湘北地区典型水稻土的发生特性及其在中国土壤系统分类中的归属①

曹 俏，余 展，周 清，罗 卓，欧阳宁相，盛 浩，张扬珠



湘北地区典型水稻土的发生特性及其在中国土壤系统分类中的归属①

曹 俏，余 展，周 清*，罗 卓，欧阳宁相，盛 浩，张扬珠

(湖南农业大学资源环境学院，长沙 410128)

选取湘北地区7个发育于2种母质的水稻土剖面样点，通过对其成土环境、剖面形态特征以及土壤理化性质进行野外观测和室内分析，按中国土壤系统分类方案，检索出诊断层和诊断特性，确定其在中国土壤系统分类中的归属，并评述土系的生产性能。结果表明：供试水稻土归属于水耕人为土亚纲下的简育和铁聚水耕人为土2个土类，底潜简育水耕人为土、普通简育水耕人为土、普通铁聚水耕人为土、漂白铁聚水耕人为土4个亚类；进一步按照土族和土系划分标准，划分出7个土族和7个土系。在相同成土环境下，同种母质发育的水耕人为土，土壤系统分类比土壤发生分类具有更强的划分能力。其划分的基层土壤单元(土族和土系)，对农业生产、土地资源利用更具有指导意义。

水稻土；诊断层；诊断特性；中国土壤系统分类

湖南省作为长江中游水稻主产区，土壤资源丰富，类型众多，开展水稻土系统分类研究工作尤为重要。湘北地区主要包括常德、益阳地区，从降水量和水域面积两方面出发，该地区相对于湖南省其他地区而言，降水比较丰富，水系发达，地处洞庭湖水系，水域面积较广。水文条件优越，对水稻种植有一定的基础条件。长期以来，水稻土发生分类体系在认识水稻土非地带性规律、土壤区划和制图上起过重要作用。近40年来，重视定量指标的中国土壤系统分类兴起，逐步与水稻土发生分类并行使用[1-2]。然而，中国土壤系统分类在基层分类单元上仍有待加强。湖南省在第二次土壤普查基础上，建立了现行的、基于发生学的6级分类系统；其中，水稻土土类包含淹育性水稻土、潴育性水稻、漂白性水稻土、潜育性水稻土4个亚类、33个土属和162个土种[3]。我国的土壤系统分类是最先提出水耕人为土为亚纲，1991年提出把水耕表层和水耕氧化还原层作为水耕人为土的诊断层[4]。研究仅在浙江[5]、湖北[6]、海南[7]、闽北[8]、长江三角洲[9]以及成都平原[10]等地有少量水稻土在系统分类中的归属研究，这对我国占世界1/4的水稻土面积来说仍远远不足。近两年来，宁夏等地探索了典型灰钙土的发育特性及系统分类研究[11]，以及湖南省近两年对于湘东不同母质水稻土的系统分类探索[12-14]。水稻土方面目前仅见湘西、湘南主要起源于石灰岩的烟田系统分类[15]。本研究通过对湘北地区由河湖沉积物和第四纪红土两种母质发育的典型水稻土为对象，试图按中国土壤系统分类指标体系划分基层分类单元(土族、土系)，探索类似起源母土(母质)下基层系统分类指标，评述土系生产性能和改良方向，为当地农业生产和作物布局提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

供试水稻土分布在湘北地区的益阳和常德两市。益阳市位于湘中偏北，跨越资水中下游，处沅水、澧水尾闾，环洞庭湖西南，居雪峰山的东端及其余脉，湘中丘陵向洞庭湖平原过渡的倾斜地带。常德市位于湖南省西北部，是江南著名的“鱼米之乡”，地处长江中游洞庭湖水系、沅江下游和澧水中下游以及武陵山脉、雪峰山脉东北端。

本区主要成土母质类型多为河湖沉积物，部分丘陵山区有板、页岩风化物，第四纪红色黏土，紫色砂页岩风化物。主要土壤类型有暗黄棕壤、红壤、黄红壤、黄壤、水稻土、黑色石灰土等。

1.2 剖面成土环境

本研究参照《湖南土壤》[3]和《湖南土种志》[16]中对湘北地区土壤的描述与分类以及全国第二次土壤普查数据，结合土壤分布图、土地利用现状图、高程图等，确定 7 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和图1。

表1 采样点概况

图1 湘北地区水稻土剖面空间分布图

1.3 土壤样品采集与室内分析

按照《野外土壤描述与采样手册》[17]要求挖掘土壤剖面，并根据土壤发生学理论进行分层，对剖面每层进行描述记载，拍照记录剖面以及周围景观。

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；土壤容重测定采用环刀法；机械组成测定采用吸管法，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测定采用乙酸铵交换法(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-中和滴定法测定；全铁、铝、硅测定采用碳酸锂-硼酸熔融法；土壤游离铁测定采用连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-重碳酸钠法(DCB法)[18]。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。土壤温度的估算：根据经纬度、海拔推算，利用公式soil= 55.89-0.645×纬度-0.004×海拔-0.153×经度[19]。

2 结果与分析

2.1 土壤剖面的形态特征

表2为供试土壤的剖面形态特征，表中数据表明，供试土壤剖面的润态颜色色调分别为5YR、7.5YR、10YR，明度介于3 ~ 7，彩度介于3 ~ 8。土体较深厚，大多>1.1 m，除43-CD10，43-CD11剖面耕作层较浅薄外，其他剖面耕作层较厚。剖面土壤结构发育明显，以块状、粒状为主，在结构体表面和管道普遍存在黏粒胶膜、铁锰胶膜和铁锰斑纹，数量从很少量到多量不等，在水耕氧化还原层(Br)数量最为丰富，甚至出现铁锰结核。土体中有少量瓦片、砖块、螺壳等侵入体。土壤剖面有典型的水耕表层、水耕氧化还原层。43-YIY11剖面E层厚度≥1 cm，位于A层以下60 ~ 77 cm处，呈波状过渡至下层，有≥85%(按体积计)的漂白物质组成，润态明度6＞3，干态明度8＞6，满足漂白物质颜色要求；43-CD13剖面E层厚度≥1 cm，位于A层以下50 ~ 70 cm处，呈波状过渡至下层，有≥85%(按体积计)的漂白物质组成，润态明度7＞3，干态明度8＞6，同样满足漂白物质颜色要求；两者确立为漂白层。

表2 供试土壤的剖面形态特征

2.2 土壤主要理化性质

表3为供试土壤各发生层用于确定土系分类的相关理化性质。从表3可看出，质地以壤土类为主，黏粒含量介于65.7 ~ 553.6 g/kg，剖面的黏化率介于0.23 ~ 1.69之间。pH在5.39 ~ 8.35之间，一般为中性；随剖面加深，pH呈升高趋势；其中43-YIY10剖面pH在7.97 ~ 8.14之间，偏碱性。游离氧化铁含量介于11.36 ~ 58.57 g/kg，均值27.61 g/kg。

表3 供试土壤的理化性质

由表3可知，河湖沉积物发育的水稻土(43- YIY09，43-YIY10，43-CD10，43-CD11)大多在剖面水耕氧化还原层范围内游离氧化铁、全铁含量较高，各层含量差异不明显；而第四纪红土母质发育的水稻土(43- YIY11，43-CD12，43-CD13)大多在剖面底部的游离氧化铁、全铁含量高于剖面中部与上部，各层含量差异比较明显。受侧面渗水影响，剖面43-YIY11在E层( 60~ 77cm)和剖面43-CD13在E层(50~ 70cm)内，游离铁、全铁含量急剧降低，然而在Br11(77~ 110cm)和BrE(70~ 130cm)内急剧增多。游离氧化铁含量与全铁含量之间的变化趋势呈显著线性正相关关系。

2.3 供试土壤的诊断层与诊断特性

按《中国土壤系统分类检索(第三版)》[20]中诊断层、诊断特性及控制层段的标准，7个样点剖面都具备水耕表层的诊断表下层，都具有水耕氧化还原层的诊断表下层(表4)。

2.4 供试土壤在中国土壤系统分类中的归属

2.4.1 高级分类单元划分 参照《中国土壤系统分类检索(第三版)》[20]对土壤高级分类单元的划分标准，检索供试土壤的诊断层与诊断特性，7个剖面均属于人为土土纲、水耕人为土亚纲(表5)。

表5 供试土壤在系统分类高级分类单元的归属

7个典型水稻土剖面的水耕表层之下均无灰色铁渗亚层，因此均不属铁渗水耕人为土类。43-YIY11、43-CD12、43-CD13剖面水耕氧化还原层的游离氧化铁含量为耕作层的1.5倍以上，应属铁聚水耕人为土类；其余43-YIY09、43-YIY10、43-CD10和43-CD11剖面均属于简育水耕人为土类。简育水耕人为土类中，43-YIY09剖面土表60 ~ 100 cm范围内部分土层有潜育特征，因此属于底潜简育水耕人为土；43-YIY10、43-CD10、43-CD11剖面均无变性现象、盐积现象和人为复石灰作用，剖面垂直60 cm范围内也无漂白层，因此43-YIY10、43-CD10、43-CD11剖面均属普通简育水耕人为土亚类。铁聚水耕人为土类中，43-CD12剖面无变性现象和潜育特征，剖面垂直60 cm范围内也无漂白层，因此属普通铁聚水耕人为土亚类；43-YIY11和43-CD13剖面，矿质土表层60 cm范围内有漂白层，因此属于漂白铁聚人为水耕土(表5)。

2.4.2 基层分类单元划分 1)土族划分。参照中国土壤系统分类土族和土系划分标准[21]，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。在划定土族控制层段的基础上，以供试土壤控制层段内的颗粒大小级别、矿物学类型、土壤温度状况以及石灰性的有无为依据进行划分。

根据中国土壤系统分类土族和土系划分标准[21]对研究区内7个典型水稻土剖面的土族控制层段的土壤颗粒大小级别进行划分(表6)。①颗粒大小级别：除43-CD10剖面，其他剖面的土族控制层段的黏粒含量介于200 ~ 350 g/kg，划分为黏壤质。其中，43-CD11在颗粒大小控制层段内，Br1的黏粒绝对含量为246.3 g/kg，Br2的黏粒绝对含量为553.6 g/kg，黏粒绝对含量之差＞250 g/kg，且两层厚度都≥10 cm，形成强对比颗粒大小级别，根据检索出的颗粒大小级别复合命名，为黏壤质盖黏质。②石灰性反应：依据研究区内7个剖面的土族控制层段的石灰性和土壤酸碱反应级别进行依次划分，7个剖面均没有铝质和石灰性，用水提法测试土壤pH，7个剖面控制层段的部分或全部pH≥5.5，为非酸性。③矿物学类型：7个剖面的颗粒大小级别分别为壤质和黏壤质，因此从上到下查看适用于所有颗粒大小级别或砂质、黏壤质颗粒大小级别的矿物学类型，7个剖面均属硅质混合型。④土壤温度状况：按张慧智等[19]的方法，得到7个剖面50 cm处土温介于19.9 ~ 20.0 ℃，检索土壤温度状况属于热性。

表6 供试土壤土族控制层段内鉴别特征

根据以上指标，将供试7个剖面划分为7个土族(表7)：黏壤质硅质混合型非酸性热性-底潜简育水耕人为土(43-YIY09)，黏壤质硅质混合型非酸性热性-普通简育水耕人为土(43-YIY10)，黏壤质硅质混合型非酸性热性-漂白铁聚水耕人为土(43-YIY11)，壤质硅质混合型非酸性热性-普通简育水耕人为土(43- CD10)，黏壤质盖黏质硅质混合型非酸性热性-普通简育水耕人为土(43-CD11)，黏壤质硅质混合型非酸性热性-普通铁聚水耕人为土(43-CD12)，黏壤质硅质混合型非酸性热性-漂白铁聚水耕人为土(43-CD13)。

表7 供试土壤土系划分依据

(2)土系划分。土系是土壤系统分类中最基层的划分单元，是土壤的全息身份证，包含了该类土壤最基本信息。通过《中国土壤系统分类土族和土系的划分标准》[21]，属于不同亚类和不同土族的，自然可划分为不同的土系；属于同一土族的，则需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、侵入体等特征差异进行土系划分。参照土系划分标准[21]，供试土壤的土系划分结果见表7。

3 讨论

3.1 母质与人为耕作对土壤发生特性和高级分类单元的影响

由表1可知，剖面43-YIY09、43-YIY10、43- CD10、43-CD11由河湖沉积物发育，质地适中，因此土壤通透性和耕性较好，质地多为粉壤土，黏粒含量多≤250 g/kg。由于人为耕作时间较短，受人为灌溉、施肥作用较弱，导致剖面物质淋溶迁移较弱，氧化还原作用不强，氧化还原层铁、锰离子淋溶淀积缓慢，铁游离度均＜70%，土壤剖面大多不具有铁锰结核，黏粒CEC含量大多为50 ~ 100 cmol(+)/kg黏粒。因供试土壤大多pH≥7.5，土壤可变负电荷较高，所以与第四纪红土发育的土壤相比，CEC含量较高，多为11.95 ~ 25.21 cmol(+)/kg。因此土壤发育不成熟，除43-CD11外其余均具有未发育完全的BC层；虽43-CD11未有BC层，但其氧化还原层分异也不明显，因此多发育为简育水耕人为土土类。

43-YIY11、43-CD12、43-CD13由第四纪红土发育，因此质地较黏，质地多为粉黏壤，黏粒含量多在250 ~ 400 g/kg 左右，通透性和耕性较差，保水保肥。另外，由于受人为耕作时间较强，经过长期施肥和灌溉使土体氧化还原和物质淋溶淀积剧烈，因此剖面层次分异更清晰，大多具有氧化亚层及还原亚层，土壤发育成熟，黏粒CEC含量大多为30 ~ 50 cmol(+)/kg。且由于均处于环湖丘陵，海拔、部位较低，地下水位多出现在1 m以上，地下水、地表水综合作用，氧化还原层铁锰等反应剧烈，淋溶淀积较富集，剖面多有铁锰结核存在，铁游离度均＞70%，因此多发育为铁聚水耕人为土土类。剖面43-YIY11、43-CD13受侧面渗水的影响，漂白层中游离氧化铁大量淋失，漂白层下层也有大量铁胶膜、斑纹、结核存在，其游离铁含量相对表层游离铁含量＞1.5倍，因此划分为漂白铁聚水耕人为土亚类。

3.2 湘北地区水稻土发生分类与中国系统分类的参比

按发生学分类，7个水稻土典型水耕人为土归属人为土土纲，水稻土土类，潴育性水稻土(43-YIY09，43-YIY10，43-CD10，43-CD11)和漂白性水稻土(43- YIY11，43-CD12，43-CD13) 2个亚类，紫潮泥、白散泥、河沙泥田3个土属，紫潮泥(43-YIY09，43- CD10)、紫潮沙泥(43-YIY10)、铁子白散泥(43- YIY11)、河沙泥(43-CD11)、白散泥(43-CD12，43- CD13) 5个土种。在系统分类中，7个样点土壤剖面分别归属人为土土纲，水耕人为土亚纲，铁聚水耕人为土(43-YIY11、43-CD12、43-CD13)和简育水耕人为土土类(表5)，在基层单元上分出7个土族和7个土系(表7)。然而，发生学分类土种性状变幅大，尤其是未量化考虑的形态学特征指标。而土壤系统分类是遵循土壤发生学理论的基础上，加之重视土壤本身性质，以定量的诊断层和诊断特性为依据，划分土壤类型。由于划分原则、标准不同，可能将发生分类的土种参比到较多数量的土系类型，所以土种参比土系时需谨慎。

按照土族土系划分标准，将供试水稻土划分出7个土族和7个土系，能敏感表征土体发育程度、物质组成等突变差异，显示出系统分类指标较强的基层分类能力，对当地农业生产具有指导意义。

3.3 湘北地区水稻土土族和土系的生产性能

土族和土系的划分主要服务于生产实践。湘北地区所建立的7个土系土体质地好，耕性好，但普遍地势较低，应改善排水条件，深沟排水，降低渍害，尤其是金桥系、乐园系、中塘系。

土壤肥力是衡量土壤作为农业生产基地进行农作物生产能力的重要指标[22]，是土壤的本质属性和主要功能[23]，科学评价土壤肥力可以更好地利用土地资源，可为调整作物布局和科学合理施肥提供依据。而土壤养分等肥力指标是土壤肥力的物质基础，其丰缺状况直接影响作物产量和品质[24]。参照第二次土壤普查的水田土壤生产性能评价标准[25]，有机质含量在25 ~ 38 g/kg之间为有机质含量高，属于高产水稻土。湘北地区所建立7个土系耕层剖面的有机质丰富(表8)，有机质含量在19.84 ~ 47.96 g/kg，其中金桥系、中塘系、放羊坪系有机质含量分别为42.88，47.96，43.55 g/kg，有机质含量极高；衍嗣系30.76 g/kg，有机质含量高；蹇家渡系、新高堰系分别为29.67、22.41 g/kg，有机质含量适宜；乐园系有机质含量为19.84 g/kg，可增施有机肥和实行秸秆还田以培肥土壤。

耕层全氮变化范围为1.24 ~ 2.80 g/kg，均无缺乏氮肥的现象，其中，金桥系、中塘系、蹇家渡系、放羊坪系，氮肥含量都偏高，生产中应考虑适当减少氮肥投入。耕层全磷变化范围为1.11 ~ 2.49 g/kg，土壤剖面耕层钾肥范围为8.17 ~ 16.02 g/kg，含量都偏低，应增施磷肥和钾肥，科学补充磷、钾素，改善土壤结构。

表8 供试土壤剖面养分含量

4 结论

湘北地区7个典型水稻土剖面中，在水耕人为土亚纲下，划分出简育和铁聚水耕人为土2个土类，底潜简育水耕人为土、普通简育水耕人为土、普通铁聚水耕人为土和漂白铁聚水耕人为土4个亚类，进一步划分出7个土族和7个土系(金桥系、乐园系、中塘系、蹇家渡系、新高堰系、衍嗣系和放羊坪系)。同一地区类似母土/母质发育的水耕人为土，系统分类的定量化指标(颗粒大小级别和质地层次差异)比发生分类的定性判定具有更强的划分能力，有效反映基层土壤类型(土族、土系)的生产性能，对当地农作物生产和土壤改良更具有指导意义。

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Genetic Characteristics of Paddy Soils in Northern Hunan and Their Attribution in Chinese Soil Taxonomy

CAO Qiao, YU Zhan, ZHOU Qing*, LUO Zhuo, OUYANG Ningxiang, SHENG Hao, ZHANG Yangzhu

(College of Resources & Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

Seven typical paddy soil profiles derived from two parent materials were selected in Northern Hunan Province, soil form environment, profile morphological characteristics and physicochemical properties were observed and analyzed, the diagnostic horizons, diagnostic characteristics and attribution of these soil profiles were identified according to Chinese Soil Taxonomy. The results showed that those paddy soils belonged to two groups of Hapli-Stagnic Anthrosols and Fe-accumuli- Stagnic Anthrosols, and four subgroups of Endogleyic Hapli-Stagnic Anthrosols, Typic Hapli-Stagnic Anthrosols, Typic Fe- accumuli-Stagnic Anthrosols and Albic Fe-accumuli-Stagnic Anthrosols. According to the classification standards for Chinese soil family and soil series, seven soil families were identified and seven soil series were established for those paddy soils. Compared with Soil Genetic Classification, Soil Taxonomy can differentiate further paddy soils in the same form environment, and the established soil families and soil series are more quantitative and more conducive to agricultural production and land use.

Paddy soil; Diagnostic horizon; Diagnostic characteristics; Chinese Soil Taxonomy

国家科技基础性工作专项课题项目(2014FY110200)资助。

通讯作者(61939295@qq.com)

曹俏(1993—)，女，湖南安化人，硕士研究生，主要研究方向为土壤地理学。E-mail: 735700591@qq.com

S155.3

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.01.023