能与母质有关。剖面4、5、7、12、14 达到CST 中石膏层的要求，剖面1、2、3、8、13、15、16、17 有石膏现象。

（5）碱化层。由于干旱积盐和淋溶弱所有供试剖面的pH 均呈碱性。此外剖面4 碱化度达23.5%～36.8%，剖面5 在20 cm 以下碱化度达71.8%，但无柱状或棱柱状结构，含盐量大于0.5%，所以无碱积层典型特征。剖面6 有棱柱状结构，碱化度达38%～61%，表层土壤含盐量少，是碱化层。

（6）土壤水分和温度状况。从收集到的剖面1～剖面11 的气候数据来看。剖面1～剖面11 年均温范围在6.5～13.9 ℃，剖面4 位于吐鲁番地区，年均温最高，为热性土壤温度状况，其余10 个剖面为温性土壤温度状况。剖面1～剖面11 年降水量范围在16.6～193 mm，平均81.6 mm。剖面1～剖面11年蒸发量范围在1 638～4 378 mm，平均2 679 mm。蒸发强烈，均为干旱土壤水分状况。

3 讨论

3.1 CST 对供试土壤的分类

从发生学基础上看，干旱土主要形成因素是干旱气候。盐成土形成因素包括干旱的气候、强烈的蒸发，地形高低起伏，地表径流和地下径流的运动和水化学特性等。虽然是诊断分类，但分类指标的选取应该有发生学思想指导。盐成土是地貌与气候组合条件下综合作用的结果。从分类目标来看，划出干旱土的目的是将缺水、不能灌溉就不能利用的土壤集中起来。划出盐成土纲，是由于盐成土大多受地下水影响，盐分在剖面中从上到下分异为NaCl—CaSO4·2H2O—CaCO3，与干旱土有所不同[19，26]。还可以将盐碱化土壤集中起来，指导农业利用。此外干旱表层是我国首创，既便于野外诊断，又能反映干旱土的发生过程。

根据CST（2001）分类方案、《中国土壤系统分类土族和土系划分标准》对供试土壤进行归属，剖面1～剖面11 划到了土族一级，未收集到剖面12～剖面17 的颗粒组成，将剖面12～剖面17 划到了亚类一级，结果见表3。共划分出干旱土和盐成土2个土纲。土壤类型（原文）一列给出了引用剖面在原文中的分类归属，其中剖面1～剖面6 按照《中国土壤系统分类（首次方案）》，剖面12～剖面17按照《中国土壤系统分类（修订方案）》。

3.2 土壤分类划分标准建议

CST（2001）分类方案中干旱表层的定义指出“从地表起，无盐积或钠质孔泡结皮层或其下垫的土盐混合层”，该定义并未指明具体下垫深度；另外按照此定义就排除了无“盐化”的地表或下垫土层，而盐积正常干旱土的定义为：“有上界在矿质土表至100 cm 范围内的盐积层、超盐积层或盐磐”，显然相互矛盾，致使在检索时将一些实际为盐成土的土壤划归到干旱土中。

中国土壤系统分类将盐成土排除在干旱土外的主要原因是考虑我国干旱区有两种含盐积层的土壤，一种受地表水影响，不受地下水影响，但进入表土的盐分自上向下移动进行着脱盐过程，剖面构型主要为CaCO3—CaSO4·2H2O—NaCl，CST（2001）分类方案中盐积正常干旱土的设立应该是针对此种类型；另一种受地下水影响，盐分自下向上聚积进行着积盐过程，剖面构型主要为NaCl—CaSO4·2H2O—CaCO3，CST（2001）分类方案中干旱正常盐成土的设立应该是针对此种类型[19]。但CST（2001）未将这两种盐积类型的土壤区别加以体现并厘定清楚，使一些实际为盐成土的土壤在归属时划归到干旱土中。此外盐成土对盐积层的要求是“上界在矿质土表至30 cm 范围内的盐积层”，对盐积层出现位置要求是土表至30 cm，这主要是考虑盐分对植物生长的影响，因为植物根系活动层或耕作层厚度一般大约在30 cm 范围内[27]。综合上述，本文建议用“其他正常干旱土中有上界在30 cm 至100 cm 范围内的盐积层、超盐积层或盐磐。”来定义盐积正常干旱土，将数值定在30 cm，没采用土壤层位关系，因为本文认为这样可以与盐成土的诊断要求（盐积层出现位置要求是土表至30 cm）相衔接，而且也符合土壤系统分类定量化的特点。

此外，正常干旱土亚纲下设钙积正常干旱土、盐积正常干旱土、石膏正常干旱土、黏化正常干旱土、简育正常干旱土这五个土类。盐积正常干旱土下设有石膏盐积正常干旱土，石膏正常干旱土下设有黏化石膏正常干旱土，而钙积正常干旱土下设亚类中却没有可以体现盐积特征的亚类，所以一些剖面（例如剖面2），诊断层有干旱表层、钙积层和盐积层，但土壤类型名称却体现不出盐积特征。因此本文建议在钙积正常干旱土下设立“高盐钙积干旱土”。本着最小限度改动原有诊断体系与框架的原则，将“高盐钙积正常干旱土”的位置暂时设立在G2.1.9。这样会使一些原本具有盐积层的“普通钙积正常干旱土”按建议变为“高盐钙积正常干旱土”，从名称上体现出盐积的特点，在土壤利用时对此类土壤认识更加深刻。

续表

综上，根据供试土壤剖面的土壤特征对现行中国土壤系统分类提出分类建议。修改后的检索方案如下：

修改后的诊断表层：

D 结皮表层类

1. 干旱表层

（2）从地表起，无盐积孔泡结皮层或钠质孔泡结皮层或其下垫的土盐混合层（不满足盐积层条件）。

正常干旱土

土类的检索

G2.2 其他正常干旱土中有上界在 30 cm 至100 cm 范围内的盐积层、超盐积层或盐磐。

盐积正常干旱土

增设相关亚类：

G2.1 钙积正常干旱土亚类的检索

G2.1.9 其他钙积正常干旱土中在 30 cm 至100 cm 范围内有盐积层、超盐积层或盐磐。

高盐钙积正常干旱土

按照CST 建议方案，剖面1～剖面11 的归属如表4 所示，未收集到剖面12～剖面17 的颗粒组成，所以将剖面12～剖面17 划到了亚类一级，剖面12为石膏干旱正常盐成土，剖面13 为钠质盐积正常干旱土，剖面14 为石膏—盐磐干旱正常盐成土，剖面15、16、17 为普通干旱正常盐成土。结果表明剖面1、4、5、9、12、14、15、16、17 在土体30 cm 内含有盐积层，不符合建议方案中干旱表层定义，由干旱土变为盐成土。剖面2 含有干旱表层、钙积层、并且在土体30 cm 以下有盐积层，划为高盐钙积正常干旱土。按照建议方案，可以进一步明确干旱表层的概念，改变将实际为盐成土的土壤划归到干旱土中的现象，尤其是其中“干旱正常盐成土”土类的数量，有利于盐成土的改良和利用。

表4 供试土壤的CST 建议方案Table 4 Proposed revisions of CST for classification of the studied soils

3.3 供试土壤CST 与ST、WRB 参比

针对具有干旱和盐积特征的土壤，WRB、ST、CST 三者在分类系统设立方面，WRB 的一级单元设立了盐土（Solonchaks），未设立干旱土，而是在盐土的限定词中有所体现，例如龟裂（Takyric）、干漠（Yermic）、干旱（Aridic）；ST 的土纲设立了干旱土（Aridisols），未设立盐成土，在干旱土下设有盐积干旱土亚纲（Salids）[28]；新疆农业大学钟骏平教授指出：ST 未划分盐成土土纲的原因，主要是它主要分布在美国干旱与半干旱地区。南京农业大学徐盛荣教授曾咨询过美国土壤分类专家，他们认为盐成土是生理干旱。CST 的土纲既设立了干旱土也设立了盐成土，土类也设立了盐积正常干旱土和干旱正常盐成土。

三者在干旱特征主要诊断标准方面，WRB 以龟裂特性（Takyric Properties）、干漠特性（Yermic Properties）、干旱特性（Aridic Properties）分别来确定盐土的限定词：龟裂（Takyric）、干漠（Yermic）、干旱（Aridic）；ST 以干旱水分状况（Aridic soil moisture regime）来划定干旱土。CST 则以干旱表层划定干旱土。

三者在盐积特征主要诊断标准方面，均设有盐积层。对盐积层的厚度要求均为15 cm。达到盐积层的数值要求有所差别，WRB 要求25 ℃条件下土壤饱和浸提液的电导率≥15 ds·m-1，ST 要求土壤饱和浸提液的电导率≥30 ds·m-1，CST 要求干旱土或干旱地区盐成土中含盐量≥20 g·kg-1，或1∶1 水土比提取液的电导率≥30 ds·m-1。电导率与厚度的乘积要求也有所差别，WRB 要求≥450，ST 要求≥900，CST 要求≥900（含盐量与厚度乘积≥600）。对于盐积层出现深度的要求也有所差别，WRB 要求盐积层的上界在距地表的50 cm 深度内出现可划为盐土（Solonchaks），ST 要求盐积层的上界在距地表的 100 cm 深度内出现即可划为盐积干旱土（Salids），CST 要求盐积层的上界在矿质土表至30 cm 范围内出现划为盐成土[29]。

未收集到剖面12～剖面17 的颗粒组成，以剖面1～剖面11 进行CST、ST、WRB 之间的参比。根据ST（2014）方案，供试土壤的ST 归属如表5所示，其中11 个剖面划为干旱土（Aridisols），7 个亚纲为盐积干旱土（Salids），1 个石膏干旱土（Gypsids），1 个钙积干旱土（Calcids），2 个正常干旱土（Cambids）。因为ST 中盐积干旱土（Salids）检索顺序在钙积干旱土（Calcids）之前，所以剖面1 和2 在ST 中归属为盐积干旱土（Salids）。（剖面1～剖面6 无电导率数据，故此按照以往ST 版本中含盐量大于2%来确定供试土壤的盐性特征[30]。）根据WRB（2014）方案，供试土壤的WRB 归属如表5所示，其中10 个剖面划为盐土（Solonchaks）。剖面6 含有碱化层（Natric horizon）、盐积层（Salic horizon）和钙积层（Calcic horizon），按照WRB 中碱土在盐土之前的检索顺序，划为碱土（Solonetz）。WRB 中对盐积层电导率数值要求比ST 和CST 低，剖面3、6、7、8 在ST 和CST 中未达到盐积层标准，在WRB 中达到了盐积层标准。（剖面1～剖面6 无电导率数据，故此按照与电导率为15 ds·m-1效果近似的含盐量大于1%来确定供试土壤的盐积层。）

表5 供试土壤的参比Table 5 Reference of the studied soils between CST，ST and WRB

4 结论

本文选取17 个新疆典型干旱土和盐成土的土壤剖面进行系统分类研究，确定17 个剖面在CST中的归属，15 个剖面为干旱土，2 个剖面为盐成土。研究过程中发现CST 存在一定矛盾，导致分类时将一些含有盐积层的土壤归到干旱土中，从而使干旱土扩大，盐成土减少，不利于盐成土的改良利用。针对存在的矛盾，本文提出修改干旱表层和盐积正常干旱土的相关定义，并且增设“高盐钙积正常干旱土”亚类。然后按照建议方案，对17 个供试剖面重新进行归属，干旱土的数量由15 个变为6 个，盐成土的数量由2 个变为11 个。剖面2 由普通钙积正常干旱土变为所增设的“高盐钙积正常干旱土”亚类。并用剖面1～剖面11 进行WRB、ST、CST 之间的参比，参比结果显示ST 将11 个剖面划为干旱土（ Aridisols ）。 WRB 将 10 个剖面划为盐土（Solonchaks），1 个剖面划为碱土（Solonetz）。本文仅以新疆地区典型的干旱土和盐成土为例开展了初步研究，下一步应扩大研究区域，纳入甘肃、青海、西藏等其他西北干旱区的干旱土和盐成土，并进行对比分析，以进一步完善我国的土壤系统分类。