关中地区塿土系统分类归属及代表土系建立*

吴 娟，齐雁冰，常庆瑞，刘梦云，白丽敏

（西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌 712100）

土壤分类不但是土壤科学发展水平的标志，也是区域土壤资源利用因地制宜的基础。以诊断层和诊断特性为基础的标准化和定量化的中国土壤系统分类已经受到世界各国的普遍认可[1]。随着全国性土系调查工作的全面开展，基于土壤系统分类的土壤调查和分析方法的科学性和规范性日趋完善，在国内的认可度进一步提升。

我国农业历史悠久，农业生产活动是影响土壤形成过程及其分类归属的重要因素，我国在发生分类阶段就曾对受强烈人为活动影响的土壤在分类上十分重视，如提出水稻土土纲，灌淤土和塿土土类以及菜园土土属[2]，而在中国土壤系统分类中将人为土列为单独土纲，下设水耕人为土和旱耕人为土两个亚纲[1]。受中国系统分类的影响，世界土壤资源参比基础（WRB）中也采用了例如灌淤层、堆垫层、草垫层等诊断层，用于划为灌淤土、堆垫土、草垫土等人为土壤[3]。美国土壤系统分类虽未单独设立人为土土纲，但在其诊断层的设立以及人为干扰特性均有体现人为活动对分类的影响[4]。近年来我国学者围绕水稻土、灌淤土、菜园土等的系统分类也开展了大量的工作，进一步完善中国土壤系统分类和提升其在国际上的影响[5-9]。

分布在陕西关中地区的塿土被认为是受长期农业生产活动-土粪堆垫影响形成的典型人为土壤。作为中国古老农业的发祥地，关中平原曾是历代政治、文化和经济活动的中心。公元前11 世纪时就有后稷“教农稼穑，树艺五谷”的传说，并注意到腐烂的杂草有肥田的作用[10]；战国时期已有人工施肥的记载，西汉到北魏时期，新的施肥方法如基肥、追肥和溲种等也迅速发展，并普遍实行秸秆垫圈-踏肥的制肥方法[11-12]，明清时期粪肥种类及施用量大增，除牲畜粪外，坑土、墙（老）土、灶土等也成为粪肥品种，年施肥量达到130～670 kg·hm–2不等[10]，且用于制作粪肥（粪尿与土的比例为1∶3～4）的黄土均是取自村庄附近的壕，而非取自于耕种田块[13]。这种历时数千年的土粪施用在原耕种土壤表层形成20～100 cm 厚度不等的堆垫层次。长期的土粪堆垫使塿土剖面分化出堆垫层而使其性质显著区别于下边被埋藏土壤，如覆盖表层有机碳储量增大和加剧形成复合剖面[13-15]。正是由于塿土受到强烈的人为干扰，导致无论是对其成土过程的认识，还是塿土的发生分类或系统分类归属方面，一直存在较大的分歧[16-21]。塿土的发生分类归属曾几经变更，第一次和第二次土壤普查初期均将塿土作为单独土类看待，但在总结普查成果时又均将其作为褐土的一个亚类，而其之下所划分的土属或土种数量及类型也有较大的变化[16，20，22-25]。自我国开展土壤系统分类开始，塿土的诊断层及诊断特性就受到学者们的重视，贾恒义等[26]和田积莹等[27]通过比较堆垫层与被覆盖土层在土壤颗粒组成、碳酸钙、pH 及非交换型钾等方面的差异，提出了塿土诊断层的诊断特性。史成华和龚子同[28]分析了堆垫表层的厚度、有机质含量、双重耕种熟化层段、速效磷含量及人为活动侵入体等方面进行讨论，在此基础上提出了堆垫表层的检索标准的建议。在系统分类初期，对于塿土的系统分类归属特别注重剖面具有双重淋淀层段，以至于将塿土与堆垫土混淆（首次方案）[29]，给检索带来困难，后经过完善在《中国土壤系统分类（第三版）》[1]中将符合检索条件的塿土归为土垫旱耕人为土，如果不符合检索标准的，基本划归为淋溶土或雏形土[30-31]。闫湘等[32-33]曾对关中地区6 个塿土剖面的高级及基层分类进行过探索，认为其分别隶属于肥熟土垫旱耕人为土、斑纹土垫旱耕人为土、石灰土垫旱耕人为土、普通土垫旱耕人为土、普通钙积干润淋溶土，并提出将堆垫表层定义中“土表至50 cm 有机碳加权平均值≥4.5 g·kg–1”修订为“土表至50 cm 范围内各亚层有机碳均≥4.5 g·kg–1”以及增加黏化土垫旱耕人为土亚类的建议，这为塿土系统分类研究奠定了基础，但因研究的剖面数量较少而缺乏对塿土系统分类全面的认识。

土壤基层分类及代表土系的建立对丰富我国土壤系统分类体系及指导农业生产具有重要意义，建立较完整的土壤信息系统，进一步加强土壤系统分类中基层分类仍是土壤分类研究的重点[34]。基于此，本文以关中地区18 个典型塿土剖面为研究对象，旨在通过土壤野外调查、样品采集与分析，确定其诊断层和诊断特性及其在中国土壤系统分类中高级及基层分类单元归属，为塿土资源的开发与合理利用提供基础，也为进一步完善中国土壤系统分类提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

塿土的主要分布区—关中平原位于断层陷落区，后经渭河、泾河及洛河等冲积而成。该区位于33°39′～35°52′N，106°56′～110°22′E，南依秦岭，北邻黄土高原，地貌主要由冲积平原和黄土阶地平原两部分组成。属暖温带半湿润季风气候，年均温12℃～14℃，年均降雨量530～750 mm，多集中在7—9 月。关中平原自然植被为暖温带落叶阔叶林向森林草原过渡地带，成土母质为黄土，土体深厚。塿土作为关中地区主要的耕作土壤，面积近1 万km2，占关中农业土壤的57%，虽然仅占陕西全省土壤总面积的5%，但关中地区粮食产量却占到全省的70%以上，占据重要的生产地位[14]。

1.2 样品采集与分析

在第二次土壤普查形成的塿土空间分布图的基础上，参考关中平原土地利用现状及交通状况，选取18 个典型塿土剖面作为研究对象（图1）。野外挖掘标准土壤剖面（剖面深度120 cm 以上，图2），记录成土因素信息，根据颜色、质地、结构等的差异划分发生学层次，观察形态特征，并逐层采集环刀样和农化分析土样[35]。表1 为各剖面的具体位置和成土因素等基本信息。采集的土样在实验室经自然风干后，去杂、研磨过不同孔径筛后用于测定分析。其中，有机碳采用重铬酸钾-氧化外加热法测定，碳酸钙采用气量法测定，pH 采用电位计测定（土水比1∶2.5），容重采用环刀法测定，土壤粒径采用激光粒度仪测定[36]。

2 结 果

2.1 剖面形态特征及基本理化性质

2.1.1 剖面形态特征 由表2 可以看出，塿土剖面土壤色调主要为10YR、2.5Y，明度介于4～6，亮度介于2～4，变化范围较小，多数剖面表层土壤颜色较深；其中剖面61-009 成土母质为近代河流冲积物，其色调较一般塿土剖面更为偏棕。塿土土体深厚，均在120 cm 以上，堆垫表层（Aup+Aupb）厚度在22～80 cm，人为堆垫痕迹明显，可观察到炭渣、砖瓦片、陶瓷碎片等人为侵入体。该层次的物质来源-土粪是经过人工熟化而来，土壤结构呈现明显的熟化特征，具有团粒状结构及蜂窝状形态。堆垫表层之下则是原被埋藏土壤，原被埋藏土壤为褐土者，则具有明显的黏化层，具有紧实的棱柱或棱块状结构，结构面可观察到黏粒胶膜，其中剖面61-010 和61-054 受到原低阶地草甸成土环境的影响，剖面20 cm 以下各层次具有明显的腐殖质胶膜；原被埋藏土壤为黄绵土者（剖面61-099），堆垫表层之下一般为雏形层，具有弱发育的块状结构。受黄土母质富含碳酸钙的影响，有14 个剖面土体具有石灰性，碳酸钙淋溶较强烈，在剖面底部形成明显的钙积层，可观测到明显的碳酸钙假菌丝体或粉末等新生体。剖面61-009 和61-024 中下部可观察到绣纹锈斑，具有氧化还原特征，主要是由于剖面距离渭河较近，土地用于果园并具有灌溉管理措施。

图1 供试典型塿土样点分布图Fig. 1 Distribution of typical Lou soil profiles in Guanzhong area

图2 供试典型塿土剖面Fig. 2 Selected typical Lou soil profiles

表1 供试土壤剖面的成土环境Table1 Soil-forming environment of the studied soil profiles

2.1.2 土壤基本理化性质 由表2 可以看出，供试土壤质地以粉砂质壤土和粉砂质黏壤土为主，粉粒是各剖面含量最高的粒级（378～832 g·kg–1），黏粒含量也占有较高比例，剖面各层次黏粒含量介于51～425 g·kg–1。大部分剖面层次pH 位于8～9 之间，仅剖面61-009 和61-024 由于受到长期灌溉和施肥的影响，表层pH 已低于7.0。有机碳含量介于3.2～15.4 g·kg–1，均值为6.61 g·kg–1，剖面各层次差异明显，呈现从上至下递减趋势；表层平均达8.23 g·kg–1，以下层次平均仅为4.94 g·kg–1。容重介于1.22～1.75 g·cm–3，平均为1.52 g·cm–3。供试剖面CaCO3相当物含量跨度较大，介于0.7 g·kg–1～176.7 g·kg–1，剖面从上至下呈现先增多后降低的变化趋势。

2.2 诊断层与诊断特性

表3 供试土壤剖面诊断层与诊断特性Table3 Diagnostic horizons and characteristics of the studied soil profiles

2.2.1 诊断层和诊断现象 根据检索标准，供试剖面共涉及堆垫表层和淡薄表层2 个诊断表层，钙积层、雏形层和黏化层3 个诊断表下层以及堆垫现象和钙积现象2 个诊断现象（表3）。（1）堆垫表层：供试剖面符合堆垫表层条件的供试剖面有13 个，均满足厚度＞50 cm，在0～50 cm 范围内有机碳加权平均值≥4.5 g·kg–1，且可见炭渣、砖瓦片、陶瓷碎片等人为侵入体。（2）淡薄表层：剖面61-038、61-055、61-056、61-099 和61-153 的堆垫层厚度未达到50 cm，且不符合其他诊断表层检索，但符合淡薄表层的检索标准。（3）钙积层：剖面61-001 和61-007均可见明显的碳酸钙假菌丝体，且未观察到胶结和硬结成钙磐现象，含次生碳酸钙土层厚度分为45 cm和40 cm，剖面61-001 钙积层碳酸钙含量较上覆土层高175.0 g·kg–1，剖面61-007 钙积层碳酸钙含量较下覆土层高53.5 g·kg–1。剖面61-037，钙积层厚度为50 cm，碳酸钙含量为148 g·kg–1，出现碳酸钙粉末体积约大于5%。（4）雏形层：5 个剖面具有雏形层，为发育弱的块状结构。（5）黏化层：共13 个供试剖面具有黏化层，结合表2 和表3 ，多为黏粒含量相对增高，且可见黏粒胶膜（≥5%），出现的上界介于22～78 cm，厚度介于20～98 cm。（6）堆垫现象：剖面61-038、61-055、61-056、61-099、61-153，均为具有堆垫表层特征，但厚度介于20～50 cm，具有堆垫现象。（7）钙积现象：剖面61-056，含次生碳酸钙土层厚度分别为40 cm，碳酸钙含量较上覆土层高39.2 g·kg–1，具有钙积现象。

2.2.2 诊断特性 由表3 可见，供试剖面涉及4个诊断特性。分别为氧化还原特征、石灰性、温性土壤土温状况、半干润土壤水分状况。（1）氧化还原特征：剖面61-009 和61-024 中下部土层可见绣纹、锈斑，土壤结构体表面占优势的土壤润态彩度≤2。（2）石灰性：14 个供试剖面具有石灰性。这些剖面各层次呈现中度或强度的石灰反应，土表50 cm 范围内所有亚层中CaCO3相当物含量均≥10 g·kg–1，具有石灰性。（3）土壤温度状况：根据刘姣姣等[37]的分析，关中平原土壤温度级别均为温性。（4）土壤水分状况：由于18 个剖面土体均不受地下水上下迁移的影响，干燥度介于1.21～1.45，或由于受农田定期灌溉的影响，研究区均为半干润土壤水分状况。

2.3 在土壤系统分类中的归属

2.3.1 高级分类归属 根据高级分类单元检索标准，18 个供试土壤剖面隶属于3 个土纲、3 个亚纲、3 个土类和5 个亚类，其中3 个剖面为钙积土垫旱耕人为土，2 个剖面为斑纹土垫旱耕人为土，8 个剖面为普通土垫旱耕人为土，4 个剖面为堆垫简育干润淋溶土，1 个剖面为普通简育干润雏形土（表4）。

2.3.2 土族的建立 18 个供试剖面均不存在石质接触面和黏磐层，因此土壤控制层段设为 0～100 cm，并由之确定土族类型（表5）[38]。

表4 供试土壤剖面在系统分类高级分类单元中的归属Table4 Classification of the studied soil profiles at high levels

表5 供试土壤土族控制层段内鉴别特征Table5 Identification characteristics of the studied soil in the control horizons of soil family

（1）土壤颗粒大小级别：18 个供试剖面的岩石碎屑含量均＜25%，故没有“粗骨特性”，其中13 个剖面颗粒＜2mm 的部分中黏粒含量介于20%～35%，被检索为黏壤质，其余4 个试供剖面黏粒含量低于20%，检索为壤质。（2）土壤矿物类型：由于18 个剖面的颗粒大小级别分别为黏壤质和壤质，其矿物学类型由0.02～2 mm（粉粒+砂粒）颗粒决定，X射线衍射分析结果表明，剖面61-006 和61-007 剖面砂粒和粉粒中40%～60%为二氧化硅，属于硅质混合型，其余剖面二氧化硅及云母和长石含量均不符合云母、硅质和长石为主型的标准，因此为混合型。（3）土壤酸碱性：14 个供试剖面中，0～100 cm控制层段中颗粒＜2 mm 的部分有石灰反应，呈现石灰性。剖面61-009、61-024、61-010 和61-054，在0～100 cm 控制层段中均无石灰性，其水提液中pH介于5.9～8.6，均大于5.5，为非酸性。（4）土壤温度状况：如前文所述，18 个剖面的土壤温度级别均为温性。

表6 显示，18 个塿土剖面共隶属于9 个土族。钙积土垫旱耕人为土亚类下建立土族：（1）黏壤质混合型温性-钙积土垫旱耕人为土（剖面61-001、61-037）；（2）壤质硅质混合型石灰性温性-钙积土垫旱耕人为土（剖面61-007）。斑纹土垫旱耕人为土亚类下建立土族：壤质混合型非酸性温性-斑纹土垫旱耕人为土（剖面61-024、61-009）。普通土垫旱耕人为土亚类下建立土族：（1）黏壤质混合型石灰性温性-普通土垫旱耕人为土（剖面61-029、61-035、61-051、61-053）；（2）壤质混合型石灰性温性-普通土垫旱耕人为土（剖面61-004）；（3）壤质硅质混合型石灰性温性-普通土垫旱耕人为土（剖面61-006）；（4）黏壤质混合型非酸性温性-普通土垫旱耕人为土（剖面61-010、61-054）。堆垫简育干润淋溶土亚类下建立土族：黏壤质混合型石灰性温性-堆垫简育干润淋溶土（剖面61-038、61-055、61-056、61-153）。

普通简育干润雏形土亚类下建立土族：黏壤质混合型石灰性温性-普通简育干润雏形土（剖面61-099）。2.3.3 土系的建立 土系与土壤利用管理以及农业生产密切相关，是具有实用目的的分类单元，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[38]。土系的控制层段用以体现土壤整体剖面的性状，本研究中多数剖面0～120 cm 均未出现石质或准石质接触面，故将土系的控制层段设置为0～120 cm。特征土层是对土系划分具有诊断意义的诊断层及一些其他特殊土层。特征土层的种类、排列、厚度、土壤理化性质、新生体数量、剖面景观条件的分异，均是土系划分的依据[39]。

表6 供试剖面土族土系划分Table6 Classification of the studied soil profiles at the soil family and soil series levels

如表6 所示，18 个供试土壤剖面拟建18 个土系。在同一土族中，将剖面61-001 和61-037 划为杨凌系和上狼沟系，其中剖面61-001 位于塬面，层次质地构型为壤土-黏壤土，钙积层出现深度为120 cm，剖面61-037 位于洪积扇前缘，层次质地构型为粉壤土-粉土-粉壤土-粉质黏土，钙积层出现深度为70 cm，两个剖面在控制层段内地形部位、剖面质地构型以及钙积层出现深度均有较大差异，故划为不同土系。同一土族中将剖面61-009 和61-024分别划为二曲系和曹家堡系，在控制层段内存在颜色以及新生体类型的差异，其中剖面61-009 土壤颜色为黄棕，剖面61-024 颜色为浊黄棕，且在黏化层出现腐殖质胶膜。同一土族中，剖面61-029 和61-051虽然在剖面层次组合、土壤新生体类型、层次质地等方面均无较大差异，但前者地形部位为塬面，后者为河流阶地，故分别划分为杜曲系和青化系，剖面61-035 和61-053 分别划分为贤系和蜀仓系，其中剖面61-035 位于塬面，剖面组成为堆垫表层-雏形层，无土壤新生体，而剖面61-053 洪积扇前缘，剖面组成为堆垫表层-黏化层，土壤新生体为碳酸钙等聚集体。同一土族中，剖面61-038、61-056、61-055和61-153，因所处地形部位、黏化层出现深度和厚度以及土壤新生体的较大差异，故将剖面61-038、61-055、61-056 和61-153 分别划分为相虎系、磻溪系、潘家湾系和临平系。同一土族中，剖面61-010和61-054 虽然在剖面结构、质地构型、土壤新生体类型均无较大差异，但前者地形部位为山前洪积扇，后者为河流阶地，故分别划分为广济系和虢王系。在不同土族中，将剖面61-007、61-004、61-006、61-099暂划分为普集系、平路庙系、贞元系、坊镇系。

3 讨 论

土壤系统分类尽管以诊断层和诊断特性为依据，但发生学思想是确定诊断依据的基础，因此发生分类与系统分类应可以反映类似的土壤形成过程特征。但由于系统分类的定量化特征，使得系统分类与发生分类的参比具有不确定性。本文的结果显示，发生分类的相同土种在系统分类中却有不同的归属，如剖面61-037（上狼沟系）与61-035（到贤系）在发生分类中均属于塿墡土土种，而在系统分类中分别属于钙积土垫旱耕人为土和普通土垫旱耕人为土亚类。在发生分类中剖面61-001（杨凌系）、61-006（贞元系）和61-153（临平系）均属于红油土，但在系统分类中分别属于钙积土垫旱耕人为土、普通土垫旱耕人为土和堆垫简育干润淋溶土亚类。剖面61-009（二曲系）与61-051（青化系）在发生分类中均属于红立茬土，在系统分类中属于斑纹土垫旱耕人为土和普通土垫旱耕人为土。发生分类重视成土条件并据此推测土壤成土过程，忽略土壤不同量化的属性，易将不同发育程度的塿土划为同一土种。实践证明土壤系统分类将定量化指标作为分类依据，更精确地体现单个土体之间的差异，解释土壤类型[38]。

堆垫层厚度是塿土系统分类归属的重要依据，为了更准确地了解塿土堆垫层厚度在空间上的分布状况，全面搜集和整理具有完整塿土剖面层次及其深度划分的71 个塿土剖面，对堆垫层厚度进行统计。根据《陕西土种志》[40]、《陕西土壤》[24]、《西安土壤》①西安市土壤普查办公室，西安市土壤肥料工作站. 西安土壤（内部资料）. 1988.、《武功土壤》[41]、《宝鸡土壤》[42]、《咸阳土壤》②陕西省咸阳市土壤普查办公室，陕西省咸阳市农业区划办公室. 咸阳土壤（内部资料）. 1987.、《渭南土壤》[43]等资料中塿土剖面数据，塿土堆垫表层厚度跨度较大，在17～97 cm 之间，平均值为50.07 cm，71 个调查剖面中厚度在50 cm以上的占到49.30%，由此表明近1/2 塿土具有较厚的堆垫表层。同时堆垫表层的厚度也具有一定的生产意义，厚度大于50 cm 的塿土小麦产量高于厚度小于50 cm，且远高于厚度小于25 cm 的塿土[24]，同时更高的厚度与50 cm 厚度相比产量提高幅度甚微。本研究中的18 个剖面中有13 个的厚度大于50 cm，这些剖面大都分布于关中中部农业生产历史最为悠久的区域，与关中地区农业生产的实际状况相符，因此本结果表明将50 cm 设定为堆垫表层检索的标准是合理的。

根据《中国土壤分类系统检索（第三版）》[1]的检索标准，只有覆盖层超过50 cm 的才被划归为堆垫表层，厚度在20～50 cm 的被认为是堆垫现象。覆盖层厚度达到堆垫表层的标准的塿土被划为土垫旱耕人为土，达不到堆垫表层标准的塿土多数划归为干润雏形土或干润淋溶土。剖面61-038、61-055、61-056、61-153 供试土壤在系统分类中属于简育干润淋溶土土类下设的堆垫简育干润淋溶土。剖面61-099 在系统分类中归属于简育干润雏形土土类，根据检索[1]，当干润雏形土不满足灌淤、铁质、底锈、暗沃的标准时则被划为简育干润雏形土，而在简育干润雏形土土类下仅设普通简育干润雏形土1个亚类，虽然已经增设了钙积简育干润雏形土，但并未反映具有塿土堆垫特征的亚类，为此建议在简育干润雏形土土类下再增设一个堆垫简育干润雏形土亚类，以进一步完善中国土壤系统分类。

4 结 论

调查的关中地区18 个典型塿土剖面在中国土壤系统分类中，归属于3 个土纲、3 个亚纲、3 个土类和5 个亚类（钙积土垫旱耕人为土、斑纹土垫旱耕人为土、普通土垫旱耕人为土、堆垫简育干润淋溶土和普通简育干润雏形土），可以划分为9 个土族和18 个土系。相较于发生分类，土壤系统分类可以更精确地体现和表征土壤发育过程及发育程度的差异，塿土的堆垫表层50 cm 厚度的标准仍适用于典型塿土的系统高级分类。针对塿土归属于简育干润雏形土的塿土情况，为进一步完善中国土壤系统分类，强化堆垫现象的区分能力和分类的准确性，建议在简育干润雏形土土类下增设堆垫简育干润雏形土亚类。