南方山地丘陵土壤的黏化作用及黏化層的鑒定問題討論

摘要：國內(nèi)外文獻中有關(guān)土壤黏化作用可分為淀積黏化、殘積黏化和次生黏化等3種，但淋溶土鑒定的診斷層——黏化層的形成只涉及淀積黏化作用和次生黏化作用2種。中國南方山地丘陵地區(qū)土壤脫硅富鐵鋁化明顯、土壤鋁飽和度高、黏粒礦物中有較多的1：1型礦物，多數(shù)情況下難以發(fā)生淀積黏化作用。而次生黏化作用一般發(fā)生在溫帶地區(qū)，其氣候條件主要為半干潤。因此，除一些石灰性母質(zhì)發(fā)育的土壤外，南方山地丘陵地區(qū)一般不具備淋溶土形成的成土環(huán)境。而該區(qū)某些土壤上下層質(zhì)地的差異常常是漫長歷史時期表蝕的結(jié)果，把這類上下質(zhì)地差異的土壤劃歸為淋溶土不符合土壤發(fā)生分類原則。建議在《中國土壤系統(tǒng)分類檢索》的黏化層定義中參照美國土壤分類系統(tǒng)中黏化層的定義，把鹽基飽和（即鹽基飽和度大于50%）作為鑒定黏化層的一個指標，避免在土壤調(diào)查中夸大南方山地丘陵地區(qū)淋溶土的出現(xiàn)范圍，以解決南方山地淋溶土與雛形土鑒定上的不確定性問題。

關(guān)鍵詞：淋溶土;黏化作用;黏化層;南方丘陵山地土壤

中圖分類號：S151;S155文獻標志碼：A論文編號：cjas20191100257

Soil Clayization and Argic Horizon Identification in Mountain and Hilly Areas of Southern China

ZHANG Mingkui

（College of Environmental and Resource Sciences，Zhejiang University，Hangzhou 310058，Zhejiang，China）

Abstract：Soil clayization discussed in the domestic and foreign literatures can be divided into three types：argillification，residual clayization and secondary clayification，but the formation of argic horizon，as a diagnostic horizon identified by luvisols，only involves argillification and secondary clayization. In mountainous and hilly areas of southern China，because of obvious soil desilication and aluminization，high soil Al³⁺saturation，and high proportion of 1：1 type in clay minerals，it is difficult to have argillification in most cases. Secondary clayization generally occurs in the temperate regions with climatic conditions of semi-dry. Therefore，except for some soils derived from calcareous parent materials，there is no soil-forming environment of luvisols in mountainous and hilly areas of southern China. However，the difference of soil texture between surface and lower horizons in those areas is often the result of surface erosion in a long historical period. It is inconsistent with the principle of soil genesis and classification to classify those soils as luvisols. In order to avoid exaggerating distribution of luvisols in hilly and mountainous soils in southern China，and solve the uncertainties in the identification of both luvisols and cambosols，it is suggested that the definition of argic horizon in Keys to Chinese Soil Toxonomy should refer to the definition of argic horizon in USA Soil Taxonomy for taking base saturation （i.e. base saturation greater than 50%）as an index to identify argic horizon.

Keywords：Luvisols;Clayization;Argic Horizon;Hilly and Mountainous Soils in Southern China

0引言

淋溶土是地球表面分布最為廣泛的土壤類型，許多土壤分類系統(tǒng)中都設(shè)有淋溶土綱，如美國土壤系統(tǒng)分類中的淋溶土綱（Alfisols）[1]，F(xiàn)AO分類系統(tǒng)中的高活性淋溶土（Luvisols）、低活性淋溶土（Lixisols）、灰化淋溶士（Podzoluvisols）、黏磐土（Planosols）[2]。不同分類制中淋溶土的定義或鑒定標準不盡相同，但多數(shù)土壤分類制中都以黏化層作為淋溶土的主要鑒定依據(jù)[1-3]。中國地理發(fā)生分類（中國土壤分類系統(tǒng)）、中國土壤系統(tǒng)分類和美國土壤系統(tǒng)分類都把淋溶土作為單獨的土綱[3-4]，但它們的鑒定依據(jù)和土壤分布的范圍存在較大的差異。中國土壤分類系統(tǒng)的淋溶土包括黃棕壤、棕壤、暗棕壤、暗色森林土、白漿土、漂灰土和灰色森林土等土類，分布于大致南起大巴山和長江，北跨山東半島和遼東半島，直達東北地區(qū)的廣大范圍內(nèi)，其氣候包括溫帶、暖溫帶以至北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，分布的地形多為低山丘陵、低平原河谷階地、山間盆地和盆地、山前臺地及部分熔巖臺地，該分類強調(diào)土壤的地帶性[4]。美國土壤系統(tǒng)分類和中國土壤系統(tǒng)分類都把黏化層的存在作為鑒定“淋溶土”必備的條件，但美國土壤系統(tǒng)分類還要求土壤的鹽基飽和度大于等于50%，以區(qū)別于老成土[1];中國土壤系統(tǒng)分類則要求黏粒的表觀陽離子交換量大于等于24 cmol/kg，以區(qū)別于富鐵土[3]。FAO分類中把黏粒的表觀陽離子交換量大于等于24 cmol/kg稱為高活性淋溶土（Luvisols），而把表觀陽離子交換量小于24 cmol/kg稱為低活性淋溶土（Lixisols），但都要求土壤的鹽基飽和度大于等于50%。

美國與中國系統(tǒng)分類對黏化層的定義也有差別。美國土壤系統(tǒng)分類定義的黏化層與淀積黏化作用有關(guān)，而中國土壤系統(tǒng)分類定義的黏化層范圍較廣，既包括淀積黏化作用形成的黏化層，又包括次生黏化作用形成的黏化層。由于淋淀黏化作用形成的黏化層在形態(tài)上特征明顯，在田間鑒定上相對較易把握;而次生黏化作用形成的黏化層的缺少獨特的形態(tài)特征，在田間調(diào)查時主要根據(jù)其與表土層的黏粒含量差異進行鑒定，對引起上下土層間黏粒含量差異的成因考慮較少。傳統(tǒng)概念上，中國的淋溶土主要分布在受季風(fēng)影響寒溫帶、溫帶、暖溫帶[5-7]到北亞熱帶[8-10]和南方高海拔地區(qū)[11-12]。

中國第二次土壤普查調(diào)查表明[13]，淋溶土分布于華東、華北、東北各省市（區(qū)），另外在中南、西南、西北諸省的山地垂直帶中也有少量分布，而南方丘陵地區(qū)分布的主要為鐵鋁土。肖篤寧和謝志霄認為[14]，中國的淋溶土有著以下特征：（1）大多為弱酸性或酸性;（2）主要黏土礦物為水云母與蛭石，有少量蒙脫石和高嶺石;（3）土壤陽離子交換量較高（20～30 cmol/kg）。張俊民[15]認為，中國土壤系統(tǒng)分類制中的淋溶土只是土壤發(fā)生分類制中的淋溶土和半淋溶土中的一部分，這是由于土壤系統(tǒng)分類制中的淋溶土，必須以具有黏化層為前提，故土壤發(fā)生分類制中的淋溶土和半淋溶土2個土綱中的某些土類只有其中具有黏化層者才能劃歸淋溶土綱。但在應(yīng)用中國土壤系統(tǒng)分類檢索調(diào)查南方丘陵山地時，許多土壤因上下層之間黏粒含量的差異都能達到淋溶土的診斷要求「16-19]，對在這一地區(qū)被鑒定為“淋溶土”的土壤是否真正具有黏化層，是否符合當(dāng)?shù)氐某赏镰h(huán)境較少有人關(guān)注。為此，本研究從黏化作用發(fā)生的類型、形成的機理及黏化層形成的條件等方面對這一問題進行探討，以期為準確鑒定淋溶土提供參考。

1黏化作用及其與黏化層的關(guān)系

黏化層是鑒定淋溶土的必備條件，因此要闡明淋溶土的形成必須要從黏化作用的機理著手。一般認為，黏化作用是指土壤中由于黏粒的生成或淋溶、淀積而導(dǎo)致某一土層中黏粒含量增加的作用;該作用既是土壤中普遍存在的，又是某些土壤在特定條件下進一步發(fā)生的一種成土作用。中國對土壤黏化作用的認識深受蘇聯(lián)和美國的影響，具有不同的成因。一般可分為淀積黏化作用、殘積黏化作用和次生黏化作用等3種[20-22]。

淀積黏化作用是被當(dāng)今國際上多個分類系統(tǒng)認為形成黏化層的主要成土過程[21]，其是濕潤氣候區(qū)土壤表層的層狀硅酸鹽黏粒經(jīng)過分散，隨懸浮液向下遷移至土壤剖面一定深度后進行淀積的作用。黏粒的長期淀積遷移可導(dǎo)致剖面一定深度土層中黏粒的明顯積累，最后形成特征明顯的淀積黏化層，此淀積層內(nèi)部或緊接淀積層之下的土壤孔隙內(nèi)壁和結(jié)構(gòu)體表面具有定向排列的黏粒膠膜，且淀積層的細黏粒（粒徑<0.0002 mm）與總黏粒（<0.002 mm）之比明顯大于淋溶層和淀積層以下的土層這也是田間和實驗室鑒定淋溶土的主要依據(jù)。

次生黏化作用最初見于蘇聯(lián)的文獻中，有時也稱為變質(zhì)黏化作用、土內(nèi)黏化作用、土內(nèi)風(fēng)化作用、硅鋁化作用等[20]。其是指在溫帶地區(qū)特定的水熱條件下土壤剖面的一定深度土層中發(fā)生的土內(nèi)風(fēng)化，其結(jié)果是由原生礦物轉(zhuǎn)變?yōu)?：1或2：1：1型次生礦物的黏粒，后者就地長期的聚積可形成次生黏化層。從研究的文獻來看，這類作用主要發(fā)生在黃土和石灰?guī)r母質(zhì)發(fā)育的土壤中，其中的原生礦物主要在中性的條件下進行風(fēng)化的。次生黏化作用一般發(fā)生在半干潤的溫帶氣候區(qū)，其黏化作用并不發(fā)生在表土，而是發(fā)生在水分相對較為充足有利于發(fā)生風(fēng)化的心土層。這類風(fēng)化過程比較緩慢，一般是在土壤脫鈣作用之后發(fā)生。例如，中國新疆地區(qū)的棕漠土和灰漠土中緊接于孔隙結(jié)皮層之下的色調(diào)偏紅的堅實層就是這種作用的產(chǎn)物。

殘積黏化作用的概念也是蘇聯(lián)的土壤學(xué)者提出的，有時也稱為原生黏化作用、正硅鋁化作用、風(fēng)化黏化作用等[20]。其是母巖中的原生礦物遭受風(fēng)化并生成黏粒就地殘積于土體層成為土壤物質(zhì)的組成部分的作用。此類黏化作用實際上是除土狀沉積物（如黃土、沖積物等）發(fā)育土壤外的土壤形成中的普遍現(xiàn)象，可廣泛出現(xiàn)在許多種類的土壤中，就是通常講的風(fēng)化作用，形成的土層就是一般的風(fēng)化B層。由于這種作用在許多土壤中都存在，因此殘積黏化作用形成的土層相對于母質(zhì)而言黏粒有明顯的增加，但一般不會形成上低下高的剖面黏粒垂直分布模式，不能作為用于淋溶土鑒定的黏化層的形成過程。

2黏化層形成的環(huán)境條件

根據(jù)目前國內(nèi)外土壤分類系統(tǒng)對黏化層的定義，該層具有比上覆層明顯高的黏粒含量。在以上殘積黏化作用、次生黏化作用和淀積黏化作用等3種黏化作用中，能夠形成這一類黏化層的是次生黏化作用和淀積黏化作用，它們均可在土壤剖面的一定深度形成黏化層，但二者的成土環(huán)境是有明顯差別的。

次生黏化作用一般發(fā)生在溫帶地區(qū)，其氣候條件主要為半干潤。該地區(qū)土壤剖面表層因缺少足夠的水分，一般不易產(chǎn)生明顯的風(fēng)化，因此土壤礦物風(fēng)化較弱，黏粒含量較低;而在剖面中下部，由于水分相對豐富，其風(fēng)化相對較強，從而導(dǎo)致了剖面中部黏粒的積累明顯高于表土。

淀積黏化作用的特點是表土黏粒的淋失和心土層黏粒的淀積，因此其具有能促使黏粒垂直遷移的基本條件[23]：（1）干濕交替的水分條件：有適量的介質(zhì)水使黏粒由上至下遷移，但水量過少或過多都不利于黏化層的形成。當(dāng)向下流動有水量太少，黏粒向下遷移不明顯;而當(dāng)向下流動的水量過多，黏?？呻S下移的水一起流出土體，因此，這一過程一般不會發(fā)生于干燥或過濕的土壤中。土壤黏化作用的強弱同氣候條件有著密切的關(guān)系。在過濕地區(qū)，由于終年強烈淋洗作用，黏粒常被淋移出土體或下遷至底層，難以在土體內(nèi)形成黏化層。在干旱地區(qū)，雖有一定的殘積黏化作用，但因降水量少，黏粒遷移量小，土壤淋淀黏化作用十分微弱。在溫暖濕潤、干濕交替的條件下，有利于黏土礦物的形成和淀積，黏化過程表現(xiàn)得最為強烈，如棕壤等。（2）表土層中存在可移動的黏粒：一是土壤黏粒礦物主要是帶電量較高的2：1型礦物，高嶺石和氧化鐵較高的土壤黏粒在土壤剖面中的遷移能力較弱，土壤中高氧化鐵可影響土壤硅酸鹽礦物的分散，減弱土壤黏粒的遷移性;二是近中性的土壤環(huán)境，土壤pH過低，土壤溶液中含有較高的交換性鋁，不利于土壤膠體的分散;當(dāng)土壤中含有較多的二價離子鈣或三價鋁離子時，也不利于膠體的分散，因此石灰性和強酸性土壤中這作用不強。

3南方丘陵山地土壤黏粒垂直分異的特點及影響因素

3.1土壤黏化的主要作用

中國南方丘陵山地氣候主要屬于濕潤和常濕潤，氣溫較高，具有較強的礦物風(fēng)化潛力。從以上對各類黏化作用及其發(fā)生條件來看，因這一地區(qū)濕度較大，一般不可能發(fā)生次生黏化作用，而殘積黏化作用可能是這一地區(qū)土壤質(zhì)地黏重的主要原因。殘積黏化作用實際上與這一地區(qū)的脫硅富鐵鋁化作用密切相關(guān)，后者通過脫鹽基本和脫硅導(dǎo)致了土壤原生礦物的分解、最初形成2：1型黏粒礦物，然而進一步轉(zhuǎn)變?yōu)?：1型黏粒礦物和鐵鋁氧化物，土壤黏化（土體變黏）隨脫硅富鐵鋁化逐漸增強。由于脫鹽基、脫硅可導(dǎo)致土壤酸化（含高量交換性H⁺和Al³⁺）和高嶺石等礦物的形成，因此在這類土壤中進一步發(fā)生淋淀黏化作用較弱，即一般不會發(fā)生明顯的黏粒垂直遷移。殘積黏化作用的作用主要從地表開始的，一般是越接近地表風(fēng)化越強，因此正常情況下這一地區(qū)的殘積黏化作用不會導(dǎo)致上低下高的黏粒垂直分布模式。

但在這一地區(qū)的一些由石灰性成土母質(zhì)發(fā)育的土壤中或海拔較高的地區(qū)，因受成土母質(zhì)或氣溫等的影響，土壤風(fēng)化較弱，土壤酸度和高嶺石及氧化鐵含量較低，可在殘積黏化的基礎(chǔ)上發(fā)生黏粒的垂直淋淀作用，形成具明顯黏粒膠膜的淀積黏化層。

3.2土壤表蝕可引起上下層之間質(zhì)地的差異

田間調(diào)查表明，雖然根據(jù)成土環(huán)境推斷這一地區(qū)土壤中發(fā)生的黏化作用主要為殘積黏化作用，是脫硅富鐵鋁化的結(jié)果，但這些土壤普遍存在黏粒上低下高的分布特點。實地觀察表明，無論是植被覆蓋良好的林地還是受人為影響明顯的農(nóng)地，這一地區(qū)普遍存在表蝕現(xiàn)象。表蝕作用在農(nóng)業(yè)用地上表現(xiàn)較為明顯;而在林地上表現(xiàn)相對較弱，在短時間內(nèi)一般不能明顯地發(fā)生，但因這一地區(qū)成土?xí)r間悠久，即使微弱的表蝕也可在長時間內(nèi)導(dǎo)致表土明顯的砂化。而且，這一地區(qū)的許多土壤表蝕砂化往往發(fā)生在歷史時期，目前恢復(fù)良好的植被淹蓋了表蝕特征，但歷史時期的表蝕砂化對上下層土壤質(zhì)地的差異已殘留在土壤中，導(dǎo)致心土層黏粒含量明顯高于表層。據(jù)作者對受人為影響較小的57個南方林地土壤調(diào)查，其黏化率（心土層與表土層黏粒含量的比值）在1.11～1.69之間，普遍存在心土層黏粒含量高于表土，表土砂粒含量明顯高于心土。一些坡度較大但植被覆蓋良好的林地土壤中（即目前無明顯的侵蝕現(xiàn)象），上下層土壤質(zhì)地的差異甚至高于地表穩(wěn)定一般認為易發(fā)生黏粒垂直遷移的平緩地帶。

一般認為，這一區(qū)域的成土?xí)r間多在數(shù)十萬年以上，已經(jīng)歷了漫長的風(fēng)化和成土作用，但絕大部分的這一地區(qū)土壤的土體厚度一般不會超過1 m，與漫長的成土?xí)r間并不相符，一些土體深厚的土壤常常位于坡麓地帶，是長期坡積的結(jié)果，因此，從土體厚度與成土?xí)r間的不協(xié)調(diào)來看，這一地區(qū)土壤的表蝕是普遍存在的。對具有心土層黏粒含量明顯高于表土的土壤剖面顆粒分析表明，這些土壤的心土層的細黏粒（粒徑<0.0002 mm）與總黏粒（<0.002 mm）之比明顯大于淋溶層，但心土層并不具有明顯的膠膜。結(jié)合上文所述這一地區(qū)成土環(huán)境推測，這一地區(qū)土壤質(zhì)地的差異是表土顆粒選擇性侵蝕（即細顆粒優(yōu)先隨地表徑流遷出土體）的結(jié)果，并不是真正意義上的土壤黏化作用的結(jié)果。

4討論與建議

中國土壤系統(tǒng)分類共設(shè)有14個土綱，其中“淋溶土”和“雛形土”是倒數(shù)第3和第2被檢索出的土綱，兩者的區(qū)別是前者“土壤中有上界在礦質(zhì)土表至125 cm 范圍內(nèi)存在黏化層或有達0.5 mm或更厚淀積黏粒膠膜的黏磐”。中國土壤系統(tǒng)分類檢索中黏化層的定義是“黏粒含量明顯高于上覆的表下層”，其質(zhì)地分異有二種情況：一是“可以由表層黏粒分散后隨懸浮液向下遷移并淀積于一定深度中而形成的黏粒淀積層”，即前文所述的淀積黏化作用的結(jié)果;二是“可以是由原土層中原生礦物發(fā)生土內(nèi)風(fēng)化作用就地形成黏粒并聚集而形成的次生黏化層”，即次生黏化作用的結(jié)果。在具體鑒定時，黏粒淋移淀積主要根據(jù)黏化層中定向黏粒膠膜的出現(xiàn)、黏化層與上覆層間總黏粒（<0.002 mm）與細黏粒（<0.0002 mm）的相對差異及黏化層的厚度等加以判別。對于次生黏化形成的黏化層，該檢索主要從以下幾個方面進行鑒定：1）黏粒含量比上覆和下墊土層高，但一般無淀積黏粒膠膜;土體和黏粒部分的硅鋁率或硅鐵鋁率與上覆和下墊土層基本相似;（2）比上覆或下墊土層有較高的彩度，較紅的色調(diào)，而且比較堅實;（3）在均一的土壤其質(zhì)中，與表層相比，其黏?？偤吭黾恿颗c“淀積黏化層”相同;或（4）在薄片中可見較多不同蝕變程度的礦物顆粒和原生礦物的黏粒鑲邊、黏粒假晶、黏粒斑塊等風(fēng)化黏粒體及殘體。其出現(xiàn)深度和厚度因地而異，并分別對具半干濕水分狀況和干旱水分狀況下的土壤中黏化層出現(xiàn)的深度和厚度作了規(guī)定。

從以上定義可知，中國土壤系統(tǒng)分類中用于鑒定“淋溶土”的黏化層既包括淋淀黏化，也包括次生黏化。根據(jù)現(xiàn)代土壤發(fā)生學(xué)理論，土壤灰化過程、淋溶淀積過程和脫硅富鐵鋁化過程是濕潤地區(qū)地帶性土壤成土過程中3個最為重要的成土過程[24]，但三者發(fā)生的環(huán)境是有差異的?；一^程主要發(fā)生在寒溫帶，淋溶淀積過程主要發(fā)生在暖溫帶和北亞熱帶，而脫硅富鐵鋁化過程主要發(fā)生在熱帶和南亞熱帶。因此，國際上普遍認為有淋淀黏化層的淋溶土主要分布在暖溫帶和北亞熱帶地區(qū)[25-26]。中國土壤系統(tǒng)分類的檢索分別對具半干濕水分狀況和干旱水分狀況下的土壤中由次生黏化作用形成的黏化層出現(xiàn)的深度和厚度作了規(guī)定，這似乎暗示只有這2種水分狀況的區(qū)域才可能發(fā)生由次生黏化作用形成的黏化層的淋溶土分布，但定義并沒有明確南方丘陵山地土壤中是否具有此類黏化層。

由于中國土壤系統(tǒng)分類檢索對次生黏化作用發(fā)生的范圍定義不明確及田間鑒定淀積黏化層技術(shù)的困難（常常需要微形態(tài)分析才能最終確認淀積黏化），在實際應(yīng)用時調(diào)查者常常通過不同土層間黏粒含量的比較來確定是否存在次生黏化層，在此基礎(chǔ)上把“淋溶土”與“雛形土”加以區(qū)分。鑒定過程中就可能把廣泛分布于南方山地丘陵地區(qū)的一些上下層質(zhì)地差異明顯的土壤也歸入“淋溶土”中。理論上，南方山地丘陵由于黏粒礦物中含有較高的1：1型礦物和氧化鐵及酸度較高，一般是不可能發(fā)生淋淀黏化，而且表蝕導(dǎo)致的表土層黏粒降低是可以觀察鑒定的，但實際上，南方地區(qū)的許多土壤的表蝕發(fā)生在歷史時期，除非目前表土仍存在明顯的侵蝕現(xiàn)象，否則很難界定土壤是否存在侵蝕及侵蝕程度。因此，在確定這一地區(qū)是“淋溶土”還是“雛形土”，常常難以把握。實際上，在中國土壤系統(tǒng)分類最早確定建立“淋溶土”土綱時，也認為“淋溶土”應(yīng)分布在北亞熱帶以北的地區(qū)，曾提出把土壤溫度小于18.5℃作為“淋溶土”分布區(qū)域的限制條件，提出了淋溶土必須具有冷性、溫性以及溫?zé)嵝裕ㄍ寥罍囟仍?5～18.5℃）[26-27]，以避免把分布于中亞熱帶和熱帶地區(qū)由脫硅富鐵鋁化的強酸性土壤也劃入“淋溶土”的范圍內(nèi)。但后因用土壤溫度18.5℃這一指標來限制具有地帶性的烙印而不用[23]。而美國土壤系統(tǒng)分類的淋溶土由于有鹽基飽和度限制，其一般不會產(chǎn)生上述情況。

為此，建議對《中國土壤系統(tǒng)分類檢索》的黏化層定義中對黏化層出現(xiàn)的環(huán)境特點作一些說明，參照美國等土壤分類系統(tǒng)中黏化層的普遍認可的定義，把鹽基飽和（即鹽基飽和度大于50%）作為鑒定南方地區(qū)黏化層的一個指標，避免在土壤調(diào)查中夸大南方山地丘陵地區(qū)淋溶土的出現(xiàn)范圍及把不具備黏化層形成環(huán)境條件的土壤也納入淋溶土中，以解決南方山地淋溶土與雛形土鑒定上的不確定性問題。

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