郴州市典型土壤的发生特性及其在中国土壤系统分类的归属

于康，欧阳宁相，张杨珠，盛浩，周清，黄运湘，罗兰芳，袁红

（湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128）

土壤系统分类是以发生学理论为指导，以诊断层和诊断特性为基础的定量化、标准化的土壤分类方法，是土壤调查制图、资源评价、农业精准化管理及学术研究的基础和依据[1]，也是国内外土壤信息交流的媒介[2]。1995年中国科学院南京土壤研究所编制的《中国土壤系统分类（修订方案）》确定的以诊断层、诊断特性为基础，发生学理论为指导，具有标准化、规范化、国际化的特点的中国土壤系统分类[3]，与美国土壤系统分类和世界土壤资源参比基础共同构成了当今国际土壤分类的重要组成部分[4-5]。之后许多土壤分类研究者探索各典型地区的土壤系统分类，如在东部，陈健飞[6]对福建典型土壤、王晓旭等[7]对浙江典型土壤、黄佳鸣等[8]对闽北地区水耕人为土等；在北部，谈晔等[9]对陕西省烟叶主产区土壤、李建维等[10]对吉林典型风砂土、杜蒙等[11]对内蒙古温带半湿润地区典型土壤等；在中部，安红艳等[12]对河北省典型山地土壤、庄云等[13]对湖北典型烟田土壤、王海燕等[14]对河南省黄土母质发育土壤等；在西部，夏建国等[15]对四川省典型土壤、庄云等[16]对重庆典型烟区、章明奎等[17]对贵州省典型土壤等；在南部，陈振威和黄玉溢[18]对广西典型土壤、张骏达等[19]对海南省砖红壤、欧阳宁相等[20]对湘东地区板岩红壤等均建立了一定数量的典型土系。现如今我国建立的土系大约为1 000多个，但与我国地域广阔、土壤类型复杂的状况相比，建立的土系数量仍然偏少，因此，加强土系建立、补充完善土壤系统分类体系仍是一个十分重要的任务[21]。

郴州市位于湖南省东南部，湘、粤、赣三省交界地带，南岭北麓，湘江上游，地貌分区明显，按形态可分为山地、丘陵、岗地、平原4大类，具有山丘为主、岗地平原相当的特点，地形复杂，土壤类型多样[22]。根据郴州市2016年统计年鉴，郴州市耕地面积为30.96万hm2（水田25.94万hm2，旱地5.02万hm2）。郴州市是湖南省粮食、蔬菜、水果等农产品主产区，但是对于郴州市土壤分类的研究极其有限，未建立郴州市的土壤系统分类体系，无法提供更科学、更规范、更详细的土壤信息，难以满足广大土壤科学工作者以及与之相关的专业技术人员和管理决策者对解决生产指导、生态环境等问题的需求。因此，本文通过研究郴州市典型土壤在中国土壤系统分类中的归属，为土壤调查制图和农业生产指导等提供依据，并且对当今的中国土壤系统分类体系进行验证、补充和完善。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

郴州市位于湖南省东南部，地处南岭山脉与罗霄山脉交错，长江水系与珠江水系分流的地带，地处 112°13′～114°14′ E，北纬 24°53′～26°50′ N，属于亚热带季风气候，四季分明，夏季炎热多雨，冬季严寒少雨，年平均气温17～19 ℃，年平均降雨量为1 300～1 600 mm；郴州地区地貌地形复杂多样，山地丘陵约占总面积的3/4，东南群山环绕，西部山势低矮，中部丘陵、平原、岗地交错；地势由东南向西北倾斜。复杂多样的地形地貌、气候环境等成土因素产生了复杂多样的土壤类型，主要的土壤类型有石灰岩红壤、花岗岩黄红壤[23]等。

1.2 供试土壤成土环境

本研究参照《湖南土壤》[23]和《湖南土种志》[24]中对郴州地区的描述与分类以及全国第二次土壤普查结果，结合母质分布图、土地利用现状图、行政管理图、高程图等，确定8个野外取样点。各剖面点的地理分布与剖面成土环境见表1。

1.3 样点采集与分析

在已选定地点进行标准土壤剖面（深1.5～2.0 m，宽1.2 m）的挖掘，并根据剖面的形态特征、发生学理论进行分层，依照《野外土壤描述与采样手册》[25]对土壤剖面形态特征、成土环境的定义与标准，对供试土壤各发生层土壤结构、土壤持结性、孔隙度、岩石碎屑、新生体、侵入体、土壤反应等形态特征指标进行详细描述记录，并观察记录剖面周围地形、地势等成土环境。

各层松紧程度的界定方法为：在手中取一土块，用大拇指与食指进行挤压。根据挤压力量的大小进行松紧程度的判断。

各层孔隙度的界定方法为：在各层均取一土块，对土块表面及内部孔隙的体积占土块体积的百分比进行估测（＜2%，很低；2%～5%，低；5%～15%，中；15%～40%，高；≥40%，很高）。

土壤有机质测定采用重铬酸钾外加热法；全氮测定采用凯氏定氮法；全磷测定采用碱熔—钼锑抗比色法；全钾测定采用碱熔—火焰光度法；土壤容重采用环刀法；机械组成采用吸管法（砂砾0.05～2 mm；粉粒0.002～0.05 mm；黏粒＜0.002 mm），质地分类采用USDA分类；pH 测定采用电位法（液土比2.5∶1）；阳离子交换量及交换性盐基组成采用乙酸铵交换法（阳离子交换总量使用凯氏定氮法，K+、Na+使用火焰光度法，Ca2+、Mg2+采用EDTA滴定）；交换性H+、Al3+采用氯化钾交换-中和滴定法；全铁、铝、硅测定采用碳酸锂-硼酸熔融法；土壤游离铁采用连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-重碳酸钠法（DCB法）[26]。基于XRD方法和偏光显微镜鉴定法确定黏土矿物和原生矿物含量，通过颗粒大小级别确定土族控制层段内的矿物学类型。

表1 采样点概况Table 1 Basic situation of soil sampling sites

土壤温度状况的确定方法。50 cm土壤年平均温度计算方法[27]为：

式中：Y为50 cm土壤温度（℃），N为纬度（°），E为经度（°），H为海拔高度（m）。

土壤水分状况的确定方法。依据研究区域气象资料，使用Penman经验公式[28]计算年干燥度，方法为：

式中：D为干燥度，ET为年潜在蒸散量（mm），P为年降水量（mm）。

2 结果与分析

2.1 土壤剖面不同发生层土壤形态特征与理化性质

供试土壤剖面构型大多具有过渡层，土壤润态颜色以红、黄为主，土壤润态色调介于10R～7.5YR，7.5YR色调为主，明度介于3～6，彩度介于3～8（表2）。除43-CZ07剖面土壤厚度较浅薄，45 cm以下为R（基岩）层，其余各剖面土体厚度均较深厚；除43-CZ06和43-CZ07剖面土壤持结性通体为疏松，其余剖面土壤持结性多由疏松/极疏松至坚实/很坚实；43-CZ04、43-CZ05和43-CZ07剖面表下层出现少量至多量不等的黏粒胶膜；各剖面均无侵入体出现；43-CZ01、43-CZ06和43-CZ07剖面孔隙度通体均较高，其余各剖面通体孔隙度多随深度增加而由高至低。

43-CZ03、43-CZ04和43-CZ07剖面各层次的盐提pH大多介于6.5～8.0，为非酸性，其余剖面各层次盐提pH均小于4.5，为酸性；土壤质地以黏土或壤土（砂壤土、粉壤土、黏壤土）为主，剖面各层次黏粒含量介于113.92～807.18 g/kg；全铁含量介于35.61～98.66 g/kg，均值为65.07 g/kg，游离氧化铁含量介于17.94～46.67 g/kg，均值为37.72 g/kg，铁的游离度介于29.60%～86.67%，黏粒CEC介于21.82～135.77 cmol(+)/kg，均值为 43.59 cmol(+)/kg，铝饱和度介于0～75.35%，盐基饱和度介于8.66%～54.49%。表层有机碳介于7.16～25.73 g/kg（表3和表 4）。

2.2 诊断层与诊断特性

2.2.1 诊断表层 暗瘠表层：由表3和表4可知，43-CZ01、43-CZ04、43-CZ05、43-CZ07土壤剖面的表层厚度≥25 cm，干态颜色明度≤5.5，润态颜色明度≤3.5，润态彩度≤3.5；有机碳含量≥6 g/kg，盐基饱和度为≤50%，土壤结构为团粒状，符合暗瘠表层诊断标准。

淡薄表层：由表3和表4可知，剖面43-CZ02、43-CZ03、43-CZ06、43-CZ08土壤剖面的表层厚度≥20cm；干态颜色明度≥5.5，润态颜色明度≥3.5，润态彩度≥3.5，符合淡薄表层诊断标准。

表2 供试土壤剖面不同发生层的形态特征Table 2 Morphological characteristics of different horizons of sampled soil pro fi les

2.2.2 诊断表下层 黏化层：由表3可知，剖面43-CZ01的上覆淋溶层总黏粒含量为15%～40%，BC层总黏粒的相对增量≥20%；剖面43-CZ04、43-CZ05、43-CZ08的上覆淋溶层总黏粒含量为40%～60%，B层总黏粒的绝对增量≥8%，因此均符合黏化层诊断标准。

低活性富铁层：由表3和表4可知，剖面43-CZ05的BA、B1层厚度≥30cm，质地为黏土，色调为2.5YR，DCB浸提游离铁含量为44.16 g/kg和44.02 g/kg，黏粒CEC为22.85 cmol(+)/kg黏粒和23.80 cmol(+)/kg黏粒，因此符合低活性富铁层诊断标准。

雏形层：由表3和表4可知，剖面43-CZ01、43-CZ02、43-CZ03、43-CZ06均满足B层厚度≥10 cm，具有极细砂、壤质极细砂或更细的质地，土层体积50%以上有土壤结构发育，因此均符合雏形层诊断标准。

2.2.3 诊断特性与诊断现象 准石质接触面：剖面43-CZ02、43-CZ07分别在150 cm和45 cm处出现了土壤与连续黏结的下垫物质（砂质板岩）之间的界面层，以下为整块基岩层R层，可勉强挖开，莫氏硬度小于3，因此剖面43-CZ02和43-CZ07均具有准石质接触面。

土壤温度状况：根据土表50 cm以下位置的土壤温度，以及浅于50 cm的石质或准石质接触面的土壤温度，确定土壤温度状况。根据郴州各县区气象资料，以及年平均土壤温度估算公式计算，结果显示8个供试土壤均大于15 ℃，但小于22 ℃，因此均为热性土壤温度。

土壤水分状况：依据研究区域气象资料，以及《中国土壤系统分类检索（第三版）》[28]中对土壤水分状况的划分指标，使用Penman经验公式计算年干燥度，本研究区域山地海拔800 m以下土壤年干燥度＜1，但每月干燥度并不都＜1，具有湿润水分状况；山地海拔800 m以上土壤年干燥度＜1，且每月干燥度几乎都＜1，具有常湿润水分状况。因此除43-CZ01具有常湿润水分状况，其余均为湿润水分状况。

铁质特性：表4表明，供试土壤剖面各层游离Fe2O3≥20 g/kg，游离铁占全铁的40%以上，因此供试土壤各剖面均符合铁质特性的诊断标准。

铝质现象：表4表明， 剖面43-CZ01的A层；剖面43-CZ02的A、BC、C层；剖面43-CZ05的A、B2层；剖面43-CZ08的A、BA、B1、B2、BC层阳离子交换量（黏粒CEC7）≥24 cmol(+)/kg黏粒，且pH（HCl浸提）≤4.5，铝饱和度≥60%，因此均符合铝质现象的诊断标准。

综上，供试土壤各剖面严格参照《中国土壤系统分类检索（第三版）》[28]中对诊断层、诊断特性和控制层段的要求，划分供试土壤的诊断层与诊断特性（表5）。

2.3 供试土壤在中国系统分类中的归属

2.3.1 高级分类单元划分 参照《中国系统分类检索（第三版）》[28]中对高级分类单元的定义与划分，依照已确定的诊断层及诊断特性，检索供试土壤的高级分类单元。最终得出，郴州地区8个旱地典型剖面共涉及雏形土、淋溶土、富铁土和新成土4个土纲，常湿雏形土、湿润雏形土、湿润淋溶土、湿润富铁土、正常新成土5个亚纲；酸性常湿雏形土、铁质湿润雏形土、铁质湿润淋溶土、黏化湿润富铁土、铝质湿润淋溶土、湿润正常新成土6个土类；铁质酸性常湿雏形土、普通铁质湿润雏形土、红色铁质湿润淋溶土、普通黏化湿润富铁土、红色铁质湿润雏形土、普通湿润正常新成土、普通铝质湿润淋溶土7个亚类（表6）。

2.3.2 基层分类单元划分 依据中国土壤系统分类土族和土系划分标准[21]，对8个土壤供试剖面进行基层分类单元（土族、土系）的划分。

表4 供试土壤剖面不同发生层的化学性质Table 4 Chemical properties of different horizons of the tested soil samples

表5 不同土壤剖面诊断土层与特性Table 5 Diagnostic horizons and their characteristics in the different soil pro fi les

1）土族划分。土族控制层段为从诊断表下层的上界或从表土层、耕作层的下界往下至100 cm深处，或至浅于100 cm的根系限制层上界或石质接触面。由于43-CZ07土壤剖面45 cm以下即基岩层，但可用铁铲勉强挖开，具有准石质接触面，因此土族控制层段划定为25～45 cm。依据供试土壤各剖面中土族控制层段内的颗粒大小级别、矿物学类型、土壤温度状况和石灰性酸碱性（表7），可将供试土壤划分为黏壤质硅质混合型热性—铁质酸性常湿雏形土、黏壤质硅质混合型酸性热性—普通铁质湿润雏形土、黏质高岭石型非酸性热性—普通铁质湿润雏形土、极黏质高岭石型非酸性热性—红色铁质湿润淋溶土、黏质高岭石型酸性热性—普通黏化湿润富铁土、砂质硅质混合型酸性热性—红色铁质湿润雏形土、壤质硅质混合型非酸性热性—普通湿润正常新成土、黏质高岭石混合型热性—普通铝质湿润雏形土。

表6 不同土壤剖面在中国土壤系统分类高级分类单元的归属Table 6 Belongings of the different soil pro fi les in the senior classification unit in the Chinese Soil Taxonomy

表7 不同土壤剖面土族控制层段内鉴别特征Table 7 Identification characteristics of soil families in control section of the different soil pro fi les

2）土系划分：土系是土壤系统分类中最基层的分类单元，是发育在相同母质上、处于相同景观部位、具有相同土层排列和相似土壤属性的土壤集合（聚合土体）[21]。中国土壤系统分类土族和土系划分标准[21]中对土系划分的鉴别标准包括：特定土层的深度和厚度、表层土壤的质地、土系控制层段中岩石碎屑、结核、侵入体等。因此，供试土壤的划分情况，郴州地区8个典型土壤均属于不同土族（表8），所以将其划分为上洞系（43-CZ01）、五一系（43-CZ02）、香花系（43-CZ03）、鲁头领系（43-CZ04）、石凉亭系（43-CZ05）、起洞系（43-CZ06）、松柏系（43-CZ07）、大石系（43-CZ08）。

3 讨论

3.1 郴州地区典型土壤发生特性差异及其在中国土壤系统分类与中国土壤发生分类中的参比

郴州地区8个典型土壤在中国土壤系统分类和中国土壤发生分类中存在明显的不对应关系（表9）。由表1和表2可知，供试土壤43-CZ04、43-CZ05在土地利用类型、成土母质、水文状况、剖面形态等土壤发生分类划分指标上无明显差异，因此在土壤发生分类体系中划分为石灰岩红壤同一土属。由于43-CZ05剖面比43-CZ04剖面海拔低149 m，因此43-CZ05剖面在发育过程中受水热作用更强，导致该剖面盐基离子淋溶和物质迁移更剧烈，脱硅富铁铝化现象更明显，剖面43-CZ05铁游离度高于43-CZ04，硅铝率低于43-CZ04，43-CZ05风化程度更强；43-CZ05的黏粒CEC含量较43-CZ04明显偏低，分别为22.85～26.73 cmol(+)/kg黏粒和30.01～45.47 cmol(+)/kg黏粒，43-CZ05黏粒净负电荷较低，具有低活性黏粒特征，表明该剖面中度富铁铝化作用更强，土壤发育更成熟，所以43-CZ04、43-CZ05发生特性具有明显差异。供试土壤43-CZ01、43-CZ02除母质不同外，其余发生分类划分指标均差异不大，因此在土壤发生分类体系中仅显现母质差异，但43-CZ01海拔为893 m，属于常湿润土壤水分状况，受水分作用较强烈，因此表层黏粒被大量淋失，在BC层大量淀积，A和BC层总黏粒含量分别为27.8%和33.8%，相对增量大于20%；43-CZ02表下层总黏粒含量小于表层黏粒含量。由于不同母质及受到水分作用的不同，43-CZ01的游离氧化铁较43-CZ02明显偏少。所以43-CZ01、43-CZ02发生特性具有明显差异。

表8 不同土壤剖面土系划分依据Table 8 Division basis of soil series of the different soil pro fi les

由此可见，43-CZ04与43-CZ05、43-CZ01与43-CZ02有土壤属性、成土过程上的明显区别，在中国土壤系统分类体系中，43-CZ04划分为红色铁质湿润淋溶土亚类，43-CZ05划分为普通黏化湿润富铁土亚类；43-CZ01划分为铁质酸性常湿雏形土亚类，43-CZ02划分为普通铁质湿润雏形土亚类（表9）。中国土壤发生分类是通过土壤的成土条件和主观推测的成土过程等易改变的标准来确定土壤名称，是一个定性、主观的过程，而中国土壤系统分类是通过诊断层、诊断特性等定量化指标来确定土壤名称，是一个定量、客观的过程。因此相较与中国土壤发生分类，中国土壤系统分类可更定量、准确、详细的描述土壤自身的属性。

表9 不同土壤剖面发生分类与系统分类参比结果Table 9 Reference of the different soil pro fi les between Chinese Soil Genetic Classification and Chinese Soil Taxonomy

3.2 中国土壤系统分类土族和土系的划分标准在郴州地区典型土壤基层分类中的应用

根据中国土壤系统分类土族和土系的划分标准[21]，对供试土壤进行了土族土系划分，共建立了黏壤质硅质混合型酸性热性—普通铁质湿润雏形土等8个土族；上洞系、五一系等8个土系。通过划定土族控制层段，根据控制层段内土壤颗粒级别、不同颗粒级别的矿物组成、土壤温度状况、石灰性与酸碱性、土体厚度等标准划分土族；再划定土系控制层段，依据特定土层的深度和厚度、表层土壤的质地、土系控制层段中岩石碎屑、结核、侵入体等标准进行土系划分。供试土壤43-CZ08、43-CZ02在土壤系统分类高级分类单元的划分中，为同一亚类，但由于43-CZ08剖面比43-CZ02剖面海拔低474 m，43-CZ08剖面所受的成土环境更适宜，成土速率更快，导致43-CZ08、43-CZ02剖面的颗粒大小级别为黏质、黏壤质，矿物学类型分别为高岭石混合型、硅质混合型，43-CZ08剖面风化作用更强烈，土壤发育更成熟，在基层分类单元中属于不同土族、土系。由此表明在中国土壤系统分类中，基层分类单元对高级分类单元进行补充说明，可以更准确、清晰、客观的描述解释土壤类型，是土壤系统分类的重要内容。

3.3 中国土壤系统分类土壤水分状况划分的问题

1）现有土壤系统分类研究中对于土壤水分状况的确定多依据中国气象数据网、研究区域各县市气象局的气候数据资料，但由于同一地区不同海拔的降雨量、蒸发量等差异显著，却均使用同一数据并不准确。郭琳娜等[29]则已研究区域的海拔、环境与土壤发生特性等因素推测玉龙雪山3 400～4 200 m为常湿润水分状况，3 400 m以下均为湿润水分状况；王薇等[30]以大明山海拔低于1 000 m为湿润水分状况，高于1 000 m为常湿润水分状况。海拔、地形等因素对降雨量、蒸发量等有明显的影响，从而影响土壤水分状况，因此在计算土壤水分状况时可否加入研究区域海拔、地形等因子，从而确定一个详细、准确的划分标准。

2）现有的划分标准没有关于偏向常湿润的湿润水分状况的详细、准确标准，因此划分亚类时很少划分至黄色铝质湿润雏形土、黄色铝质湿润淋溶土等亚类，导致许多颜色差异较大的土壤都划为普通亚类，没有充分体现差异。为了土壤系统分类划分的准确性、标准性，需要一个准确、详细的指标来确定偏向常湿润的湿润水分状况。

4 结论

1）郴州地区复杂多样的地形地貌、气候环境等因素导致了郴州地区8个典型供试土壤类型复杂多样。在郴州市，土壤温度状况多为热性，土壤水分状况多为湿润，但海拔800 m以上可能出现温性土壤温度状况、常湿润土壤水分状况。由于降雨、蒸发等气候环境与海拔、部位等地形地貌不同，低海拔地区多发育为富铁土土纲、淋溶土土纲，高海拔地区多发育为雏形土土纲、新成土土纲。

2）根据《中国土壤系统分类检索（第三版）》检索出8个供试土壤剖面包含5个诊断层和5个诊断特性，以此为基础将供试土壤划分为4个土纲、5个亚纲、6个土类、7个亚类。依据中国土壤系统分类土族和土系划分标准，将8个供试土壤划分为8个土族、8个土系。通过研究郴州市典型土壤在中国土壤系统分类中的归属，对中国土壤系统分类体系进行补充；此外增添了此类型土壤的基础属性信息，为郴州地区土壤调查制图和农业指导等提供了依据。

3）在中国土壤系统分类中关于土壤水分状况的划分标准中，提出增加地形地貌、气候环境等因素对土壤水分状况确定的影响，从而确定一个详细的划分标准；并且建议增加关于偏向常湿润的湿润水分状况的详细标准。

4）通过供试土壤分别在中国土壤发生分类和中国系统分类中的归属比较，中国土壤系统分类可以更准确、定量、客观的反映郴州地区土壤自身属性的差异与相似，避免了异土同名的问题。