重庆市黄壤的成土特点与系统分类研究*

翁昊璐，慈 恩，李 松，连茂山，陈 林

（西南大学资源环境学院，重庆 400715）

土壤是自然地理景观的镜子，其性状能够反映出土壤形成过程中的自然条件特点，是分析成土过程的重要依据[1]。土壤分类是土壤信息的载体、土壤科学发展水平的反映、农业资源调查的基础和指导农业生产的依据，同时也是国际土壤交流的媒介[2-5]。当前土壤分类发展的趋势是定量化、标准化，土壤系统分类正逐渐成为世界土壤分类发展的主流[6，7]。自20 世纪80 年代以来，我国土壤系统分类研究一直保持着强劲的发展势头，迄今为止，江苏[8]、河南[9]、湖北[10]、河北[11]等诸多省份已相继开展了一系列土壤系统分类工作，并建立了相应的土系，中、西部地区的土壤系统分类工作也在开展中[5，12-14]。

黄壤是重庆市境内重要的土壤资源[15]，其面积为2.37×106hm2，占土壤总面积的28.78%，主要分布于海拔1 500 m 以下的中、低山和丘陵地带以及河流沿岸高阶地上，其中以海拔400～1 200 m 的分布面积最大，占黄壤总面积的75.22%，是重庆市山区的重要旱粮和多种经济作物用地，同时也是重要的林业基地，因此，明确重庆市黄壤的成土特点及系统分类归属对重庆市农业生产有着重要的意义。目前，关注黄壤成土特点及其系统分类的研究相对较少[16，17]，特别是对重庆市境内黄壤的成土特点和系统分类研究几乎为零，针对这一现状，本文选取重庆市境内5 个黄壤剖面为研究对象，分析其成土特点，并对其系统分类进行检索，以弥补该领域研究的不足。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

重庆市地处我国西南部，长江上游地区，地跨105°11′～110°11′E，28°10′～32°13′N 之间的青藏高原与长江中下游平原的过渡地带，辖区东西长470 km，南北宽450 km，幅员面积8.24×104km2。全市地势沿河流、山脉起伏，由南北向长江河谷逐级降低，表现为东南部和东北部高、中部和西部低的特征；西北部和中部以丘陵、低山为主，东南部和东北部多为中山地貌。属亚热带湿润季风气候，年均气温16～18°C，降水丰沛，大部分地区年降水量1 000～1 350 mm，且多集中在5—9 月份，年均相对湿度70%～80%，年日照时数1 000～1 400 h，日照百分率仅为25%～35%。

1.2 土壤样品采集

以重庆市土壤图为基础，结合地质图、地形图等，确定5 个代表性黄壤样点，利用GPS 野外定位，挖掘土壤剖面（图1），划分剖面发生层次，描述土壤剖面的形态特征，并进行石灰反应和 pH 的现场速测，按发生层次自下而上采集土壤样品，供实验室分析使用。成土环境见表 1，各剖面点的海拔在244～1 291 m 范围内，所处坡位不一，土地利用方式为旱地和林地，剖面H01 由寒武系燧石灰岩风化发育而来，剖面H02 和H03 发育于三叠系须家河组砂岩风化物，剖面H04 发育于侏罗系蓬莱镇组紫色砂、泥岩风化物，剖面H05 发育于第四系更新统老冲积物。

表1 供试土壤的成土环境Table 1 Soil forming environment of the tested soils relative to the profiles

图1 土壤剖面照片Fig. 1 Pictures of the tested soil profiles

1.3 样品分析方法

土壤基本理化指标的测定依据《土壤调查实验室分析方法》[18]和《土壤农化分析》[19]，主要包括：土壤颜色—Munsell 比色卡；pH（水提/盐提）—电位法（水/氯化钾溶液︰土=2.5︰1）；全氮（TN）—凯式蒸馏法；有机碳（SOC）—重铬酸钾-硫酸消化法；交换性酸/交换性氢/交换性铝—氯化钾交换，氢氧化钠中和滴定法；交换性盐基—醋酸铵交换，原子吸收光谱法（Ca、Mg）和火焰光度法（K、Na）；阳离子交换量（CEC）—醋酸铵（pH7.0）交换法；游离铁（Fed）—DCB 浸提比色法；矿质全量—X 射线荧光法；机械组成—吸管法；烧失水—灼烧减重法。

2 结 果

2.1 剖面形态特征

由表2 可知，各供试剖面的层次发育明显，均有A、B 层。土壤颜色以黄色、黄棕色为主，色调为 2.5Y、7.5YR 和 10YR，干态明度 5～8，干态彩度 1～8，润态明度4～8，润态彩度2～8；同一剖面的各层次之间颜色变化不明显，不同剖面之间颜色差异较大。仅剖面H01 的下部土层有铁锰斑纹，剖面 H01、H02 和 H03有黏粒胶膜存在。各供试土壤的黏粒含量介于5.84%～51.24%之间，除剖面H01 下层土壤的黏粒含量较高外，其他剖面发生层土壤的颗粒组成均以粉粒或砂粒为主；供试剖面发生层的质地类型有壤质砂土、砂质壤土、粉壤土、壤土、砂质黏壤土、粉质黏壤土、黏壤土、黏土等8 种；除剖面H04 通体皆为黏壤土外，其他剖面自上而下均存在质地变异。

表2 供试土壤的剖面形态特征和颗粒组成Table 2 Morphological characteristics and particle size composition of the tested soils relative to the profiles

2.2 土壤化学性质

由表3 可知，在各剖面发生层中，除剖面H05的Bw 层pH 为6.7 外，其余剖面发生层pH 均小于6.5，其中剖面 H02 和 H04 的各发生层 pH 均小于5.0，呈强酸性；各供试剖面有机碳含量的变化范围为0.87～16.98 g·kg-1，且各剖面有机碳含量均大体呈现出随土层深度增加逐级下降的趋势；供试剖面发生层的 CEC 变化范围为 5.89～41.74 cmol·kg-1，最低值出现在剖面 H02 的 C 层，其余剖面发生层CEC 均大于 8.00 cmol·kg-1；剖面 H02 和 H04 的交换性铝含量较高，剖面H03 次之，剖面H01 和H05含量较低；剖面H05 和H01 各发生层盐基饱和度均大于50%，呈饱和状态，剖面H04 仅最底层（Bw4）的盐基饱和度大于50%，剖面H02 和H03 各发生层盐基饱和度均小于50%，呈不饱和状态。由图2 可知，剖面H01 的游离铁/全铁值最高，各发生层均达到70%以上，其余剖面的游离铁/全铁值主要集中在50%～60%之间。

土壤黏粒的硅铝率和硅铝铁率是反映土壤风化发育度的常用指标，本文选取各供试剖面受人为扰动较小的表下层段，测定其土壤黏粒的 SiO2、Al2O3、Fe2O3相对含量，并计算其硅铝率和硅铝铁率，具体见表4。由表4 可知，剖面H02、H03 和H04 的黏粒硅铝率较低，均小于 3.00，剖面 H01和H05 的黏粒硅铝率较高，均在3.00 以上，各供试剖面的黏粒硅铝铁率和硅铝率的变化趋势相同，两者的高低顺序均依次为 H01＞H05＞H04＞H02＞H03。此外，对于剖面H01，其选测层段的黏粒硅、铝、铁含量变异不明显，硅铝率、硅铝铁率在上下层中的数值相同，剖面H02、H03 和H04 在选测层段中的黏粒硅铝率和硅铝铁率均表现出上层低而下层高的特点。

表3 供试土壤的化学性质Table 3 Chemical characteristics of the tested soils

图2 供试土壤游离铁/全铁的剖面变化Fig. 2 Variation of Fed/FeT in the tested soil profiles

由图3 可知，供试土壤的烧失水含量在1.17%～11.75%之间，其中，剖面H02 和H05 烧失水含量较高，均在7.5%以上，且各层次之间烧失水的含量差异不大，其余剖面烧失水波动幅度较大，如剖面H04的 Bw3 层烧失水为 2.37%，而 C 层为 11.75%，波动幅度达到9.37%。

图3 供试土壤烧失水的剖面变化Fig. 3 Variation of water loss in the tested soil profiles

2.3 供试土壤的系统分类归属

依据中国土壤系统分类的相关方法和标准[20]，鉴别供试土壤的诊断层和诊断特性，结果见表 5。从表5 可知，各供试土壤的诊断层和诊断特性主要涉及淡薄表层、雏形层、黏化层等诊断层以及常湿润和湿润土壤水分状况、氧化还原特征、热性土壤温度状况、铁质特征、铝质现象等诊断特性。根据供试剖面所在区县历年的气象观测数据，依据Penman 公式[20]估算土壤水分状况，其中剖面 H03分布于中山上部，海拔较高，多云雾，年干燥度小于 1，且每月干燥度＜1，为常湿润土壤水分状况，其余剖面年干燥度＜1，但每月干燥度并不都小于1，为湿润土壤水分状况。此外，各供试剖面均分布于亚热带季风气候区，年均土温 16.3～19.1℃，具有热性土壤温度状况。

根据供试土壤的诊断层和诊断特性（表5），依照《中国土壤系统分类检索（第三版）》[20]，对 5个供试剖面进行分类检索，将其分别划归为2 个土纲（淋溶土、雏形土）、3 个亚纲（常湿淋溶土、湿润淋溶土和湿润雏形土），5 个土类（简育常湿淋溶土、铁质湿润淋溶土、铝质湿润淋溶土、铝质湿润雏形土和简育湿润雏形土）和5 个亚类，在此基础上，再依据“中国土壤系统分类土族和土系划分标准”[21]，确定各供试剖面的土族鉴别特征（表6），划分为5 个土族，具体见表7。

表4 供试土壤的黏粒化学组成Table 4 Clay chemical composition of tested soils

表5 供试土壤的诊断层和诊断特性Table 5 Diagnostic horizons and characteristics of the tested soils

2.4 供试土壤的分类参比

目前，我国土壤分类依然处于定量化的系统分类与定性的发生分类并存的阶段[3]，系统分类工作也以发生学原理为指导，且已有的大量土壤资料多是在土壤发生分类的基础上积累起来的[4]，开展土壤发生分类与系统分类的参比研究对于我国土壤科学发展的相互转化具有很大的促进作用[5]，故本文也将5 个供试剖面的发生分类和系统分类归属进行了参比，具体见表7。

由表 7 可知，在发生分类中，5 个供试剖面归属为 1 个土类、1 个亚类和 4 个土属，若采用系统分类，则可将其划分为 5 个土类、5 个亚类和 5 个土族，区分度明显高于发生分类；虽然发生分类在土属上也体现了一定的区分度。但与系统分类的土族之间也并不是一一对应的关系。总的来看，系统分类使供试黄壤的分类更加细化，提高了其分类的准确性。表8 为供试剖面在中国土壤系统分类（CST）和世界土壤资源参比基础（WRB）[22]中的分类参比。由表8 可知，若采用WRB，5 个供试剖面可划归为3 个一级单元（高活性淋溶土、高活性强酸土和雏形土）和5 个二级单元，表内列出的 WRB 二级单元仅使用了主要限定词（Principal qualifiers）；供试剖面的淋溶土土纲（CST）与高活性淋溶土和高活性强酸土2 个WRB 一级单元相对应，其CST 的雏形土土纲则与WRB 一级单元雏形土相对应；此外，供试剖面的CST 土类与WRB 二级单元呈一一对应的关系。

表6 供试土壤的土族鉴别特征Table 6 Identifying characteristics of soil family for the tested soils

表7 供试土壤的系统分类及其与发生分类的参比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 供试土壤在中国土壤系统分类与世界土壤资源参比基础中的分类参比Table 8 Reference of the tested soils between Chinese Soil Taxonomy（CST）and World Reference Base for Soil Resources（WRB）

3 讨 论

3.1 重庆市黄壤的成土特点

有学者认为黄壤是在“水化-脱硅富铝化”风化物的基础上发育的，也有学者认为黄壤是红壤发育的早期阶段，无论是黄壤或水化红壤，发生原因均归因于氧化铁的水化[23，24]。前人的研究表明，黄壤的分布范围较广[25-27]，西南地区由于山地高原特殊的生物—气候条件与地貌条件，黄壤分布的下限变化较大。本文调查显示，重庆市境内海拔244 m 处即开始有黄壤分布，供试黄壤样点的最高海拔达到1 291 m，这表明重庆市黄壤的垂直分布带幅较宽，海拔上限可达1 300 m 左右，下限在250 m 左右；第四系更新统老冲积物和须家河组砂岩均可在＜400 m 海拔处形成黄壤，相比而言，须家河组砂岩发育的黄壤分布海拔变幅最大。

土壤黏粒硅铝率和硅铝铁率可反映土壤的脱硅富铝化程度，各供试剖面的黏粒硅铝率和硅铝铁率高低顺序均依次为 H01＞H05＞H04＞H02＞H03，表明石灰岩母质发育的黄壤（H01）脱硅富铝化程度最低，其次是更新统老冲积物发育的黄壤（H05），而须家河组砂岩发育的黄壤（H02、H03）脱硅富铝化程度则相对较高；同典型黄壤的黏粒硅铝率（2.00～2.50）[28]相比，须家河组砂岩发育的黄壤黏粒硅铝率与之最为相近，而蓬莱镇组砂、泥岩发育的黄壤（H04）黏粒硅铝率则要稍高于典型黄壤，表明须家河组砂岩发育的黄壤是重庆市境内一类较为典型的黄壤。此外，剖面H01 中上下层的黏粒硅铝率、硅铝铁率均相同，且上下层中SiO2、Al2O3和Fe2O3的相对含量变化不大（表 4），表明上下层土壤的风化发育度基本一致，而剖面 H02、H03 和 H04中黏粒硅铝率、硅铝铁率则出现上层低于下层的现象，这可能是上层的风化发育度高于下层所致。

土壤 pH 是反映其母质属性、风化淋溶状况的重要指标，供试土壤 pH 与其黏粒硅铝率的相关性分析显示，两者呈显著相关（r=0.71，P＜0.05），表明土壤 pH 高低会影响黄壤的发育过程。剖面 H01由石灰岩风化发育而成，母质呈石灰性，在脱硅富铝化之前，要经历脱钙过程，故脱硅富铝化程度较低；剖面H05 的成土母质源于较新地层，发育时间短，脱硅富铝化程度虽高于剖面 H01，但明显低于其他剖面；剖面H04 发育于蓬莱镇组砂、泥岩风化物，成土母质虽也含一定钙质，但含量不及石灰岩风化物，加之所处海拔较高，淋溶作用强，盐基易淋失，使土壤呈酸性，导致其脱硅富铝化程度要高于剖面H01 和H05，这也表明海拔对重庆市境内含钙母质形成黄壤的过程有影响；剖面H02 和H03 均由须家河组砂岩风化发育而成，母质呈酸性，无需经历脱钙过程，使得其脱硅富铝化程度较深。

将供试黄壤与贵州典型黄壤[26，29]对比可知，供试黄壤的盐基饱和度较高，大部分可达到 40%～60%，而贵州典型黄壤的盐基饱和度则多小于20%，表明供试黄壤的盐基淋溶强度不及贵州典型黄壤，这可能与贵州黄壤受高原气候影响，多为常湿润土壤水分状况有关；贵州典型黄壤的铁游离度为60%～80%，离铁作用强，而在供试黄壤中，除剖面 H01 的铁游离度高于 70%外，其余剖面的铁游离度均集中在50%～60%之间，要稍低于贵州典型黄壤；此外，供试黄壤的烧失水仅为 1.17%～11.75%，含量较低，通常典型黄壤的烧失水能达到9%～15%，这可能与贵州典型黄壤分布区的气候更加湿冷有关。

3.2 重庆市黄壤的系统分类及其与发生分类和WRB 的参比

在系统分类归属上，供试黄壤分别归为淋溶土和雏形土2 个土纲、3 个亚纲、5 个土类和5 个亚类。各供试剖面中，仅剖面H01 有铁锰斑纹，这可能与其下部土层黏粒含量较高有关，加之所处位置靠近诸佛江，降水丰沛，使得透水性较差的黏化层易出现间歇性水分饱和，进而有铁锰斑纹形成，故被归为铁质湿润淋溶土的斑纹亚类。剖面 H02、H03 和H04 均具有铝质现象，这与黄壤的 pH 低、交换性铝含量高等特征[26]相符；此外，剖面 H02 和 H04分布于低山坡地，所处区域多云雾，土壤水分状况为偏向常湿润的湿润土壤水分状况，故分别被归为铝质湿润淋溶土和铝质湿润雏形土的黄色亚类。

由供试土壤的系统分类和发生分类参比可知，相较于发生分类，中国土壤系统分类（CST）具有更高的区分度，本文仅选取了发生分类的1 个土类（黄壤）作为供试土壤，但供试的5 个代表性黄壤剖面在系统分类中则分属于5 个土类，并将发育典型的黄壤归为CST 淋溶土纲的铝质土类或亚类，这充分表明相较于发生分类，CST 分类体系对供试土壤的类型区分更加细化、准确。由供试土壤的CST 与WRB 分类参比可知，被归为淋溶土土纲（CST）的黄壤可分属高活性淋溶土（Luvisols）和高活性强酸土（Alisols）2 个WRB 一级单元，被归为雏形土土纲（CST）的黄壤则同样也被归为WRB 的雏形土一级单元，这与龚子同等[30]的参比结果类似；此外，供试土壤在CST 中的土类归属和在WRB 中仅用主要限定词修饰的二级单元归属呈一一对应关系，个别CST 土类的词首和WRB 二级单元的主要限定词相似，表明两种分类之间有较好的对应性，但由于CST 和 WRB 的分类原则和侧重点有所不同，故也存在部分用于供试土壤CST 亚纲或土类区分的诊断特性并未在 WRB 二级单元区分中体现，有些指标可能会体现在一级单元区分中。

4 结 论

在重庆市境内，须家河组砂岩母质发育的黄壤脱硅富铝化最为明显，蓬莱镇组紫色砂、泥岩母质发育的黄壤次之，石灰岩母质和更新统老冲积物发育的黄壤脱硅富铝化程度则相对较低；相比而言，须家河组砂岩母质发育的黄壤较为典型。5 个供试黄壤剖面在中国土壤系统分类（CST）中分别被归为2 个土纲（淋溶土和雏形土）、3 个亚纲、5 个土类、5 个亚类和5 个土族，其CST 归属与发生分类归属之间不是一一对应关系，相较于发生分类，CST 对供试黄壤具有更高的区分度，分类更加细化、准确；被中国土壤系统分类（CST）归为淋溶土的供试黄壤分属活性淋溶土和高活性强酸土 2个世界土壤资源参比基础（WRB）一级单元，而被CST 归为雏形土的供试黄壤则同样也被WRB 归为雏形土（一级单元）。