湘東第四紀紅土發育水稻土在中國土壤系統分類中的歸屬

彭 濤， 張 亮，2， 盛 浩，2， 周 清，2， 張楊珠，2

(1.湖南農業大學資源環境學院，湖南長沙 410128； 2.湖南農業大學土壤研究所，湖南長沙 410128)

水稻土指在長期植稻下，經人為水耕熟化和自然成土因素的雙重作用，形成的具有特殊剖面構型的人為土壤[1]。水稻土是湖南省重要的土壤資源，約50%分布在湘東、湘中地區[2]。早在1930年，我國針對水稻土就有專門的分類研究[3-4]。湖南省在第2次土壤普查的基礎上，建立了現行的、基于發生學的6級分類系統；其中，水稻土土類包含淹育性水稻土、潴育性水稻、漂白性水稻土、潛育性水稻土等4個亞類、33個土屬、162個土種[2]。近年來隨著定量化系統分類的興起，我國率先在世界上提出水耕人為土亞綱，并提出將水耕表層和水耕氧化還原層作為水耕人為土的診斷層[5]。目前，已基本確定水耕人為土的高級分類單元，并在我國東部地區逐步開展水耕人為土基層分類研究[6]，而中部、西部地區分布的大面積水稻土在中國土壤系統分類中的歸屬仍有待加強研究[7-11]。目前，湖南省僅見關于湘西南起源于石灰巖的水稻土在中國土壤系統分類中的歸屬研究[12]。筆者所在課題組選取起源于第四紀紅色黏土(第四紀紅土)的典型水稻土為研究對象，應用系統分類指標，確定水稻土在中國土壤系統分類中的地位，建立代表性土族、土系，不僅對補充完善我國土系基礎數據庫具有重要意義，也對當地農業生產實踐具有參考價值。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

采樣地涉及湘東的長沙、株洲、岳陽3個地級市，地勢東高西低，南高北低。研究區東部主要分布“雁行式”排列的中山，西部、北部主要分布丘陵、盆地和河谷平原。在第四紀更新世時，研究區廣泛分布山岳冰川，目前仍殘存第四紀冰川剝蝕、堆積和冰磧物遺跡。在間冰期，山岳冰川融化，大量泥砂、礫石搬運沉積到低丘、崗地、沿河兩岸和濱湖平原邊緣，形成古老的第四紀紅色黏土，其中以湘東地區的長瀏、茶攸盆地最為典型。該區域屬中亞熱帶濕潤季風氣候，年平均溫度為 16～18 ℃，降水量為1 300～1 500 mm，無霜期為265～310 d，光、熱、水均能滿足雙季稻要求，是湖南省最佳農業發展地區。起源于第四紀紅土母質的水田常分布在丘陵崗地的坡下部，從上到下依次分布淺紅黃泥、紅黃泥和青泥田的土種組合。其傳統耕作制度以雙季稻—綠肥、雙季稻—冬閑、雙季稻—油菜為主，也有少部分為一季中稻—冬作或冬閑。

1.2 土壤樣品采集和室內分析

在湖南省土壤圖、母巖母質圖、土地利用現狀圖以及第2次土壤普查資料的基礎上，結合對當地農戶的調查、走訪結果，并參照《湖南土壤》[2]《湖南土種志》[13]中的第四紀紅色黏土分類和土種描述，綜合確定5個起源于第四紀紅土的水稻土樣點位置。參照《野外土壤描述與采樣手冊》中的統一標準調查成土環境、挖掘土壤剖面，描述土體發育形態、采集土壤發生層樣品并拍攝景觀、剖面照片。樣點概況詳見表1。

采用環刀法測定土壤容重；采用吸管法測定土壤機械組成，質地分類采用美國農業部分類法；pH值的測定采用電位法(液土質量比為2.5 ∶1.0)；有機質含量采用重鉻酸鉀—硫酸消化法進行測定；陽離子交換量采用乙酸銨交換法進行測定；全氮含量采用硒粉-硫酸銅-硫酸消化-蒸餾法進行測定，全磷、全鉀含量均采用碳酸鋰-硼酸熔融-ICP發射光譜法進行測定；土壤游離氧化鐵含量采用連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉-重碳酸鈉法進行測定[14]。基于X射線衍射方法和陽離子交換量(cation exchange capacity，簡稱CEC)、元素含量的測定結果綜合分析土壤礦物學型。

表1 采樣點概況

注：Ap、Ap1、Ap2分別為耕作層、耕作層亞層、犁底層；Br為氧化還原層；Br1、Br2、Br3、Br4均為氧化還原層亞層；Br11、Br12均為以氧化鐵為主的氧化還原層亞層；Br21、Br22、Br23均為以氧化錳為主的氧化還原層亞層；Cr為具有氧化還原作用的母質層；BCr為具有氧化還原作用的過渡發生層；Bbr為埋藏的氧化還原層。Apb表示埋藏的耕作層；Cr1、Cr2表示具有氧化還原作用的母質層亞層。表2、表3、表6同。

基于經驗公式Tsoil=55.89-0.645×緯度-0.004×海拔-0.153×經度估算土壤溫度[15]。

2 結果與分析

2.1 土壤剖面的形態特征

由表2可知，供試土壤的剖面色調以2.5Y、10YR為主，明度介于3～6之間，彩度介于3～8之間。土體深厚，大多>1.2 m，耕作層(Ap、Ap1)較淺薄且疏松，厚度僅10～17 cm。犁底層(Ap2)一般較厚且堅實，厚度達6～8 cm。在剖面上，耕作層土壤結構以粒狀和團粒狀為主，耕作層以下底土塊狀、棱塊狀結構發育明顯。結構體表面和內部孔隙普遍存在黏粒-鐵錳膠膜和鐵錳斑紋，數量以中量到多量為主，在水耕氧化還原層中數量最多，甚至出現少量到多量的鐵錳結核。人為干擾強烈，集中在0～60 cm土體，常發現少量瓦片、瓷片等侵入體。經診斷，土壤剖面具有典型的水耕表層、水耕氧化還原層。

表2 供試土壤的剖面形態特征

注：ND指未觀察到新生體或侵入體。

2.2 土壤主要理化性質

通過野外觀察發現，土壤剖面幾乎無明顯礫石(<5%)。室內分析結果表明，土壤質地以壤土類(黏壤土和壤土)為主。由表3可知，黏粒含量介于219～408 g/kg之間，土壤剖面的黏化率介于0.6～1.2之間，僅2個樣點(43-ZZ15、43-YY19)在土體控制層段內存在黏化率≥1.2的發生層，診斷為黏化層。水提土壤pH值為5.1～6.7，各樣點土壤剖面上均存在pH值≥5.5的發生層，診斷該土壤剖面存在非酸性反應；游離氧化鐵含量變幅較大，為9.7～43.2 g/kg，其中 43-ZZ15 和43-YY15的樣點剖面上，出現水耕氧化還原層或亞層中土壤游離氧化鐵含量超過耕作層1.5倍的現象，具有鐵聚特征。

表3 湘東地區第四紀紅土發育水稻土剖面特性

注：“—”表示該層無數據。

2.3 供試土壤的診斷層與診斷特性

根據《中國土壤系統分類檢索(第三版)》[16]中診斷層、診斷特性及控制層段的標準，本研究所選的5個樣點剖面都具備水耕表層和水耕氧化還原層的診斷表下層，且43-ZZ15和43-YY15樣點土壤剖面具有鐵聚特征。按照張慧智等的方法[15]，得到5個采樣點土層深度為50 cm處的土溫為 19.3～20.7 ℃(平均值為20.1 ℃)，屬于熱性。

2.4 供試土壤在中國土壤系統分類中的歸屬

根據《中國土壤系統分類檢索(第三版)》[16]中的高級分類單元劃分標準，檢索供試土壤的診斷層與診斷特性，結果發現，7個剖面均屬于人為土土綱、水耕人為土亞綱、鐵聚(43-ZZ15和43-YY15)和簡育水耕人為土土類、普通鐵聚和普通簡育水耕人為土亞類。

參照《中國土壤系統分類土族與土系劃分建立原則與標準》進行基層分類。根據X射線衍射方法和CEC、元素含量的測定結果綜合分析可知，各采樣點的土壤礦物學型均屬于硅質混合型，礫石含量極低(<5%)。顆粒大小級別是劃分土族的首要依據，按照顆粒大小級別和剖面黏粒大小加權平均值的差異(表4)，將所選的5個土壤剖面劃為2個土族，分別為黏壤質硅質混合型非酸性熱性-普通鐵聚水耕人為土(43-ZZ15、43-YY15)、黏壤質硅質混合型非酸性熱性-普通簡育水耕人為土(43-ZZ18、43-YY19、43-CS20)。在同一土族內，按照表層土壤質地和土體色調將土壤劃分為5個土系，土系名稱和剖面特征見表5。

表4 供試土壤土族控制層段內鑒別特征

3 討論

3.1 土壤發生分類與中國系統分類的參比

根據土壤發生分類標準，本研究所選的5個第四紀紅土發育的剖面土壤可以歸屬于人為土土綱、人為水成土亞綱、水稻土土類、淹育性(43-ZZ18)和潴育性水稻土2個亞類、紅黃泥和淺紅黃泥2個土屬、紅黃泥和淺紅黃泥2個土種。在土壤系統分類中，5個樣點土壤剖面分別歸屬人為土土綱、水耕人為土亞綱、鐵聚水耕人為土和簡育水耕人為土土類，在基層單元上分為2個土族和5個土系。然而，發生學分類主要按定性標準判定土種，土種性狀變幅大，尤其是未量化考慮形態學特征指標。本研究在基層分類上，按發生分類標準劃分的土種為2個，而按系統分類標準劃分的土系為5個。因此，不能簡單地將土種參比到土系，可能會參比到較多數量的土系類型。

表5 供試土壤的土系劃分依據

起源于第四紀紅土的5個水耕人為土，在土族劃分上，按顆粒大小級別、礦物學型、石灰性和土壤酸堿反應、土壤溫度等4個指標得出類似的劃分結果，即它們均為黏壤質硅質混合型非酸性熱性土壤。綜合分析本研究區之前資料(6個樣點)，也幾乎均得出類似的劃分結果[17]。在土系上，劃分出5個土系，說明系統分類指標較強的基層分類能力可以敏感表征土體發育程度、物質組成等突變差異，對當地農業生產具有指導意義。

3.2 基層分類單元的生產性能

劃分土族和土系的根本目的在于為當地生產和產業布局提供具體指導。在農業生產性能上，土體發育深厚，耕層結構良好，犁底層或底土層較堅實，可防止耕層水肥漏失。普通鐵聚水耕人為土的質地較重，以壤土或黏壤土為主，但普通簡育水耕人為土質地相對較輕。許勝系、楓樹橋系耕層淺薄，分別為10、13 cm，宜深耕深翻，以加深耕層。

參照第2次土壤普查的水田土壤生產性能評價標準[18]，耕層土壤有機質含量豐富(36.00～52.79 g/kg)，超出一級水平(表6)。耕層全氮含量也很高，均超出一級標準，生產中應考慮適當減少氮肥投入。CEC一般介于10～20 cmol/kg之間，屬三、四級水平，說明土壤供肥能力中等。八家灣系CEC達到二級水平，土壤供肥能力較強。土壤全鉀含量較低(除八家灣系)，全磷含量偏低，僅為0.33～1.88 g/kg，宜科學補充磷、鉀等元素。

4 結論

在湘東地區類似母質/母土(第四紀紅色黏土)條件下，按照中國土壤系統分類方案，在水耕人為土亞綱下檢索得到鐵聚水耕人為土和簡育水耕人為土2個土類，普通鐵聚水耕人為土和普通簡育水耕人為土2個亞類，并劃分出2個土族，建立5個土系(新中系、楓樹橋系、袁家系、許勝系、八家灣系)。同一地區，相同或類似物質起源的土壤，在基層分類單元上，系統分類比發生分類具有更強的分類能力，能直觀、定量地劃分出基層土壤類型，可為當地農業生產利用、作物布局提供直接的指導依據。

表6第四紀紅土發育水耕人為土的養分情況

土系發生層有機質含量(g/kg)全氮含量(g/kg)全磷含量(g/kg)全鉀含量(g/kg)CEC(cmol/kg)新中系 Ap152.702.641.416.4415.1Ap231.611.891.256.4312.6Br111.680.670.597.3211.8Br28.140.780.438.3813.6Br34.760.510.337.819.0Br43.250.610.379.0013.6BCr2.390.560.549.4614.0楓樹橋系Ap37.701.611.536.4211.9Br12.430.721.166.3912.6Apb18.610.761.056.3211.0Bbr9.750.720.736.4111.4Cr14.590.390.486.0310.5Cr23.180.330.395.8713.0袁家系 Ap44.432.221.708.3414.1Br1116.880.961.177.9418.1Br217.580.511.117.7716.7Br228.410.631.348.5420.6Br128.280.581.159.2818.2Br237.650.461.5810.8013.3許勝系 Ap136.001.861.886.5313.8Ap230.731.741.856.5513.5Br112.830.811.236.4613.7Br218.840.511.026.4214.4Br229.050.580.926.4013.2Br236.580.430.936.4615.7八家灣系Ap152.792.590.7720.5724.5Ap243.852.170.8120.7626.9Br125.970.991.2719.9224.7Br28.660.800.6621.9819.5Cr18.991.330.7420.7418.1