重慶市黃壤的成土特點(diǎn)與系統(tǒng)分類研究*

翁昊璐，慈 恩，李 松，連茂山，陳 林

（西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715）

土壤是自然地理景觀的鏡子，其性狀能夠反映出土壤形成過程中的自然條件特點(diǎn)，是分析成土過程的重要依據(jù)[1]。土壤分類是土壤信息的載體、土壤科學(xué)發(fā)展水平的反映、農(nóng)業(yè)資源調(diào)查的基礎(chǔ)和指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的依據(jù)，同時(shí)也是國際土壤交流的媒介[2-5]。當(dāng)前土壤分類發(fā)展的趨勢是定量化、標(biāo)準(zhǔn)化，土壤系統(tǒng)分類正逐漸成為世界土壤分類發(fā)展的主流[6，7]。自20 世紀(jì)80 年代以來，我國土壤系統(tǒng)分類研究一直保持著強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，迄今為止，江蘇[8]、河南[9]、湖北[10]、河北[11]等諸多省份已相繼開展了一系列土壤系統(tǒng)分類工作，并建立了相應(yīng)的土系，中、西部地區(qū)的土壤系統(tǒng)分類工作也在開展中[5，12-14]。

黃壤是重慶市境內(nèi)重要的土壤資源[15]，其面積為2.37×106hm2，占土壤總面積的28.78%，主要分布于海拔1 500 m 以下的中、低山和丘陵地帶以及河流沿岸高階地上，其中以海拔400～1 200 m 的分布面積最大，占黃壤總面積的75.22%，是重慶市山區(qū)的重要旱糧和多種經(jīng)濟(jì)作物用地，同時(shí)也是重要的林業(yè)基地，因此，明確重慶市黃壤的成土特點(diǎn)及系統(tǒng)分類歸屬對重慶市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義。目前，關(guān)注黃壤成土特點(diǎn)及其系統(tǒng)分類的研究相對較少[16，17]，特別是對重慶市境內(nèi)黃壤的成土特點(diǎn)和系統(tǒng)分類研究幾乎為零，針對這一現(xiàn)狀，本文選取重慶市境內(nèi)5 個黃壤剖面為研究對象，分析其成土特點(diǎn)，并對其系統(tǒng)分類進(jìn)行檢索，以彌補(bǔ)該領(lǐng)域研究的不足。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

重慶市地處我國西南部，長江上游地區(qū)，地跨105°11′～110°11′E，28°10′～32°13′N 之間的青藏高原與長江中下游平原的過渡地帶，轄區(qū)東西長470 km，南北寬450 km，幅員面積8.24×104km2。全市地勢沿河流、山脈起伏，由南北向長江河谷逐級降低，表現(xiàn)為東南部和東北部高、中部和西部低的特征；西北部和中部以丘陵、低山為主，東南部和東北部多為中山地貌。屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年均氣溫16～18°C，降水豐沛，大部分地區(qū)年降水量1 000～1 350 mm，且多集中在5—9 月份，年均相對濕度70%～80%，年日照時(shí)數(shù)1 000～1 400 h，日照百分率僅為25%～35%。

1.2 土壤樣品采集

以重慶市土壤圖為基礎(chǔ)，結(jié)合地質(zhì)圖、地形圖等，確定5 個代表性黃壤樣點(diǎn)，利用GPS 野外定位，挖掘土壤剖面（圖1），劃分剖面發(fā)生層次，描述土壤剖面的形態(tài)特征，并進(jìn)行石灰反應(yīng)和 pH 的現(xiàn)場速測，按發(fā)生層次自下而上采集土壤樣品，供實(shí)驗(yàn)室分析使用。成土環(huán)境見表 1，各剖面點(diǎn)的海拔在244～1 291 m 范圍內(nèi)，所處坡位不一，土地利用方式為旱地和林地，剖面H01 由寒武系燧石灰?guī)r風(fēng)化發(fā)育而來，剖面H02 和H03 發(fā)育于三疊系須家河組砂巖風(fēng)化物，剖面H04 發(fā)育于侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組紫色砂、泥巖風(fēng)化物，剖面H05 發(fā)育于第四系更新統(tǒng)老沖積物。

表1 供試土壤的成土環(huán)境Table 1 Soil forming environment of the tested soils relative to the profiles

圖1 土壤剖面照片F(xiàn)ig. 1 Pictures of the tested soil profiles

1.3 樣品分析方法

土壤基本理化指標(biāo)的測定依據(jù)《土壤調(diào)查實(shí)驗(yàn)室分析方法》[18]和《土壤農(nóng)化分析》[19]，主要包括：土壤顏色—Munsell 比色卡；pH（水提/鹽提）—電位法（水/氯化鉀溶液︰土=2.5︰1）；全氮（TN）—凱式蒸餾法；有機(jī)碳（SOC）—重鉻酸鉀-硫酸消化法；交換性酸/交換性氫/交換性鋁—氯化鉀交換，氫氧化鈉中和滴定法；交換性鹽基—醋酸銨交換，原子吸收光譜法（Ca、Mg）和火焰光度法（K、Na）；陽離子交換量（CEC）—醋酸銨（pH7.0）交換法；游離鐵（Fed）—DCB 浸提比色法；礦質(zhì)全量—X 射線熒光法；機(jī)械組成—吸管法；燒失水—灼燒減重法。

2 結(jié) 果

2.1 剖面形態(tài)特征

由表2 可知，各供試剖面的層次發(fā)育明顯，均有A、B 層。土壤顏色以黃色、黃棕色為主，色調(diào)為 2.5Y、7.5YR 和 10YR，干態(tài)明度 5～8，干態(tài)彩度 1～8，潤態(tài)明度4～8，潤態(tài)彩度2～8；同一剖面的各層次之間顏色變化不明顯，不同剖面之間顏色差異較大。僅剖面H01 的下部土層有鐵錳斑紋，剖面 H01、H02 和 H03有黏粒膠膜存在。各供試土壤的黏粒含量介于5.84%～51.24%之間，除剖面H01 下層土壤的黏粒含量較高外，其他剖面發(fā)生層土壤的顆粒組成均以粉?；蛏傲橹鳎还┰嚻拭姘l(fā)生層的質(zhì)地類型有壤質(zhì)砂土、砂質(zhì)壤土、粉壤土、壤土、砂質(zhì)黏壤土、粉質(zhì)黏壤土、黏壤土、黏土等8 種；除剖面H04 通體皆為黏壤土外，其他剖面自上而下均存在質(zhì)地變異。

表2 供試土壤的剖面形態(tài)特征和顆粒組成Table 2 Morphological characteristics and particle size composition of the tested soils relative to the profiles

2.2 土壤化學(xué)性質(zhì)

由表3 可知，在各剖面發(fā)生層中，除剖面H05的Bw 層pH 為6.7 外，其余剖面發(fā)生層pH 均小于6.5，其中剖面 H02 和 H04 的各發(fā)生層 pH 均小于5.0，呈強(qiáng)酸性；各供試剖面有機(jī)碳含量的變化范圍為0.87～16.98 g·kg-1，且各剖面有機(jī)碳含量均大體呈現(xiàn)出隨土層深度增加逐級下降的趨勢；供試剖面發(fā)生層的 CEC 變化范圍為 5.89～41.74 cmol·kg-1，最低值出現(xiàn)在剖面 H02 的 C 層，其余剖面發(fā)生層CEC 均大于 8.00 cmol·kg-1；剖面 H02 和 H04 的交換性鋁含量較高，剖面H03 次之，剖面H01 和H05含量較低；剖面H05 和H01 各發(fā)生層鹽基飽和度均大于50%，呈飽和狀態(tài)，剖面H04 僅最底層（Bw4）的鹽基飽和度大于50%，剖面H02 和H03 各發(fā)生層鹽基飽和度均小于50%，呈不飽和狀態(tài)。由圖2 可知，剖面H01 的游離鐵/全鐵值最高，各發(fā)生層均達(dá)到70%以上，其余剖面的游離鐵/全鐵值主要集中在50%～60%之間。

土壤黏粒的硅鋁率和硅鋁鐵率是反映土壤風(fēng)化發(fā)育度的常用指標(biāo)，本文選取各供試剖面受人為擾動較小的表下層段，測定其土壤黏粒的 SiO2、Al2O3、Fe2O3相對含量，并計(jì)算其硅鋁率和硅鋁鐵率，具體見表4。由表4 可知，剖面H02、H03 和H04 的黏粒硅鋁率較低，均小于 3.00，剖面 H01和H05 的黏粒硅鋁率較高，均在3.00 以上，各供試剖面的黏粒硅鋁鐵率和硅鋁率的變化趨勢相同，兩者的高低順序均依次為 H01＞H05＞H04＞H02＞H03。此外，對于剖面H01，其選測層段的黏粒硅、鋁、鐵含量變異不明顯，硅鋁率、硅鋁鐵率在上下層中的數(shù)值相同，剖面H02、H03 和H04 在選測層段中的黏粒硅鋁率和硅鋁鐵率均表現(xiàn)出上層低而下層高的特點(diǎn)。

表3 供試土壤的化學(xué)性質(zhì)Table 3 Chemical characteristics of the tested soils

圖2 供試土壤游離鐵/全鐵的剖面變化Fig. 2 Variation of Fed/FeT in the tested soil profiles

由圖3 可知，供試土壤的燒失水含量在1.17%～11.75%之間，其中，剖面H02 和H05 燒失水含量較高，均在7.5%以上，且各層次之間燒失水的含量差異不大，其余剖面燒失水波動幅度較大，如剖面H04的 Bw3 層燒失水為 2.37%，而 C 層為 11.75%，波動幅度達(dá)到9.37%。

圖3 供試土壤燒失水的剖面變化Fig. 3 Variation of water loss in the tested soil profiles

2.3 供試土壤的系統(tǒng)分類歸屬

依據(jù)中國土壤系統(tǒng)分類的相關(guān)方法和標(biāo)準(zhǔn)[20]，鑒別供試土壤的診斷層和診斷特性，結(jié)果見表 5。從表5 可知，各供試土壤的診斷層和診斷特性主要涉及淡薄表層、雛形層、黏化層等診斷層以及常濕潤和濕潤土壤水分狀況、氧化還原特征、熱性土壤溫度狀況、鐵質(zhì)特征、鋁質(zhì)現(xiàn)象等診斷特性。根據(jù)供試剖面所在區(qū)縣歷年的氣象觀測數(shù)據(jù)，依據(jù)Penman 公式[20]估算土壤水分狀況，其中剖面 H03分布于中山上部，海拔較高，多云霧，年干燥度小于 1，且每月干燥度＜1，為常濕潤土壤水分狀況，其余剖面年干燥度＜1，但每月干燥度并不都小于1，為濕潤土壤水分狀況。此外，各供試剖面均分布于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均土溫 16.3～19.1℃，具有熱性土壤溫度狀況。

根據(jù)供試土壤的診斷層和診斷特性（表5），依照《中國土壤系統(tǒng)分類檢索（第三版）》[20]，對 5個供試剖面進(jìn)行分類檢索，將其分別劃歸為2 個土綱（淋溶土、雛形土）、3 個亞綱（常濕淋溶土、濕潤淋溶土和濕潤雛形土），5 個土類（簡育常濕淋溶土、鐵質(zhì)濕潤淋溶土、鋁質(zhì)濕潤淋溶土、鋁質(zhì)濕潤雛形土和簡育濕潤雛形土）和5 個亞類，在此基礎(chǔ)上，再依據(jù)“中國土壤系統(tǒng)分類土族和土系劃分標(biāo)準(zhǔn)”[21]，確定各供試剖面的土族鑒別特征（表6），劃分為5 個土族，具體見表7。

表4 供試土壤的黏?；瘜W(xué)組成Table 4 Clay chemical composition of tested soils

表5 供試土壤的診斷層和診斷特性Table 5 Diagnostic horizons and characteristics of the tested soils

2.4 供試土壤的分類參比

目前，我國土壤分類依然處于定量化的系統(tǒng)分類與定性的發(fā)生分類并存的階段[3]，系統(tǒng)分類工作也以發(fā)生學(xué)原理為指導(dǎo)，且已有的大量土壤資料多是在土壤發(fā)生分類的基礎(chǔ)上積累起來的[4]，開展土壤發(fā)生分類與系統(tǒng)分類的參比研究對于我國土壤科學(xué)發(fā)展的相互轉(zhuǎn)化具有很大的促進(jìn)作用[5]，故本文也將5 個供試剖面的發(fā)生分類和系統(tǒng)分類歸屬進(jìn)行了參比，具體見表7。

由表 7 可知，在發(fā)生分類中，5 個供試剖面歸屬為 1 個土類、1 個亞類和 4 個土屬，若采用系統(tǒng)分類，則可將其劃分為 5 個土類、5 個亞類和 5 個土族，區(qū)分度明顯高于發(fā)生分類；雖然發(fā)生分類在土屬上也體現(xiàn)了一定的區(qū)分度。但與系統(tǒng)分類的土族之間也并不是一一對應(yīng)的關(guān)系?？偟膩砜矗到y(tǒng)分類使供試黃壤的分類更加細(xì)化，提高了其分類的準(zhǔn)確性。表8 為供試剖面在中國土壤系統(tǒng)分類（CST）和世界土壤資源參比基礎(chǔ)（WRB）[22]中的分類參比。由表8 可知，若采用WRB，5 個供試剖面可劃歸為3 個一級單元（高活性淋溶土、高活性強(qiáng)酸土和雛形土）和5 個二級單元，表內(nèi)列出的 WRB 二級單元僅使用了主要限定詞（Principal qualifiers）；供試剖面的淋溶土土綱（CST）與高活性淋溶土和高活性強(qiáng)酸土2 個WRB 一級單元相對應(yīng)，其CST 的雛形土土綱則與WRB 一級單元雛形土相對應(yīng)；此外，供試剖面的CST 土類與WRB 二級單元呈一一對應(yīng)的關(guān)系。

表6 供試土壤的土族鑒別特征Table 6 Identifying characteristics of soil family for the tested soils

表7 供試土壤的系統(tǒng)分類及其與發(fā)生分類的參比Table 7 Classification of the tested soils in CST and reference of the tested soils between Chinese Soil Genetic Classification（CSGC）and Chinese Soil Taxonomy（CST）

表8 供試土壤在中國土壤系統(tǒng)分類與世界土壤資源參比基礎(chǔ)中的分類參比Table 8 Reference of the tested soils between Chinese Soil Taxonomy（CST）and World Reference Base for Soil Resources（WRB）

3 討 論

3.1 重慶市黃壤的成土特點(diǎn)

有學(xué)者認(rèn)為黃壤是在“水化-脫硅富鋁化”風(fēng)化物的基礎(chǔ)上發(fā)育的，也有學(xué)者認(rèn)為黃壤是紅壤發(fā)育的早期階段，無論是黃壤或水化紅壤，發(fā)生原因均歸因于氧化鐵的水化[23，24]。前人的研究表明，黃壤的分布范圍較廣[25-27]，西南地區(qū)由于山地高原特殊的生物—?dú)夂驐l件與地貌條件，黃壤分布的下限變化較大。本文調(diào)查顯示，重慶市境內(nèi)海拔244 m 處即開始有黃壤分布，供試黃壤樣點(diǎn)的最高海拔達(dá)到1 291 m，這表明重慶市黃壤的垂直分布帶幅較寬，海拔上限可達(dá)1 300 m 左右，下限在250 m 左右；第四系更新統(tǒng)老沖積物和須家河組砂巖均可在＜400 m 海拔處形成黃壤，相比而言，須家河組砂巖發(fā)育的黃壤分布海拔變幅最大。

土壤黏粒硅鋁率和硅鋁鐵率可反映土壤的脫硅富鋁化程度，各供試剖面的黏粒硅鋁率和硅鋁鐵率高低順序均依次為 H01＞H05＞H04＞H02＞H03，表明石灰?guī)r母質(zhì)發(fā)育的黃壤（H01）脫硅富鋁化程度最低，其次是更新統(tǒng)老沖積物發(fā)育的黃壤（H05），而須家河組砂巖發(fā)育的黃壤（H02、H03）脫硅富鋁化程度則相對較高；同典型黃壤的黏粒硅鋁率（2.00～2.50）[28]相比，須家河組砂巖發(fā)育的黃壤黏粒硅鋁率與之最為相近，而蓬萊鎮(zhèn)組砂、泥巖發(fā)育的黃壤（H04）黏粒硅鋁率則要稍高于典型黃壤，表明須家河組砂巖發(fā)育的黃壤是重慶市境內(nèi)一類較為典型的黃壤。此外，剖面H01 中上下層的黏粒硅鋁率、硅鋁鐵率均相同，且上下層中SiO2、Al2O3和Fe2O3的相對含量變化不大（表 4），表明上下層土壤的風(fēng)化發(fā)育度基本一致，而剖面 H02、H03 和 H04中黏粒硅鋁率、硅鋁鐵率則出現(xiàn)上層低于下層的現(xiàn)象，這可能是上層的風(fēng)化發(fā)育度高于下層所致。

土壤 pH 是反映其母質(zhì)屬性、風(fēng)化淋溶狀況的重要指標(biāo)，供試土壤 pH 與其黏粒硅鋁率的相關(guān)性分析顯示，兩者呈顯著相關(guān)（r=0.71，P＜0.05），表明土壤 pH 高低會影響黃壤的發(fā)育過程。剖面 H01由石灰?guī)r風(fēng)化發(fā)育而成，母質(zhì)呈石灰性，在脫硅富鋁化之前，要經(jīng)歷脫鈣過程，故脫硅富鋁化程度較低；剖面H05 的成土母質(zhì)源于較新地層，發(fā)育時(shí)間短，脫硅富鋁化程度雖高于剖面 H01，但明顯低于其他剖面；剖面H04 發(fā)育于蓬萊鎮(zhèn)組砂、泥巖風(fēng)化物，成土母質(zhì)雖也含一定鈣質(zhì)，但含量不及石灰?guī)r風(fēng)化物，加之所處海拔較高，淋溶作用強(qiáng)，鹽基易淋失，使土壤呈酸性，導(dǎo)致其脫硅富鋁化程度要高于剖面H01 和H05，這也表明海拔對重慶市境內(nèi)含鈣母質(zhì)形成黃壤的過程有影響；剖面H02 和H03 均由須家河組砂巖風(fēng)化發(fā)育而成，母質(zhì)呈酸性，無需經(jīng)歷脫鈣過程，使得其脫硅富鋁化程度較深。

將供試黃壤與貴州典型黃壤[26，29]對比可知，供試黃壤的鹽基飽和度較高，大部分可達(dá)到 40%～60%，而貴州典型黃壤的鹽基飽和度則多小于20%，表明供試黃壤的鹽基淋溶強(qiáng)度不及貴州典型黃壤，這可能與貴州黃壤受高原氣候影響，多為常濕潤土壤水分狀況有關(guān)；貴州典型黃壤的鐵游離度為60%～80%，離鐵作用強(qiáng)，而在供試黃壤中，除剖面 H01 的鐵游離度高于 70%外，其余剖面的鐵游離度均集中在50%～60%之間，要稍低于貴州典型黃壤；此外，供試黃壤的燒失水僅為 1.17%～11.75%，含量較低，通常典型黃壤的燒失水能達(dá)到9%～15%，這可能與貴州典型黃壤分布區(qū)的氣候更加濕冷有關(guān)。

3.2 重慶市黃壤的系統(tǒng)分類及其與發(fā)生分類和WRB 的參比

在系統(tǒng)分類歸屬上，供試黃壤分別歸為淋溶土和雛形土2 個土綱、3 個亞綱、5 個土類和5 個亞類。各供試剖面中，僅剖面H01 有鐵錳斑紋，這可能與其下部土層黏粒含量較高有關(guān)，加之所處位置靠近諸佛江，降水豐沛，使得透水性較差的黏化層易出現(xiàn)間歇性水分飽和，進(jìn)而有鐵錳斑紋形成，故被歸為鐵質(zhì)濕潤淋溶土的斑紋亞類。剖面 H02、H03 和H04 均具有鋁質(zhì)現(xiàn)象，這與黃壤的 pH 低、交換性鋁含量高等特征[26]相符；此外，剖面 H02 和 H04分布于低山坡地，所處區(qū)域多云霧，土壤水分狀況為偏向常濕潤的濕潤土壤水分狀況，故分別被歸為鋁質(zhì)濕潤淋溶土和鋁質(zhì)濕潤雛形土的黃色亞類。

由供試土壤的系統(tǒng)分類和發(fā)生分類參比可知，相較于發(fā)生分類，中國土壤系統(tǒng)分類（CST）具有更高的區(qū)分度，本文僅選取了發(fā)生分類的1 個土類（黃壤）作為供試土壤，但供試的5 個代表性黃壤剖面在系統(tǒng)分類中則分屬于5 個土類，并將發(fā)育典型的黃壤歸為CST 淋溶土綱的鋁質(zhì)土類或亞類，這充分表明相較于發(fā)生分類，CST 分類體系對供試土壤的類型區(qū)分更加細(xì)化、準(zhǔn)確。由供試土壤的CST 與WRB 分類參比可知，被歸為淋溶土土綱（CST）的黃壤可分屬高活性淋溶土（Luvisols）和高活性強(qiáng)酸土（Alisols）2 個WRB 一級單元，被歸為雛形土土綱（CST）的黃壤則同樣也被歸為WRB 的雛形土一級單元，這與龔子同等[30]的參比結(jié)果類似；此外，供試土壤在CST 中的土類歸屬和在WRB 中僅用主要限定詞修飾的二級單元?dú)w屬呈一一對應(yīng)關(guān)系，個別CST 土類的詞首和WRB 二級單元的主要限定詞相似，表明兩種分類之間有較好的對應(yīng)性，但由于CST 和 WRB 的分類原則和側(cè)重點(diǎn)有所不同，故也存在部分用于供試土壤CST 亞綱或土類區(qū)分的診斷特性并未在 WRB 二級單元區(qū)分中體現(xiàn)，有些指標(biāo)可能會體現(xiàn)在一級單元區(qū)分中。

4 結(jié) 論

在重慶市境內(nèi)，須家河組砂巖母質(zhì)發(fā)育的黃壤脫硅富鋁化最為明顯，蓬萊鎮(zhèn)組紫色砂、泥巖母質(zhì)發(fā)育的黃壤次之，石灰?guī)r母質(zhì)和更新統(tǒng)老沖積物發(fā)育的黃壤脫硅富鋁化程度則相對較低；相比而言，須家河組砂巖母質(zhì)發(fā)育的黃壤較為典型。5 個供試黃壤剖面在中國土壤系統(tǒng)分類（CST）中分別被歸為2 個土綱（淋溶土和雛形土）、3 個亞綱、5 個土類、5 個亞類和5 個土族，其CST 歸屬與發(fā)生分類歸屬之間不是一一對應(yīng)關(guān)系，相較于發(fā)生分類，CST 對供試黃壤具有更高的區(qū)分度，分類更加細(xì)化、準(zhǔn)確；被中國土壤系統(tǒng)分類（CST）歸為淋溶土的供試黃壤分屬活性淋溶土和高活性強(qiáng)酸土 2個世界土壤資源參比基礎(chǔ)（WRB）一級單元，而被CST 歸為雛形土的供試黃壤則同樣也被WRB 歸為雛形土（一級單元）。