引用本文
连茂山, 慈恩, 唐江, 胡瑾, 魏朝富. 渝东北中山区典型土壤的系统分类[J]. 浙江农业学报, 2018,30(10): 1729-1738.
LIAN Maoshan, CI En, TANG Jiang, HU Jin, WEI Chaofu. Soil taxonomy of typical soils in middle-mountain area of northeastern Chongqing[J]. ACTA AGRICULTURAE ZHEJIANGENSIS, 2018,30(10): 1729-1738.  
doi: 10.3969/j.issn.1004-1524.2018.10.17
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渝东北中山区典型土壤的系统分类
连茂山1, 慈恩1,2,*, 唐江1, 胡瑾1, 魏朝富1,2
1.西南大学 资源环境学院,重庆 400715
2.农业农村部西南耕地保育重点实验室,重庆 400715
*通信作者,慈恩,E-mail:cien777@163.com

作者简介:连茂山(1990—),男,河南新乡人,硕士研究生,主要从事土壤地理学研究。E-mail:1105740192@qq.com

收稿日期: 2017-12-04
基金资助: 国家科技基础性工作专项(2014FY110200); 中央高校基本科研业务费专项(XDJK2017B027); 西南大学科技创新“光炯”培育项目(2016001)
摘要

以渝东北中山区(海拔>800 m)为研究区域,选取该区域8个典型土壤样点,通过剖面挖掘、野外观测和分层样品分析等方法,明确供试剖面的形态特征和理化性质,检索出上述典型土壤的诊断层与诊断特性,探讨其在中国土壤系统分类(CST)中的归属,并与发生分类进行参比。结果表明,在8个供试土壤剖面中,除旱地外,林地及牧草地土壤具有淡薄表层,在坡度较小和土壤侵蚀较弱的情况下土壤大都可以形成黏化层,碳酸盐岩风化物发育的土壤均符合碳酸盐岩岩性特征,海拔800 m以上土壤符合常湿润土壤水分状况。8个供试土壤剖面分别被划归3个土纲(淋溶土、雏形土、新成土),3个亚纲(常湿淋溶土、常湿雏形土、正常新成土),3个土类(钙质常湿淋溶土、钙质常湿雏形土、湿润正常新成土),5个亚类(腐殖钙质常湿淋溶土、普通钙质常湿淋溶土、腐殖钙质常湿雏形土、普通钙质常湿雏形土、石质湿润正常新成土),其中,被划归为淋溶土土纲的剖面数量最多(共4个剖面),说明该区域土壤淋溶作用明显。黄棕壤、棕壤、黄色石灰土和黑色石灰土亚类均参比到了CST的钙质常湿淋溶土土类,黄棕壤性土和山地灌丛草甸土亚类均参比到了CST的钙质常湿雏形土土类,棕壤性土亚类参比到了CST的湿润正常新成土土类。按照土族和土系的划分标准,8个供试土壤剖面建立了8个土族,划分出8个土系。

关键词: 重庆市; 中山区; 土壤系统分类; 诊断层; 诊断特性
中图分类号:S155.3 文献标志码:A 文章编号:1004-1524(2018)10-1729-10
Soil taxonomy of typical soils in middle-mountain area of northeastern Chongqing
LIAN Maoshan1, CI En1,2,*, TANG Jiang1, HU Jin1, WEI Chaofu1,2
1. College of Resources and Environment, Southwest University, Chongqing 400715, China
2. Key Laboratory of Arable Land Conservation (Southwest China), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Chongqing 400715, China
Abstract

The middle-mountain area of northeastern Chongqing was selected as the study area, and 8 typical soil profiles were collected in the area. The morphological characters, physical and chemical properties of the profiles were obtained by observing soil profile in the field, sampling and analyzing soil sample in each horizon for all the test soil profiles. The attribution of the typical soils in higher taxa of Chinese Soil Taxonomy (CST) was discussed, and the references with Genetic Soil Classification of China (GSCC) were established. The results showed that forest and pasture soils had Ochric epipedon in the 8 soil profiles. When the slope was small and the soil erosion was weak, the Argic horizon could be formed in most of the test soils. The soils developed by carbonate weathering material accorded with the lithologic characters of carbonate rocks. The soils above 800 m were in accord with Perudic moisture regime. Eight typical soil profiles were sorted into three orders (Argosols, Cambosols, Primosols), three suborders (Perudic Argosols, Perudic Cambosols, Orthic Primosols), three groups (Calci-Perudic Argosols, Calci-Perudic Cambosols, Udi-Orthic Primosols), and five subgroups (Humic Calci-Perudic Argosols, Typic Calci-Perudic Argosols, Humic Calci-Perudic Cambosols, Typic Calci-Perudic Cambosols, Lithic Udi-Orthic Primosols). The number of Argosols profiles was the highest (four profiles), indicating that soil leaching was obvious in this area. The yellow brown earth, brown earth, terra gialla soil and black limestone soil subgroups in GSCC were all sorted into Calci-Perudic Argosols in CST. The yellow brown earthened soil and mountain shrubby-meadow soil subgroups in GSCC were sorted into Calci-Perudic Cambosols in CST, and the brown earthened soil subgroups in GSCC was sorted into Udi-Orthic Primosols in CST. According to the criteria of soil family and soil series in CST, eight test soil profiles were sorted into 8 soil families and 8 soil series.

Keyword: Chongqing Municipality; middle-mountain area; soil taxonomy; diagnostic horizons; diagnostic characteristics

土壤分类和调查是认识土壤的基础, 也是进行土地评价、土地利用规划和因地制宜推广农业技术的依据。随着土壤科学的发展, 土壤分类也在不断前进, 定量化、标准化的诊断分类已成为目前国际土壤分类的主流[1]。该种土壤分类方法解决了发生分类土类与土类之间边界不清楚的问题, 适应了现代信息社会的发展要求。我国土壤分类研究至今仍处于发生分类占主导、系统分类快速发展的阶段, 自1995年《中国土壤系统分类(修订方案)》发表至今, 各地的土壤科研工作者对区域性土壤系统分类已经做了较多研究, 华东[2, 3, 4]、华北[5]、华中[6, 7, 8]、西南[9, 10]和西北[11, 12]等地的土壤系统分类已经取得了一些进展, 部分地区已形成系统性的研究成果, 然而重庆地区的土壤系统分类基本仍处于停滞状态, 目前只有一篇相关论文可供参考[13]。

重庆市中山地貌主要分布在东北部分区域, 该区域海拔较高, 地形起伏度大, 土壤垂直分异明显, 林地资源丰富, 耕地资源宝贵。近年来, 在全国范围内, 虽有关学者针对地带性土壤[10, 14]和山地土壤[4, 15, 16]做了系统分类研究, 但重庆市这方面的研究依旧处于空白阶段。为此, 本研究主要依托国家科技基础性工作专项(2014FY110200), 选取渝东北中山区8个典型土壤剖面为研究对象, 研究其成土环境、剖面形态特征及理化性质, 依据现行中国土壤系统分类的原则和方法, 确定其在中国土壤系统分类中的归属, 并与发生分类的高级分类单元进行参比, 旨在推动和完善重庆市土壤系统分类工作, 为区域土壤资源的合理利用与评价提供科学依据, 也为进一步完善中国土壤系统分类提供数据参考。

1 材料与方法
1.1 研究区概况

重庆市简称渝, 位于我国西南地区, 属我国陆地地势第二级阶梯, 总体地势是西部和中部低, 东北部、东南部高, 由南、北两侧向长江河谷逐级降低, 地貌类型多样, 以山地和丘陵为主, 素有“ 山城” 之称, 山地面积占76%。研究区域位于重庆市东北部, 地理坐标31° 20'— 32° 0'N、180° 49'— 109° 30'E, 中山地貌约占该区域总面积的89.9%, 最高海拔2 797 m。土地利用方式以林地为主, 林业用地面积约占90%以上。气候湿润, 降雨充沛, 属亚热带季风气候, 年均降水量1 400 mm, 高海拔地区年降水量可达2 000 mm, 年均气温13.5~18.0 ℃, 其中, 城口县由于整体海拔较高, 年均温较低(13.7 ℃)。年日照时数1 300~1 600 h, 中山区多年平均日照时数1 560 h, 海拔2 000 m以上山区多年平均日照时数较少(1 378 h)。地形主要为波状起伏的山地, 地层年代久远, 多为三叠系之前地层, 地质结构为大巴山构造溶蚀层状中山区。由于该区域垂直落差大、植被多样, 土壤垂直分异明显。

1.2 研究方法

参照重庆市土壤普查办公室编写的《重庆土壤》和四川省土壤普查办公室编写的《四川土种志》中对该区域土壤剖面的描述与记录, 收集该区域土壤分布、地质、地形、气候、行政区划和交通等背景资料, 从海拔800~2 500 m选取8个具有代表性的土壤样点。参照《野外土壤描述与采样手册》[17](以下简称手册)在相应的样点位置挖掘标准土壤剖面, 观察剖面形态特征, 划分土壤层次, 采集各层土壤样品。土壤样品取回后放于室内, 自然风干后研磨, 参照文献[18], 主要测定指标及方法简述如下:pH, 水浸提法; 容重, 环刀法; 土壤有机碳(SOC), 重铬酸钾-硫酸消化法; 颗粒组成, 吸管法; 碳酸钙, 气量法; 有效磷(P), 0.5 mol· L-1 NaHCO3浸提法; 阳离子交换量(CEC7), NH4OAc(pH 7.0)交换法; 游离氧化铁, DCB(连二亚硫酸钠-枸橼酸钠-碳酸氢钠)浸提比色法; 黏土矿物组成, X射线衍射法; 土壤颜色, 孟塞尔(Munsell)比色法。

2 结果与分析
2.1 成土环境

由表1可见, 供试剖面点的海拔范围为861~2 445 m, 位于中缓坡、中坡和陡坡之上, 成土母质为石灰岩、白云岩和板岩等风化坡积物、残积物和残坡积物。土地利用方式有旱地、林地和牧草地, 旱地主要种植玉米、红薯和蔬菜, 林地主要植被有华山松(Pinus armandii Franch.)、马尾松(Pinus massoniana Lamb.), 以及灌木和蕨类等, 牧草地主要植被有早熟禾(Poa annua L.)、羊胡子草(Carex rigescens)、鸭茅(Dactylis glomerata L.)等。土壤外排水均以羽状或树枝状样式流失, 土壤内部排水良好且很少饱和。根据重庆市各区县气象站点的观测数据, 运用彭曼(Penman)经验公式[19]估算可知, 境内各区县气象站点的年干燥度均小于1, 海拔800 m以上气象站点的每月干燥度也均小于1。

表1 供试土壤的成土环境 Table 1 Soil-forming environment of test soils
2.2 土壤剖面形态及理化性质

2.2.1 土壤剖面形态

由表2可知, 8个土壤剖面有效土层厚度均大于50 cm, 土壤发育较深厚。土壤颜色是反映土壤性质最直观的指标之一, 8个土壤剖面的色调介于7.5YR~2.5Y, 干态明度介于5~7, 彩度介于1~4, 润态明度介于4~7, 彩度介于1~4, 大部分剖面层次间明度变化不大。黏粒胶膜是判断黏化层的重要标准, 剖面NE01在50~75 cm有中量黏粒胶膜, 剖面NE02在22~60 cm有少量黏粒胶膜, 剖面NE04在30~70 cm有少量黏粒胶膜, 剖面NE06在70~140 cm有中量黏粒胶膜。剖面NE01在50~138 cm深度范围内有轻度石灰反应, 剖面NE02在0~40 cm范围有中度石灰反应, 40~100 cm范围内有轻度石灰反应, 剖面NE05在0~16 cm范围内有轻度石灰反应。除剖面NE07以外, 其余所有剖面在0~125 cm深度范围内均有碳酸盐岩岩屑。

表2 供试土壤的剖面特征 Table 2 Features of 8 soil profiles

2.2.2 土壤物理性质

由表3可见, 8个剖面土层容重介于0.71~1.60 g· cm-3, 表层土壤容重范围为0.71~1.40 g· cm-3, 底层容重范围为1.09~1.60 g· cm-3。其中:剖面NE07各土层容重较小, 表层为0.71 g· cm-3, 底层为1.17 g· cm-3; 剖面NE01各土层容重较大, 表层为1.40 g· cm-3, 底层为1.57 g· cm-3。8个剖面的土壤容重整体随剖面加深呈增大趋势。土壤质地以粉质黏壤土、粉壤土和壤土为主, 8个剖面除NE05(95~135 cm)和NE07(44~84 cm)之外, 各层次的黏粒含量均在15%以上, 其中, 剖面NE01、NE02黏粒含量较高, 均在300 g· kg-1以上, 剖面NE01(50~75 cm)、NE02(40~72 cm)、NE04(28~69 cm)和NE06(70~103 cm)土层的黏化率[B/E(A)]均大于1.20。8个剖面除NE01(50~75 cm)外, 各土层的粉黏比均大于1, 表明样点所处区域土壤的风化程度不高。

表3 供试土壤的物理性质 Table 3 Physical properties of test soils

2.2.3 土壤化学性质

由表4可见, 剖面之间土壤有机碳含量介于2.99~43.42 g· kg-1, 所有剖面表层土壤有机碳含量较高, 从表层向下呈减少趋势。剖面NE07各层次土壤有机碳含量均较高。8个剖面的pH(H2O)在5.2~8.1, 其中, 剖面NE01、NE02、 NE03、NE05和NE06的pH在6.5~8.1, 剖面整体呈中性至弱碱性反应, 剖面NE04、NE07和NE08所处海拔均较高(> 1 500 m), 土体淋溶现象明显, 土壤呈酸性反应。剖面之间黏粒CEC7存在一定差异, 介于42.5~169.8 cmol(+)· kg-1。剖面之间碳酸盐含量存在较大差异, 含量在4.00~96.24 g· kg-1, 剖面NE02有较强石灰反应, 其碳酸盐含量最高, 其他剖面的碳酸盐含量均较低。石灰性土壤通常认为盐基是饱和的(≥ 50%), 因此仅测定了pH< 6.5的土层, 土壤盐基饱和度均在50%以上, 处于盐基饱和状态, 交换性盐基以钙、镁为主, 交换性钾、钠含量低。各土层中游离氧化铁含量为15.21~33.69 g· kg-1, 剖面NE07交换性铝含量较高, 各土层含量均大于12 cmol(+)· kg-1黏粒。

表4 供试土壤的化学性质 Table 4 Chemical properties of test soils
2.3 土壤的诊断层和诊断特性

由表5可知, 8个供试剖面主要涉及淡薄表层、雏形层、黏化层3个诊断层, 以及碳酸盐岩岩性特征、石质接触面、土壤水分状况、土壤温度状况、腐殖质特性、石灰性、铝质现象等7个诊断特性。(1)淡薄表层:NE04、NE05、NE06、NE07和NE08的表层有一定腐殖质积累作用, 符合淡薄表层检索条件。(2)雏形层:NE01、NE03、NE04、NE05和NE08符合雏形层鉴定标准。(3)黏化层:根据野外黏粒胶膜观察和黏化率计算, 确定NE01、NE02、NE04和NE06具有黏化层。(4)碳酸盐岩岩性特征:样点区域的成土母质以碳酸盐岩为主, 除NE07发育母质为层状板岩外, 其余7个剖面发育母质均为碳酸盐岩, 且剖面中都有一定量的碳酸盐岩岩屑, 符合碳酸盐岩岩性特征。(5)石质接触面:NE02在100 cm之下为整块碳酸盐, NE07在84 cm以下为连续板岩, 均为石质接触面。(6)土壤水分状况:根据重庆市各气象站点的干燥度计算结果, 8个土壤剖面均符合常湿润土壤水分状况。(7)土壤温度状况:依据《手册》推荐的相关方法对各样点土温进行估算, 结果表明, 各样点除NE02和NE01的年均土温介于16~23 ℃, 符合热性土壤温度状况外, 其余6个剖面年均土温均介于9~16 ℃, 符合温性土壤温度状况的诊断标准。(8)腐殖质特性:NE04和NE05表层具有腐殖质的生物积累, 在B层有自A层落下的含腐殖质土体, 且表土至100 cm深度范围内有机碳总储量分别为13.23、13.87 kg· m-2, 符合腐殖质特性。(9)石灰性:该区域土壤大都为石灰岩母质, 但淋溶作用强烈, 只有NE02符合石灰性。(10)铝质现象:NE07各层黏粒CEC7均大于24 cmol(+)· kg-1, 且各层土壤的pH很低, 而交换性铝含量较高, 符合铝质现象。

表5 供试土壤的诊断层和诊断特性 Table 5 Diagnostic horizons and diagnostic characteristics of test soil profiles
2.4 土壤高级单元分类与参比

根据供试剖面的诊断层和诊断特性, 依照《中国土壤系统分类检索(第3版)》[19], 逐级检索、确定供试剖面的系统分类高级单元, 并与发生学分类作参比(表6)。8个供试剖面分别归属为3个土纲, 3个亚纲, 3个土类和5个亚类。发生分类(Genetic Soil Classification of China, GSCC)与系统分类(Chinese Soil Taxonomy, CST)的参比大体如下:石灰(岩)土土类(含黄色石灰土亚类和黑色石灰土亚类)对应普通钙质湿润淋溶土亚类, 棕壤亚类对应普通钙质常湿淋溶土亚类, 黄棕壤亚类对应腐殖钙质常湿淋溶土亚类, 山地灌丛草甸土亚类对应普通钙质常湿雏形土亚类, 黄棕壤性土亚类对应腐殖钙质常湿雏形土和普通钙质常湿雏形土亚类, 棕壤性土亚类对应石质湿润正常新成土亚类。

表6 供试土壤的类型划分与参比 Table 6 Classification and reference of test soils
2.5 基层分类单元划分

土族是土壤系统分类的基层分类单元, 是亚类的续分, 主要反映与土壤利用管理有关的土壤理化性质的分异。根据《中国土壤系统分类土族和土系划分标准》[20], 8个供试土壤可被划分为8个土族, 表7为土族控制层段的鉴别特征。其中, NE01为黏质伊利石型非酸性热性-普通钙质常湿淋溶土, NE02为黏质伊利石型石灰性热性-普通钙质常湿淋溶土, NE03为粗骨壤质硅质混合型非酸性温性-普通钙质常湿雏形土, NE04为黏壤质硅质混合型非酸性温性-腐殖钙质常湿淋溶土, NE05为壤质硅质混合型非酸性温性-腐殖钙质常湿雏形土, NE06为黏质伊利石混合型非酸性温性-普通钙质常湿淋溶土, NE07为粗骨壤质硅质混合型酸性温性-石质湿润正常新成土, NE08为壤质硅质混合型非酸性温性-普通钙质常湿雏形土。

表7 供试土壤土族控制层段的鉴别特征 Table 7 Identification characteristics of soil families in control section of soil profiles

土系是土壤系统分类中最基层的分类单元, 是土族的续分。8个供试土壤分别属于不同的土族, 因此可建立8个土系, 根据样点所在乡镇、行政村或景区的名称, 本文暂定各土系名如下:文峰系(NE01)、上磺系(NE02)、土城系(NE03)、思愿系(NE04)、北屏系(NE05)、红池坝系(NE06)、黄安坝系(NE07)和银厂坪系(NE08)。

3 讨论

依据中国土壤系统分类的原则和方法, 位于渝东北中山区8个供试土壤剖面分别被划归为3个土纲(淋溶土、雏形土、新成土), 3个亚纲(常湿淋溶土、常湿雏形土、正常新成土), 3个土类(钙质常湿淋溶土、钙质常湿雏形土、湿润正常新成土), 5个亚类(腐殖钙质常湿淋溶土、普通钙质常湿淋溶土、腐殖钙质常湿雏形土、普通钙质常湿雏形土、石质湿润正常新成土), 8个土族和8个土系。此外, 受常湿润土壤水分特征影响, 渝东北中山区土壤的淋溶作用明显, 在坡度较小、土壤侵蚀较弱和土壤剖面发育深厚的条件下基本都可形成黏化层。

由于地理环境条件特殊, 渝东北地区土壤发生过程和剖面特征具有其自身特点, 其中, 地形、植被和母质是影响分类结果的重要因素。供试的8个土壤剖面有4个被划分为淋溶土, 这4个剖面均有黏粒胶膜, 最低海拔861 m, 最高海拔2 322 m, 其中, NE01和NE02为旱地土壤, 土壤剖面发育深厚, 海拔相对较低(1 000 m以下), 虽也为常湿润水分条件, 但相对高海拔地区其水分状况依然较差, 剖面所处坡度较小, 植被类型为农作物, 表层土壤未受到严重侵蚀, 被划分为淋溶土。由此推论, 渝东北中山区在较低海拔地区(< 1 000 m), 坡度是影响土壤形成黏化层的首要因素。NE04虽然所处位置坡度较大, 但由于其植被条件较好, 土壤也能形成黏化层, 剖面NE06是在坡度较小、植被较好的情况下形成的淋溶土。NE03为旱地土壤, 被划归为雏形土的原因是, 在常湿润土壤水分状况下, 由于没有较好的植被覆盖, 陡坡上土壤很容易受到雨水的冲刷, 导致表层土壤不断被侵蚀, 且不断有坡积物加入, 故土壤发育时间较短, 很难形成淋溶土。NE05海拔较高(1 642 m), 但由于坡度较大, 坡积严重, 存在明显岩性不连续的情况, 被划分为雏形土。由此推论, 即使位于高海拔地区, 且植被条件较好, 也有可能无黏化层。NE08海拔很高(2 445 m), 植被类型为灌丛草甸, 坡度较大, 表层黏粒随地表径流有一定的流失, 并且结构体表面无明显黏粒胶膜, 剖面中坡积物较多, 存在岩性不连续情况, 不符合黏化层判断标准, 故判定为雏形土。NE07位于陡坡之上, 植被条件较差, 其形成母质为抗风化能力较强的板岩, 土壤中夹杂大量砾石, 土壤剖面结构发育很差, 只能划分为新成土。综上, 在渝东北中山区, 在坡度较小和植被覆盖率较高的情况下基本都可形成黏化层。在较低海拔地区, 坡度是影响黏化层的首要因素; 在较高海拔地区, 植被和坡度均是影响黏化层形成的重要因素。此外, 植被对土壤有机质积累影响亦较大。

山地草甸土在土壤发生分类中隶属于半水成土纲, 土壤剖面常会存在滞水或潮湿土壤水分状况, 通常地势较平缓或低洼处才会有该种水分状况。本研究所采山地草甸土位于中坡之上, 坡度较大, 未发现滞水或潮湿土壤水分状况。该区域较平缓地带都已成为森林公园的核心观光区, 采掘剖面有较大难度, 但通过土钻取样发现, 在20 cm以下土壤开始有亚铁反应, 在50 cm以下亚铁反应明显, 且样点位于石灰岩露头区, 推测渝东北地区的山地草甸土在地势较低洼处符合滞水土壤水分状况。

通过参比发现, 本研究所采棕壤剖面在土表至100 cm范围内土壤有机碳总储量为8.69 kg· m-2, 不符合腐殖质特性, 而所采的2个黄棕壤剖面均具有腐殖质特征。这是由于, 渝东北地区1 500~2 000 m范围内植被郁闭度高, 有利于有机碳积累, 当海拔大于2 000 m时, 郁闭度随海拔增高明显降低, 该条件下有机质积累作用也会随之降低。因此, 渝东北地区受植被条件限制, 棕壤很难具有腐殖质特性。

(责任编辑 高 峻)

The authors have declared that no competing interests exist.

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