湘東地區花崗巖紅壤在中國土壤系統分類中的歸屬①

歐陽寧相，張楊珠，盛 浩，周 清，黃運湘，廖超林，羅蘭芳，袁 紅

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湘東地區花崗巖紅壤在中國土壤系統分類中的歸屬①

歐陽寧相，張楊珠*，盛 浩，周 清，黃運湘，廖超林，羅蘭芳，袁 紅

(湖南農業大學資源環境學院，長沙 410128)

為了研究湖南省東部花崗巖紅壤在中國土壤系統分類中的歸屬，選取湘東地區8個由花崗巖母質發育的典型土壤剖面，在對其成土環境、剖面形態特征及其理化性質進行研究的基礎上，按照中國土壤系統分類方案，檢索出了其診斷層和診斷特性，據此確定了其在中國系統分類中的歸屬。結果表明，供試的8個土壤剖面包含了淡薄表層、暗瘠表層、低活性富鐵層、黏化層等9個診斷層和診斷特性，其在中國系統分類體系中的位置分別為：淋溶土、富鐵土和雛形土3個土綱；濕潤淋溶土、濕潤富鐵土和濕潤雛形土3個亞綱；簡育濕潤富鐵土、鋁質濕潤淋溶土、酸性濕潤淋溶土和鋁質濕潤雛形土4個土類；普通鋁質濕潤雛形土、普通簡育濕潤富鐵土、普通鋁質濕潤淋溶土、普通酸性濕潤淋溶土4個亞類；按照土族和土系劃分標準，建立了黏壤質硅質混合型酸性熱性-普通鋁質濕潤雛形土等6個土族和脫甲系(43-CS18) 等8個土系。實踐表明，目前的土族土系劃分標準適用于供試土壤基層分類單元劃分。與土壤發生學分類結果相比，土壤系統分類結果更能定量反映出湘東花崗巖母質發育土壤性狀的差異，進而客觀反映出土壤發育階段和土壤類型的差異。

湘東地區；花崗巖紅壤；診斷層和診斷特性；系統分類；高級單元；土族和土系

自美國土壤學界推出《土壤系統分類》[1]一書后，土壤分類進入了定量化、標準化的階段。以診斷層和診斷特性為基礎，定量化、標準化為特點的系統分類已成為國際土壤分類的主流。為加強我國土壤信息在國際上的交流，于2001年出版的《中國土壤系統分類檢索(第三版)》[2-3]使我國土壤分類進入世界三大分類系統之一[4]。與此同時許多從事土壤分類的學者參與到系統分類，在我國各個典型區域展開了一些土系研究工作，如武繼承等[5]在豫東平原、齊善忠等[6]在甘肅臨澤樣區、顧也萍等[7]在安徽宣城樣區、幸剛等[8]對黑龍江省的淋溶土、王秋兵等[9]對遼寧沈陽樣區、關欣等[10]對南疆平原典型荒漠樣區的耕種土壤、閆湘等[11]對陜西關中土墊旱耕人為土樣區、王勇等[12]對北京鶩峰國家森林公園土壤、安紅艷等[13]對冀北山地的棕壤和褐土、李軍等[14]對冀北地區的鹽堿化土壤、鞠兵[15]等對河南省典型淋溶土、莊云等[16]對陜南煙田土壤等均建立了數量不等的典型土系。到目前為止，我國建立的土系數量大致僅有1 000多個，僅約為美國的4.5%，估計不足全國“潛在土系”總量的5%，因此加強我國土壤系統分類中基層分類的建立是十分必要的任務[17]。

湖南省東部屬于中亞熱帶季風氣候，東面與幕阜山脈相連，北面與洞庭湖平原相接，南面與五嶺山脈相鄰，生物氣候條件復雜，土壤類型多樣[18]。該區域由花崗巖發育的土壤在全國第二次土壤普查的土壤分類體系中屬于紅壤土類，根據氣候條件與成土環境的差異，在亞類上又區分為紅壤、黃紅壤、棕紅壤、紅壤性土4個亞類[19]。近年來，雖有學者研究湖南地區的土壤系統分類[20-22]，但大部分還是集中于高級分類單元的劃分，很少看到有關該區域土系劃分的研究文獻。因此，本研究在對湖南東部8個花崗巖發育的典型土壤剖面的成土環境、剖面形態特征及其理化性質進行系統研究的基礎上，按照中國土壤系統分類方案[3]，確定其診斷層和診斷特性，進行其高級分類單元與基層分類單元的劃分，確定其在中國土壤系統分類中的歸屬，旨在為豐富和完善我國土壤系統分類提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

湘東地區主要包含長沙、株洲、湘潭、岳陽4個地級市，地處111°53′ ~ 114°14′E，29°52′ ~ 26°46′N，屬于中亞熱帶季風區，夏季高溫多雨，冬季溫和多雨，年均氣溫16 ~ 19°C，年降雨量1 300 ~ 1 500 mm，日照均值1 623.1 h；湘東地區地勢西北低，東南高，地貌類型包括山地、丘陵和平原；復雜的成土母質、地形地貌和氣候條件造就了復雜的土壤類型。

1.2 供試土壤成土環境

本研究參照《湖南土壤》[18]和《湖南土種志》[23]中對花崗巖紅壤的描述與分類以及全國第二次土壤普查數據，結合母質分布圖、土地利用現狀圖、高程圖等，確定8個野外取樣點。各剖面點的地理分布與剖面成土環境見圖1和表1。

1.3 樣點采集與分析

在取樣點位，挖掘標準土壤剖面(深1.5 ~ 2.0 m，寬1.2 m)，根據土壤形態學特征進行分層，依照《野外土壤描述與采樣手冊(定稿，2015)》對土壤剖面進行詳細地描述，并拍照記錄剖面以及周圍景觀。

土壤測定：全氮測定采用凱氏定氮法；全磷測定采用堿熔-鉬銻抗比色法；全鉀測定采用堿熔-火焰光度法；機械組成測定采用吸管法；有機質測定采用重鉻酸鉀外加熱法；pH 測定采用電位法(液土比2.5︰1)；陽離子交換量及交換性鹽基組成測定采用乙酸銨交換法(陽離子交換總量使用凱氏定氮法，K+、Na+使用火焰光度法，Ca2+、Mg2+采用EDTA滴定)；交換性H、Al 采用氯化鉀交換-中和滴定法；全鐵、鋁、硅測定采用碳酸鋰-硼酸熔融法，土壤游離鐵測定采用連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉-重碳酸鈉法(DCB法)，活性鐵測定采用草酸-草酸銨法提取[24]。

表1 供試土壤的成土環境

2 結果與分析

2.1 供試土壤剖面形態特征與主要理化性質

表2為湘東地區8個花崗巖紅壤的剖面形態特征描述。從土壤潤態顏色來看，土壤色調為介于2.5YR ~ 10R之間，明度介于3 ~ 7之間，彩度介于4 ~ 8之間，大部分剖面均表現為自上而下明度逐漸變亮。43-CS18剖面土體深厚，表層土壤為團粒狀質地疏松，下層為塊狀質地堅實，孔隙度自上而下逐漸降低；43-ZZ04剖面土體深厚，表層土壤結構為團粒狀，下層為塊狀，土體通體較為疏松，孔隙度從上至下逐漸降低，50 ~ 145 cm之間出現少量黏粒膠膜；43-ZZ10剖面土體深厚，表層土壤結構為團粒狀，下層為塊狀，土體通體較為疏松，孔隙度從上至下逐漸降低，30 ~ 120 cm之間出現少量黏粒膠膜；43-ZZ16剖面土體深厚，表層土壤結構為團粒狀，下層為塊狀，土體通體較為疏松，表層孔隙度很高，下層逐漸降低；43-XT02剖面土體深厚，表層土壤結構為團粒狀，下層為塊狀，表層土壤質地松散，底部堅實，孔隙度從上至下逐漸降低，18 ~ 160 cm處出現黏粒膠膜，其中55 ~ 100 cm處黏粒膠膜豐度較多；43-YY01剖面土體深厚，表層土壤結構為團粒狀，下層為塊狀，土體通體較為疏松，孔隙度從上至下逐漸降低；43-YY05剖面土體深厚，表層土壤結構為團粒狀，下層為塊狀，表層土壤疏松，土壤通體均有黏粒膠膜，70 ~ 200 cm處出現鐵錳斑紋；43-YY10剖面土體深厚，表層土壤結構為團粒狀，下層為塊狀，表層土壤疏松，30 ~ 200 cm處出現黏粒膠膜。

表2 供試土壤的剖面形態特性

表3和表4為供試土壤各層次用于確定土壤系統分類的相關理化性質的測定結果。從測試結果可看出，8個剖面各個層次的水提pH均小于5.5，為酸性。土壤質地以黏壤土為主，各層次黏粒含量介于79.8 ~ 517.7 g/kg；43-ZZ16、43-XT02和43-YY05剖面均有黏化率≥1.2倍的黏化層。全鐵含量介于13.62 ~ 86.90 g/kg；游離氧化鐵含量介于3.34 ~ 46.57 g/kg，均值為23.41 g/kg；鐵的游離度介于24.5% ~ 82.11%。黏粒CEC7介于22.89 ~ 94.29 cmol(+)/kg，均值為41.75 cmol(+)/kg。鋁飽和度介于37.98% ~ 88.29%。

表3 供試土壤物理性質

表4 供試土壤化學性質

2.2 供試土壤的診斷層與診斷特性

按照《中國土壤系統分類檢索(第三版)》[3]有關診斷層、診斷特性及控制層段的定義，建立了供試土壤在高級分類中的診斷層與診斷特性，其結果列于表5。

表5 供試土壤診斷層與診斷特性

2.2.1 診斷表層 1) 暗瘠表層。剖面43-ZZ04表層厚度為20 cm，表層潤態顏色為5YR3/3，明度彩度均<3.5，有機碳含量為11.36 g/kg，鹽基飽和度<50%，土壤結構為團粒狀。剖面43-ZZ16表層厚度為25 cm，表層潤態顏色為10YR3/3，明度彩度均<3.5，有機碳含量為29.52 g/kg，鹽基飽和度<50%，土壤結構為團粒狀。剖面43-YY01表層厚度為20 cm，表層潤態顏色為10YR3/3，明度彩度均<3.5，有機碳含量為18.03 g/kg，鹽基飽和度<50%，土壤結構為團粒狀。剖面43-YY05表層厚度為23 cm，表層潤態顏色為2.5YR3/3，明度彩度均<3.5，有機碳含量為17.71 g/kg，鹽基飽和度<50%，土壤結構為團粒狀。剖面43-YY10表層厚度為30 cm，表層潤態顏色為5YR3/3，明度彩度均<3.5，有機碳含量為17.71 g/kg，鹽基飽和度<50%，土壤結構為團粒狀。

2) 淡薄表層。剖面43-CS18表層厚度為30 cm，表層潤態顏色為5YR 5/8，明度彩度均>3.5，有機碳含量為11.56 g/kg，鹽基飽和度<50%，土壤結構為團粒狀。剖面43-ZZ10表層厚度為30 cm，表層潤態顏色為2.5YR3/6，明度彩度均>3.5，有機碳含量為5.82 g/kg，鹽基飽和度<50%，土壤結構為團粒狀。剖面43-XT02表層厚度為18 cm，表層潤態顏色為5YR6/6，明度彩度均>3.5，有機碳含量為22.8 g/kg，鹽基飽和度<50%，土壤結構為團粒狀。

2.2.2 診斷表下層 1)低活性富鐵層。剖面43- ZZ04，BA層厚度為30 cm，色調為5YR，DCB浸提游離鐵含量為40.54 g/kg，游離鐵占全鐵含量>40%，BA層的CEC7均<24 cmol(+)/kg黏粒。

2) 黏化層。黏化層是土體內黏粒含量相對富集的層次，定量判定其黏粒富集的程度、診斷黏化層的指標為黏化率。根據表3剖面43-ZZ16的BC1層、43-XT02的B層和43-YY05的B層的黏化率分別為1.29%、1.27% 和1.31%，均≥1.2倍，因此該層也為黏化層。

3) 雛形層。在受各種氣候、地形、母質和植被條件下發育程度較弱的土壤稱為雛形土[2]。根據供試土壤的剖面特性(表2)和物理性質(表3)，43-CS18號剖面B層厚度為30 cm，土層體積90%以上有土壤結構的發育，無明顯的土壤新生體，顏色為5YR 6/8，土壤質地為黏壤土，雖有少量黏粒淀積，黏化率為1.17%，但未到達黏化層要求，所以定為雛形層。43-ZZ10號剖面B層厚度為55 cm，土層體積90% 以上有土壤結構的發育，顏色為2.5YR 4/8，土壤質地為黏壤土，雖有土體內有少量黏粒膠膜，黏化率為0.75%，但未到達黏化層要求，所以定為雛形層。43-YY01號剖面AB層厚度為20 cm，土層體積90% 以上有土壤結構的發育，顏色為10YR 5/8，土壤質地為砂質黏壤土，土體內無明顯的新生體，黏化率為1.07%，未到達黏化層要求，所以定為雛形層。43- YY10號剖面B層厚度為25 cm，土層體積90% 以上有土壤結構的發育，顏色為5YR 4/8，土壤質地為黏壤土，雖然土體內有黏粒膠膜，黏化率為0.9%，未到達黏化層要求，所以定為雛形層。

2.2.3 診斷特性 鋁質現象：根據表4可知，供試土壤中43-CS18、43-ZZ04、43-ZZ10、43-XT02、43-YY01、43-YY05和43-YY10號剖面均有陽離子交換量(CEC7) >24 cmol(+)/kg黏粒、pH(KCl浸提)<4.5、鋁飽和度>60% 的層次，因此具有鋁質現象。

鐵質特性：根據表4可知，供試土壤中43-CS18、43-ZZ04、43-ZZ10、43-XT02、43-YY05和43-YY10號剖面均有游離Fe2O3≥20 g/kg、游離鐵占全鐵超過40% 的層次，但由于黏粒CEC7>24 cmol(+)/kg黏粒，因此具有鐵質特性。

土壤水分與溫度狀況：湘東地區屬于亞熱帶季風氣候，年均氣溫16 ~ 19°C，年降水量1 300 ~ 1 500 mm。據《中國土壤系統分類檢索(第三版)》[3]對土壤水分與溫度狀況的定義，供試土壤的水分與溫度狀況劃為熱性土壤溫度狀況和濕潤土壤水分狀況。

2.3 供試土壤在中國土壤系統分類中的歸屬

2.3.1 高級分類單元劃分 參照《中國土壤系統分類檢索(第三版)》[3]對高級分類單元的劃分標準，通過對供試土壤的診斷層與診斷特性的檢索，8個花崗巖紅壤剖面共涉及普通鋁質濕潤雛形土、普通簡育濕潤富鐵土、普通鋁質濕潤淋溶土、普通酸性濕潤淋溶土4個亞類(表6)。

2.3.2 基層分類單元劃分 1) 土族劃分。根據中國土壤系統分類土族和土系劃分標準[17]，土族控制層段為從診斷表下層的上界或從表土層、耕作層的下界往下至100 cm深處，或至淺于100 cm的根系限制層上界或石質接觸面。根據其標準供試土壤中43-YY01號剖面的根系限制層出現在90 cm位置，因此將其下界劃在90 cm。在劃定土族控制層段的基礎上，以供試土壤控制層段內的顆粒大小級別、礦物學類型、土壤溫度狀況以及石灰性的有無為依據(表7)，可將供試土壤分為黏壤質硅質混合型酸性熱性-普通鋁質濕潤雛形土、黏質高嶺石型酸性熱性-普通簡育濕潤富鐵土、黏壤質硅質混合型酸性熱性-普通酸性濕潤淋溶土、黏壤質硅質混合型酸性熱性-普通鋁質濕潤淋溶土、砂質硅質混合型酸性熱性-普通鋁質濕潤雛形土、黏質高嶺石型酸性熱性-普通鋁質濕潤淋溶土6個土族。

表6 供試土壤在系統分類高級分類單元的歸屬

表7 供試土壤土族控制層段內鑒別特征

2)土系劃分。根據《中國土壤系統分類土族、土系建立的原則與標準》[17]，土系劃分的鑒別標準包括：①特定土層的深度和厚度；②表層土壤的質地；③土系控制層段中巖石碎屑“結核”侵入體等。參照土系劃分標準[17]，供試土壤的土系劃分結果如下：①因供試剖面中黏質高嶺石型酸性熱性-普通簡育濕潤富鐵土(43-ZZ04)、黏壤質硅質混合型酸性熱性-普通酸性濕潤淋溶土(43-ZZ16)、黏壤質硅質混合型酸性熱性-普通鋁質濕潤淋溶土(43-XT02)、砂質硅質混合型酸性熱性-普通鋁質濕潤雛形土(43-YY01)和黏質高嶺石型酸性熱性-普通鋁質濕潤淋溶土(43-YY05)不在一個土族內，所以在土系劃分時將其劃分為：大江系(43-ZZ04)、大塘系(43-ZZ16)、江田系(43-XT02)、源頭系(43-YY01)和石橋系(43-YY05)；②同一土族內剖面43-CS18、43-ZZ10和43-YY10的土系劃分，根據土系劃分依據(表8)，剖面43-CS18的母質層出現在145 cm處，而另兩個剖面的母質層均在200 cm以下，剖面43-ZZ10和43-YY10在土系控制層段內的土體色調不同，因此將其劃分為脫甲系(43-CS18)、土珠嶺系(43-ZZ10)和芭蕉系(43-YY10)。

表8 供試土壤土系劃分依據

3 討論

3.1 湘東地區花崗巖母質發育土壤在發生分類與系統分類的參比關系

根據表6所示，湘東地區8個典型花崗巖紅壤在中國土壤發生分類與中國土壤系統分類中呈不對應關系。由于8個供試剖面同為花崗巖母質發育土壤且成土環境趨于一致，因此在中國土壤發生分類中同屬鐵鋁土綱、紅壤土類及亞類，但在系統分類中則被劃分為淋溶土、富鐵土和雛形土3個土綱，濕潤淋溶土、濕潤富鐵土和濕潤雛形土3個亞綱；簡育濕潤富鐵土、鋁質濕潤淋溶土、酸性濕潤淋溶土和鋁質濕潤雛形土4個土類；普通鋁質濕潤雛形土、普通簡育濕潤富鐵土、普通鋁質濕潤淋溶土和普通酸性濕潤淋溶土4個亞類。土壤發生分類重視成土條件和推測的成土過程，而不重視土壤本身的屬性，結果是把同一地區、同一母質處于發育不同階段的土壤都劃分為同一個土類或亞類。而土壤系統分類在遵循土壤發生學理論的基礎上，重視土壤本身性質，以定量的診斷層和診斷特性為依據，劃分土壤類型，將 8 個供試土壤剖面，劃分出雛形土、淋溶土和富鐵土 3 個土綱，體現出土壤發育程度的差異。

3.2 《中國土壤系統分類土族、土系建立的原則與標準》[17]在花崗巖紅壤基層分類中的應用

根據中國土壤系統分類土族和土系的劃分標準[17]，對供試土壤進行了土族土系劃分，共建立了脫甲系等8個土系，按照標準[17]設定土族控制層段，依據控制層段內土壤顆粒級別，不同顆粒級別的礦物組成、土壤溫度狀況、石灰性與土壤酸堿性、土體厚度等特征劃分土族；再設定土系控制層段，依據表土質地、診斷層出現位置等進行土系劃分。根據其標準[17]在劃分過程中未出現不適用現象，說明目前的土族土系劃分標準在湘東花崗巖母質發育土壤的土壤基層分類劃分中是適用的。通過此標準[17]建立土族和土系，既實現了花崗巖紅壤高級分類單元的續分，又補充了該類型土壤的基礎信息。

4 結論

1) 受局部區域氣候條件、植被類型和地形地貌等成土環境的影響，湘東地區所調查的8個花崗巖紅壤剖面的發生特性各有其特點，使其土壤類型復雜多樣。按照中國土壤系統分類方案[3]，檢索出供試剖面包含淡薄表層、暗瘠表層、低活性富鐵層、黏化層等9個診斷層和診斷特性，據此確定其在中國系統分類中的位置分別為：淋溶土、富鐵土和雛形土3個土綱；濕潤淋溶土、濕潤富鐵土和濕潤雛形土3個亞綱；簡育濕潤富鐵土、鋁質濕潤淋溶土、酸性濕潤淋溶土和鋁質濕潤雛形土4個土類；普通鋁質濕潤雛形土、普通簡育濕潤富鐵土、普通鋁質濕潤淋溶土和普通酸性濕潤淋溶土4個亞類。與土壤發生學分類結果相比，土壤系統分類結果更能定量反映出湘東花崗巖母質發育土壤性狀的差異，進而客觀反映出土壤發育階段和發育類型的差異。

2) 根據中國土壤系統分類中土族土系劃分標準[17]，建立了黏壤質硅質混合型酸性熱性-普通鋁質濕潤雛形土、黏質高嶺石型酸性熱性-普通簡育濕潤富鐵土、黏壤質硅質混合型酸性熱性-普通鋁質濕潤雛形土等6個土族，脫甲系(43-CS18)、大江系(43-ZZ04)、珠嶺系(43-ZZ10)等8個土系。實踐表明，目前的土族土系劃分標準適用于湘東花崗巖母質發育土壤的基層分類單元劃分。

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Taxonomy of Granite-derived Red Soils in Eastern Hunan

OUYANG Ningxiang, ZHANG Yangzhu*, SHENG Hao, ZHOU Qing, HUANG Yunxiang, LIAO Chaolin, LUO Lanfang, YUAN Hong

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

In this paper, 8 typical granite-derived soil profiles in eastern Hunan Province were selected, the information of soil-forming environment and profile morphological characteristics were observed in fields, the physico-chemical properties of soils were measured in lab, the diagnostic horizons and diagnostic characteristics of the soil profiles were determined, the senior units and basic units of taxonomy were identified and established according the definition and standards on Chinese Soil Taxonomy. The results show that there are 9 diagnostic horizons and characteristics such as Ochric epipedon, Umbric epipedon, LAC-ferric horizon and Argic horizon in the 8 soil profiles. These soil profiles belong to Argosols, Ferrosols and Cambosols in soil order and to four soil subgroups of Typic Ali-udic Cambosols, Typic Hapli-udic Ferrosols, Typic Ali-udic Argosols and Typic Acidi-udic Argosols. According to the classification standards of soil family and soil series, 6 soil families and 8 soil series are identified and established finally. This study proved that the current classification standards of soil family and soil series are applicable in determining the basic units of soil taxonomy, and compared with soil genetic classification, and soil taxonomy can better reflect the differences in granite-derived soil characteristics in eastern Hunan and disclose more accurately the differences in soil developmental stage and in soil types.

Eastern Hunan; Granite red soil; Diagnostic horizon and diagnostic characteristics; Chinese Soil Taxonomy; Senior unit; Soil family and series

10.13758/j.cnki.tr.2017.04.027

S155.3

A

國家科技基礎性工作專項課題項目(2014FY110200)資助。

(zhangyangzhu2006@163.com)

歐陽寧相(1992—)，男，湖南寧遠人，碩士研究生，主要研究方向為土壤地理學。E-mail: ouyangningxiang92@163.com