新疆草甸土在中国土壤系统分类中的归属研究

郭 梦，吴克宁，2*，郝士横，武红旗

［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．新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830052］

草甸土是由地下水直接参与，在其上发育草甸植被，并产生了一定生物积累的过程的半水成土壤。草甸土的主要成土过程为草甸化过程，包括表层有机质的积累和下层氧化还原过程［1］。由于新疆特殊的水文、生物、气候条件，草甸土会出现盐化过程。根据草甸和盐化过程，草甸土可分为石灰性草甸土和盐化草甸土两个亚类。虽然在我国第二次土壤普查过程中已经确定了草甸土的分类，但是新疆地域辽阔，自然条件复杂，不同的海拔高度、生物、气候和母质等成土因素变化很大，形态特征和理化性质也有差异，如一般南疆草甸土质地比北疆轻，河滩地草甸土质地比扇缘轻，北疆草甸土腐殖质层平均有机质含量比南疆的高，扇缘草甸土平均有机质含量比河滩低阶地的高［1］。因此，新疆不同区域划分的草甸土在形态上有很多差异性。

土壤分类是土壤资源调查的基础，其发展水平在某种程度上也代表着土壤学科的发展水平［2-5］。目前，我国的土壤分类工作处在发生分类和系统分类并存、系统分类迅速发展的关键时期。改革开放以来，对新疆土壤的调查还停留于全疆第二次土壤普查，早期调查方式简陋、时间跨度长以及基层分类不准确等问题，对摸清新疆土壤现状、指导土地利用等方面显得捉襟见肘。目前新疆的土壤分类主要以发生分类为主，需要建立一个更完整、规范的土壤系统分类体系。本文选择了新疆地区10 个典型的草甸土剖面作为研究对象，从不同方面分析比较了草甸土的形态差异，并按照中国土壤系统分类检索［6］，确定其在中国土壤分类系统分类中的归属，以进一步完善我国土壤分类体系。

1 材料与方法

1.1 样点的选取

新疆位于我国西北地区，总面积约为我国陆地面积的六分之一，气候干旱多风，夏季干热，冬季干冷，大地貌为“三山夹两盆”，地质地貌条件复杂，自然资源非常丰富，生物、气候条件和成土母质等多种因素的不同导致该地区多种不同的土壤类型。本研究基于新疆土系实际调查工作，依据《新疆土种志》和《新疆土壤》对于草甸土的描述，结合我国第二次土壤普查结果，再通过土地利用现状图和高程图等图件［7］，考虑到草甸土类型的多样性、代表性以及布点的均匀性，共确定10 个样点，其在第二次土壤普查中均划分为石灰性草甸土和盐化草甸土亚类。按中国土壤系统分类研究的相关要求进行野外调查、剖面观察与描述、分层土样的采集及土壤形态观察，10 个样点的分布及样点基本情况分别见图1 和表1，部分采样点的景观照和剖面照分别见图2 和3。

1.2 样点的分析

根据选取的10 个样点位置，挖掘标准的土壤剖面，以土壤形态学特征为基础进行分层［8］，然后通过《野外土壤描述与采样手册》准确描述土壤剖面和拍摄照片［9］，并分析测试采集的所有土样，分析方法以《中国土壤系统分类实验分析项目及方法规范》《土壤调查实验室分析方法》《土壤农化分析》为依据［10-11］，土壤颗粒组成及质地的测定用Masterize2000 激光粒度仪；有机质含量的测定用重铬酸钾-硫酸消化法；全氮含量的测定用硒粉、硫酸铜、硫酸消化-蒸馏法（半微量凯氏定氮法）［12］；pH 值的测定用电位法；电导率的测定用DDS-307A 电导率仪；碳酸钙相当物含量的测定用气量法；全盐含量的测定用质量法［13］。

表1 供试土壤的基本情况

图2 采样点部分典型景观

图3 部分代表性土壤剖面

2 结果与分析

2.1 供试土壤剖面构型、土层厚度、颜色和质地

选取的10 个剖面土壤颜色大部分较暗，色调变化程度较低，主要是2.5Y，其他剖面色调分别为10YR 和5Y；明度介于3 ～5 之间，其次为6 ～7；彩度介于1 ～3 之间，其次为4 和6，颜色的变化主要与有机质含量有关。大部分剖面的耕作层（Ap）和灌淤耕作层（Aup）发育较为明显，主要呈暗灰或者灰棕色，棱块状或者粒状结构。除剖面5、8 和9 部分土层的质地为砂土外，其余剖面土壤的质地均属于壤土大类（包括黏壤土、砂质壤土、粉壤土和壤土）［14］，表明选取的剖面大部分土壤风化相对较弱。研究的10 个剖面土层厚度变化较大（1 ～140 cm），大部分在80 cm 以下。土体构型有A-AB-By-Bk、Aup-Bkr、Aup-Bk-Bw、A-Bw-C、Ap-Bw-Ah-Bk-Br、Ap-ABr-Br-BCr、Ah-AB-Br、Ap-Br-Bw 和Ap-Bw-Bk。 大 部分草甸土上下层质地较为接近，各剖面之间粉黏比变化范围较大，为0.3 ～58.5。除剖面5 和8 这两个剖面的粉黏比小于1 之外，其它剖面粉黏比均大于1，表明这些剖面所在地区层次风化程度较弱。

2.2 供试土壤有机质含量和全氮含量

从表2 中土壤颜色和有机质含量来看，草甸土表层有机质有一定的积累，但过程不强烈，有机质含量变幅较大，为3.23 ～108.26 g/kg，除剖面4、7 和8 外，其余剖面表层土壤有机质含量均在50 g/kg 以下。有机质含量呈表聚现象［15-16］，并随着土层深度的增加，大部分剖面土壤有机质含量逐渐降低。全氮含量为0.41 ～7.83 g/kg，总体差异性不大。

表2 供试土壤颜色、颗粒组成、有机质含量和全氮含量

续表

2.3 供试土壤剖面pH 和碳酸钙含量

从表3 的结果来看，pH 为6.34 ～9.17，除了剖面7，其他剖面pH 均大于7，呈碱性。碳酸钙含量差异较大，为0.19 ～386.06 g/kg，其中剖面2、4、6、9 和10 碳酸钙含量均大于150 g/kg。

表3 供试土壤pH、电导率、碳酸钙含量、全盐含量和新生体

续表

2.4 供试土壤剖面电导率和全盐含量

土壤电导率可以表征土壤含盐量［17-21］，本研究选择取的10 个剖面的电导率值差异较大，为0.15 ～185.60 dS/m；选取剖面的全盐含量差别也较大，为0.44 ～205.65 g/kg，主要表现为剖面1 全盐含量较高，其余9 个剖面全盐含量均小于8 g/kg。

2.5 供试土壤剖面新生体类型

从表3 中新生体类型看，草甸土土壤中新生体类型主要为石膏、铁锰斑纹和碳酸钙，剖面1、2、3 和5 土壤中新生体类型有石膏，剖面2、3、4、7、8 和9 土壤中新生体类型有铁锰斑纹，剖面4和10 土壤中新生体类型有碳酸钙，剖面6 没有新生体。

2.6 供试土壤剖面诊断层和诊断特性

剖面9 和10 满足土壤厚度大于25 cm，有机碳加权平均值≥6 g/kg，含人为侵入体，故具有肥熟表层。剖面2、3、5、6、7、8 和9 均满足雏形土层厚度≥10 cm，不符合黏化层、灰化淀积层、铁铝层和低活性富铁层等条件，因此具有雏形层。剖面10 位于耕作层之下的土层厚度≥10 cm，且此层0.5 mol/L NaHCO3浸提有效磷明显高于下垫土层，并≥18 mg/kg，因此具有耕作淀积层。剖面1满足部分土层中有易溶性盐聚集，且厚度＞15 cm，1∶1 水土比提取液的电导率≥15 dS/m，电导率（dS/m）与厚度（cm）的乘积≥900 这些条件，因此具有盐积层。剖面1 和2 满足部分土层石膏含量大于50 g/kg，土层厚度≥15 cm，且该土层厚度和石膏含量的乘积大于1500，因此具有石膏层。剖面1 和3 满足碳酸钙相当物含量范围为50 ～150 g/kg，且颗粒大小比壤质更黏，可辨认的次生碳酸钙含量比下垫或上覆土层中高100 g/kg 或更多，但是厚度＜15 cm，因此具有钙积现象。剖面9 满足该土层厚度≥15 cm，未胶结或未硬结成钙磐，碳酸钙相当物为50 ～150 g/kg，细土部分黏粒（＜2 μm）含量＜180 g/kg，颗粒大小为砂质、砂质粗骨、粗壤质或壤质粗骨，而且比下垫或上覆土层至少高50 g/kg，因此具有钙积层。剖面2、4、6 和10 满足碳酸钙相当物含量＞150 g/kg，且比下垫土层至少高50 g/kg，且该土层厚度≥15 cm，未胶结或未硬结成钙磐，因此这5 个剖面均具有钙积层。剖面1和10 在50 cm 深度处土温为5 ～8℃，土壤水分控制层段的全部每年累计有一半天数是干燥的，因此都属于干旱土壤水分状况。剖面2、3、4、5、6、7和9 在50 cm 深度处土温为8 ～10℃，但由于受人为灌溉因素的影响，土壤水分控制层段的某些部分或其全部每年累计180 d 以上是湿润的，因此属于半干润土壤水分状况。剖面8 因位于河流冲积平原扇缘带的低洼处，部分土层被毛管水饱和并呈还原状态，因此属于潮湿土壤水分状况。剖面1、2、3、6、9 和10 年平均土温≥8℃，但＜15℃，因此都属于温性土壤温度状况。剖面4、5、7 和8 年平均土温＞4℃，但＜8℃，因此属于冷性土壤温度状况。剖面2、3、4、7、8 和9 部分土层中有铁锰斑纹，因此具有氧化还原特征。除剖面7 和8 外，其他剖面均具有石灰性（表4）。

2.7 供试土壤在中国系统分类中的研究

2.7.1 高级分类单元的划分

按照《中国土壤系统分类检索》对选取的草甸土剖面进行检索，结果如表5 所示。10 个草甸土剖面归属于盐成土、雏形土和人为土3 个土纲，正常盐成土、干润雏形土、潮湿雏形土和旱耕人为土4 个亚纲，干旱正常盐成土、底锈干润雏形土、简育干润雏形土、淡色潮湿雏形土、肥熟旱耕人为土5 个土类，普通干旱正常盐成土、石灰底锈干润雏形土、普通简育干润雏形土、普通底锈干润雏形土、普通淡色潮湿雏形土、石灰淡色潮湿雏形土和石灰肥熟旱耕人为土7 个亚类。

表5 供试土壤的高级分类检索结果

2.7.2 基层分类单元的划分

2.7.2.1 土族划分 依据土壤控制层段内的颗粒大小级别、矿物组成、石灰性及酸碱性和土壤温度，将10 个草甸土土壤划分为壤质混合型石灰性温性-普通干旱正常盐成土、壤质混合型温性-石灰底锈干润雏形土、壤质混合型冷性-石灰底锈干润雏形土、壤质混合型石灰性冷性-普通简育干润雏形土、壤质混合型石灰性温性-普通简育干润雏形土、黏壤质混合型非酸性冷性-普通底锈干润雏形土、砂质混合型非酸性寒性-普通淡色潮湿雏形土、壤质混合型温性-石灰淡色潮湿雏形土和壤质混合型温性-石灰肥熟旱耕人为土9 个土族（表6）。

2.7.2.2 土系划分 根据中国土壤系统分类关于土系划分的要求，属于不同土族和不同亚类的划分为不同的土系，属于同一土族的根据土层深度及厚度、表层土壤质地和土系控制层段内岩石碎屑、结核及侵入体等进行划分［22-25］。因供试土壤中壤质混合型石灰性温性-普通干旱正常盐成土（剖面1）、壤质混合型冷性-石灰底锈干润雏形土（剖面4）、壤质混合型石灰性冷性-普通简育干润雏形土（剖面5）、壤质混合型石灰性温性-普通简育干润雏形土（剖面6）、黏壤质混合型非酸性冷性-普通底锈干润雏形土（剖面7）、砂质混合型非酸性寒性-普通淡色潮湿雏形土（剖面8）、壤质混合型温性-石灰淡色潮湿雏形土（剖面9）和壤质混合型温性-石灰肥熟旱耕人为土（剖面10）属于不同的土族，故直接以首次发现并记录的地区名称命名，土系名称可划分为：迪坎儿系（剖面1）、茫丁系（剖面4）、福海系（剖面5）、塔城系（剖面6）、阿克阿热勒系（剖面7）、切木尔切克系（剖面8）、察布查尔锡伯系（剖面9）、托格拉格系（剖面10）。供试土壤中剖面2 和3 均属于壤质混合型温性-石灰底锈干润雏形土，属于同一土族，但剖面2 土壤质地通体为粉壤土，0 ～30 cm 范围内出现钙积层，30 ～130 cm 范围内有铁锰斑纹，96 ～115 cm 范围内有铁锰斑纹；剖面2 表层土壤质地为粉壤土，下层为粉质黏壤土，51 ～120 cm 范围内有铁锰斑纹，故划分为：西上湖系（剖面2）、农四连系（剖面3）。

表6 供试土壤土族的鉴别特征

3 讨论

上述分析研究表明，新疆草甸土在剖面特性、理化性质等方面有很大差异性，但是也有共同特性：一是石灰性草甸土土壤草甸化过程基本相似，都有表层有机质积累过程和下层氧化还原过程，但有机质积累过程不强烈；盐化草甸土土壤表层有一定程度的盐分表聚现象。二是土壤风化程度比较低，大部分剖面土壤的质地均属于壤土大类（包括黏壤土、砂质壤土、粉壤土和壤土），而且各剖面之间粉黏比变化范围较大，为0.3 ～58.5，大部分剖面土壤粉黏比大于1，表明这些草甸土剖面所在地区层次风化程度较弱。三是土壤多呈碱性或弱碱性，选取的剖面pH 基本上大于7，大部分剖面碳酸钙含量较高，石灰反应强烈。

本文在探讨草甸土性态差异的基础上，还确定了其在中国土壤系统分类中的归属问题，主要考虑到当前我国土壤发生分类以定性划分土壤，边界定义相对较为模糊，有时很难确定土类的界限，而系统分类则是根据诊断层和诊断特性定量划分土壤类型［26-27］，可以提高土壤分类的准确性。草甸土是开发利用价值大的土壤类型之一，本文以新疆10个草甸土剖面作为研究对象，考虑到土壤类型的多样性将中国土壤系统分类与中国土壤发生分类进行参比，来探究两种分类之间的关系，既提高了新疆土壤分类的准确性，同时对于提高新疆草甸土的利用率、指导新疆农业利用也有着重要意义。

因为系统分类和发生分类两个分类体系的分类依据不同，很难做简单的分类参比，即在进行参比时并不是简单的一一对应关系，如表7 所示，发生分类的半水成土土纲对应着系统分类的盐成土、雏形土和人为土3 个土纲；发生分类的草甸土土类对应着系统分类的干旱正常盐成土、底锈干润雏形土、简育干润雏形土、淡色潮湿雏形土和肥熟旱耕人为土5 个土类；发生分类的石灰性草甸土亚类对应着系统分类的普通干旱正常盐成土、石灰底锈干润雏形土、普通简育干润雏形土、普通底锈干润雏形土、普通淡色潮湿雏形土和石灰淡色潮湿雏形土6 个亚类；发生分类的盐化草甸土亚类对应着系统分类的石灰底锈干润雏形土和石灰肥熟旱耕人为土2 个亚类；而系统分类的石灰底锈干润雏形土亚类对应着发生分类的石灰性草甸土和盐化草甸土亚类。通过分析可知，在两种不同的分类系统中，定量化的中国土壤系统分类可以减少分类过程中的混淆情况，能够更准确地确定不同类型的土壤，从而提高土壤分类的准确性，有助于正确地认识和利用土壤，实现土壤资源的有效管理。

系统分类的土族和土系对应着发生分类的土属和土种，但是划分依据完全不同，发生分类土属的划分依据为母质类型、水文地质状况、侵蚀程度、盐类组成或碱化类型和熟化程度等，土种的划分依据为颜色、质地、结构、土体构型、肥力特征、盐化或碱化程度，以及特殊土层或障碍土层［28］，所以系统分类划分的土族和土系类型与发生分类的土属和土种类型不存在对应的关系，但是均作为土壤基层分类单元，反映不同类型土壤的基本属性。

表7 供试剖面土壤系统分类与发生分类的参比结果

4 结论

（1）通过对供试的10 个草甸土剖面的形态特征、机械组成和化学性质分析，这些剖面在剖面构型、土层厚度、颜色、质地、有机质含量、含氮量、pH、碳酸钙含量、电导率、全盐含量和新生体等方面均有差异，但在草甸化和风化过程方面具有共性。

（2）10 个供试土壤在中国土壤系统分类中归属为3 个土纲、4 个亚纲、5 个土类、7 个亚类，亚类名称分别为：普通干旱正常盐成土、石灰底锈干润雏形土、石灰底锈干润雏形土、石灰底锈干润雏形土、普通简育干润雏形土、普通简育干润雏形土、普通底锈干润雏形土、普通淡色潮湿雏形土、石灰淡色潮湿雏形土和石灰肥熟旱耕人为土。通过将中国土壤系统分类的高级分类单元与土壤发生学分类结果相比，中国土壤系统分类定量化的分类指标使分类结果更能反映出草甸土土壤性状的差异，从而客观反映出土壤发育阶段和发育类型的差异。

（3）根据土族划分标准，10 个草甸土土壤的土壤颗粒大小级别有壤质、黏壤质、砂质3 种类型；土壤矿物组成类型均为混合型；石灰性和酸碱反应为石灰性和非酸性2 种；土壤温度等级有温性、冷性和寒性3 种。通过这些划分指标将选取剖面划分为壤质混合型石灰性温性-普通干旱正常盐成土、壤质混合型温性-石灰底锈干润雏形土、壤质混合型冷性-石灰底锈干润雏形土、壤质混合型石灰性冷性-普通简育干润雏形土、壤质混合型石灰性温性-普通简育干润雏形土、黏壤质混合型非酸性冷性-普通底锈干润雏形土、砂质混合型非酸性寒性-普通淡色潮湿雏形土、壤质混合型温性-石灰淡色潮湿雏形土和壤质混合型温性-石灰肥熟旱耕人为土9 个土族。又根据土系划分标准分为迪坎儿系、西上湖系、农四连系、茫丁系、福海系、塔城系、阿克阿热勒系、切木尔切克系、察布查尔锡伯系、托格拉格系10 个土系。