郴州市典型土壤的發生特性及其在中國土壤系統分類的歸屬

于康，歐陽寧相，張楊珠，盛浩，周清，黃運湘，羅蘭芳，袁紅

（湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙 410128）

土壤系統分類是以發生學理論為指導，以診斷層和診斷特性為基礎的定量化、標準化的土壤分類方法，是土壤調查制圖、資源評價、農業精準化管理及學術研究的基礎和依據[1]，也是國內外土壤信息交流的媒介[2]。1995年中國科學院南京土壤研究所編制的《中國土壤系統分類（修訂方案）》確定的以診斷層、診斷特性為基礎，發生學理論為指導，具有標準化、規范化、國際化的特點的中國土壤系統分類[3]，與美國土壤系統分類和世界土壤資源參比基礎共同構成了當今國際土壤分類的重要組成部分[4-5]。之后許多土壤分類研究者探索各典型地區的土壤系統分類，如在東部，陳健飛[6]對福建典型土壤、王曉旭等[7]對浙江典型土壤、黃佳鳴等[8]對閩北地區水耕人為土等；在北部，談曄等[9]對陜西省煙葉主產區土壤、李建維等[10]對吉林典型風砂土、杜蒙等[11]對內蒙古溫帶半濕潤地區典型土壤等；在中部，安紅艷等[12]對河北省典型山地土壤、莊云等[13]對湖北典型煙田土壤、王海燕等[14]對河南省黃土母質發育土壤等；在西部，夏建國等[15]對四川省典型土壤、莊云等[16]對重慶典型煙區、章明奎等[17]對貴州省典型土壤等；在南部，陳振威和黃玉溢[18]對廣西典型土壤、張駿達等[19]對海南省磚紅壤、歐陽寧相等[20]對湘東地區板巖紅壤等均建立了一定數量的典型土系。現如今我國建立的土系大約為1 000多個，但與我國地域廣闊、土壤類型復雜的狀況相比，建立的土系數量仍然偏少，因此，加強土系建立、補充完善土壤系統分類體系仍是一個十分重要的任務[21]。

郴州市位于湖南省東南部，湘、粵、贛三省交界地帶，南嶺北麓，湘江上游，地貌分區明顯，按形態可分為山地、丘陵、崗地、平原4大類，具有山丘為主、崗地平原相當的特點，地形復雜，土壤類型多樣[22]。根據郴州市2016年統計年鑒，郴州市耕地面積為30.96萬hm2（水田25.94萬hm2，旱地5.02萬hm2）。郴州市是湖南省糧食、蔬菜、水果等農產品主產區，但是對于郴州市土壤分類的研究極其有限，未建立郴州市的土壤系統分類體系，無法提供更科學、更規范、更詳細的土壤信息，難以滿足廣大土壤科學工作者以及與之相關的專業技術人員和管理決策者對解決生產指導、生態環境等問題的需求。因此，本文通過研究郴州市典型土壤在中國土壤系統分類中的歸屬，為土壤調查制圖和農業生產指導等提供依據，并且對當今的中國土壤系統分類體系進行驗證、補充和完善。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

郴州市位于湖南省東南部，地處南嶺山脈與羅霄山脈交錯，長江水系與珠江水系分流的地帶，地處 112°13′～114°14′ E，北緯 24°53′～26°50′ N，屬于亞熱帶季風氣候，四季分明，夏季炎熱多雨，冬季嚴寒少雨，年平均氣溫17～19 ℃，年平均降雨量為1 300～1 600 mm；郴州地區地貌地形復雜多樣，山地丘陵約占總面積的3/4，東南群山環繞，西部山勢低矮，中部丘陵、平原、崗地交錯；地勢由東南向西北傾斜。復雜多樣的地形地貌、氣候環境等成土因素產生了復雜多樣的土壤類型，主要的土壤類型有石灰巖紅壤、花崗巖黃紅壤[23]等。

1.2 供試土壤成土環境

本研究參照《湖南土壤》[23]和《湖南土種志》[24]中對郴州地區的描述與分類以及全國第二次土壤普查結果，結合母質分布圖、土地利用現狀圖、行政管理圖、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表1。

1.3 樣點采集與分析

在已選定地點進行標準土壤剖面（深1.5～2.0 m，寬1.2 m）的挖掘，并根據剖面的形態特征、發生學理論進行分層，依照《野外土壤描述與采樣手冊》[25]對土壤剖面形態特征、成土環境的定義與標準，對供試土壤各發生層土壤結構、土壤持結性、孔隙度、巖石碎屑、新生體、侵入體、土壤反應等形態特征指標進行詳細描述記錄，并觀察記錄剖面周圍地形、地勢等成土環境。

各層松緊程度的界定方法為：在手中取一土塊，用大拇指與食指進行擠壓。根據擠壓力量的大小進行松緊程度的判斷。

各層孔隙度的界定方法為：在各層均取一土塊，對土塊表面及內部孔隙的體積占土塊體積的百分比進行估測（＜2%，很低；2%～5%，低；5%～15%，中；15%～40%，高；≥40%，很高）。

土壤有機質測定采用重鉻酸鉀外加熱法；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；土壤容重采用環刀法；機械組成采用吸管法（砂礫0.05～2 mm；粉粒0.002～0.05 mm；黏粒＜0.002 mm），質地分類采用USDA分類；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+、Al3+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；土壤游離鐵采用連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉-重碳酸鈉法（DCB法）[26]。基于XRD方法和偏光顯微鏡鑒定法確定黏土礦物和原生礦物含量，通過顆粒大小級別確定土族控制層段內的礦物學類型。

表1 采樣點概況Table 1 Basic situation of soil sampling sites

土壤溫度狀況的確定方法。50 cm土壤年平均溫度計算方法[27]為：

式中：Y為50 cm土壤溫度（℃），N為緯度（°），E為經度（°），H為海拔高度（m）。

土壤水分狀況的確定方法。依據研究區域氣象資料，使用Penman經驗公式[28]計算年干燥度，方法為：

式中：D為干燥度，ET為年潛在蒸散量（mm），P為年降水量（mm）。

2 結果與分析

2.1 土壤剖面不同發生層土壤形態特征與理化性質

供試土壤剖面構型大多具有過渡層，土壤潤態顏色以紅、黃為主，土壤潤態色調介于10R～7.5YR，7.5YR色調為主，明度介于3～6，彩度介于3～8（表2）。除43-CZ07剖面土壤厚度較淺薄，45 cm以下為R（基巖）層，其余各剖面土體厚度均較深厚；除43-CZ06和43-CZ07剖面土壤持結性通體為疏松，其余剖面土壤持結性多由疏松/極疏松至堅實/很堅實；43-CZ04、43-CZ05和43-CZ07剖面表下層出現少量至多量不等的黏粒膠膜；各剖面均無侵入體出現；43-CZ01、43-CZ06和43-CZ07剖面孔隙度通體均較高，其余各剖面通體孔隙度多隨深度增加而由高至低。

43-CZ03、43-CZ04和43-CZ07剖面各層次的鹽提pH大多介于6.5～8.0，為非酸性，其余剖面各層次鹽提pH均小于4.5，為酸性；土壤質地以黏土或壤土（砂壤土、粉壤土、黏壤土）為主，剖面各層次黏粒含量介于113.92～807.18 g/kg；全鐵含量介于35.61～98.66 g/kg，均值為65.07 g/kg，游離氧化鐵含量介于17.94～46.67 g/kg，均值為37.72 g/kg，鐵的游離度介于29.60%～86.67%，黏粒CEC介于21.82～135.77 cmol(+)/kg，均值為 43.59 cmol(+)/kg，鋁飽和度介于0～75.35%，鹽基飽和度介于8.66%～54.49%。表層有機碳介于7.16～25.73 g/kg（表3和表 4）。

2.2 診斷層與診斷特性

2.2.1 診斷表層 暗瘠表層：由表3和表4可知，43-CZ01、43-CZ04、43-CZ05、43-CZ07土壤剖面的表層厚度≥25 cm，干態顏色明度≤5.5，潤態顏色明度≤3.5，潤態彩度≤3.5；有機碳含量≥6 g/kg，鹽基飽和度為≤50%，土壤結構為團粒狀，符合暗瘠表層診斷標準。

淡薄表層：由表3和表4可知，剖面43-CZ02、43-CZ03、43-CZ06、43-CZ08土壤剖面的表層厚度≥20cm；干態顏色明度≥5.5，潤態顏色明度≥3.5，潤態彩度≥3.5，符合淡薄表層診斷標準。

表2 供試土壤剖面不同發生層的形態特征Table 2 Morphological characteristics of different horizons of sampled soil pro fi les

2.2.2 診斷表下層 黏化層：由表3可知，剖面43-CZ01的上覆淋溶層總黏粒含量為15%～40%，BC層總黏粒的相對增量≥20%；剖面43-CZ04、43-CZ05、43-CZ08的上覆淋溶層總黏粒含量為40%～60%，B層總黏粒的絕對增量≥8%，因此均符合黏化層診斷標準。

低活性富鐵層：由表3和表4可知，剖面43-CZ05的BA、B1層厚度≥30cm，質地為黏土，色調為2.5YR，DCB浸提游離鐵含量為44.16 g/kg和44.02 g/kg，黏粒CEC為22.85 cmol(+)/kg黏粒和23.80 cmol(+)/kg黏粒，因此符合低活性富鐵層診斷標準。

雛形層：由表3和表4可知，剖面43-CZ01、43-CZ02、43-CZ03、43-CZ06均滿足B層厚度≥10 cm，具有極細砂、壤質極細砂或更細的質地，土層體積50%以上有土壤結構發育，因此均符合雛形層診斷標準。

2.2.3 診斷特性與診斷現象 準石質接觸面：剖面43-CZ02、43-CZ07分別在150 cm和45 cm處出現了土壤與連續黏結的下墊物質（砂質板巖）之間的界面層，以下為整塊基巖層R層，可勉強挖開，莫氏硬度小于3，因此剖面43-CZ02和43-CZ07均具有準石質接觸面。

土壤溫度狀況：根據土表50 cm以下位置的土壤溫度，以及淺于50 cm的石質或準石質接觸面的土壤溫度，確定土壤溫度狀況。根據郴州各縣區氣象資料，以及年平均土壤溫度估算公式計算，結果顯示8個供試土壤均大于15 ℃，但小于22 ℃，因此均為熱性土壤溫度。

土壤水分狀況：依據研究區域氣象資料，以及《中國土壤系統分類檢索（第三版）》[28]中對土壤水分狀況的劃分指標，使用Penman經驗公式計算年干燥度，本研究區域山地海拔800 m以下土壤年干燥度＜1，但每月干燥度并不都＜1，具有濕潤水分狀況；山地海拔800 m以上土壤年干燥度＜1，且每月干燥度幾乎都＜1，具有常濕潤水分狀況。因此除43-CZ01具有常濕潤水分狀況，其余均為濕潤水分狀況。

鐵質特性：表4表明，供試土壤剖面各層游離Fe2O3≥20 g/kg，游離鐵占全鐵的40%以上，因此供試土壤各剖面均符合鐵質特性的診斷標準。

鋁質現象：表4表明， 剖面43-CZ01的A層；剖面43-CZ02的A、BC、C層；剖面43-CZ05的A、B2層；剖面43-CZ08的A、BA、B1、B2、BC層陽離子交換量（黏粒CEC7）≥24 cmol(+)/kg黏粒，且pH（HCl浸提）≤4.5，鋁飽和度≥60%，因此均符合鋁質現象的診斷標準。

綜上，供試土壤各剖面嚴格參照《中國土壤系統分類檢索（第三版）》[28]中對診斷層、診斷特性和控制層段的要求，劃分供試土壤的診斷層與診斷特性（表5）。

2.3 供試土壤在中國系統分類中的歸屬

2.3.1 高級分類單元劃分 參照《中國系統分類檢索（第三版）》[28]中對高級分類單元的定義與劃分，依照已確定的診斷層及診斷特性，檢索供試土壤的高級分類單元。最終得出，郴州地區8個旱地典型剖面共涉及雛形土、淋溶土、富鐵土和新成土4個土綱，常濕雛形土、濕潤雛形土、濕潤淋溶土、濕潤富鐵土、正常新成土5個亞綱；酸性常濕雛形土、鐵質濕潤雛形土、鐵質濕潤淋溶土、黏化濕潤富鐵土、鋁質濕潤淋溶土、濕潤正常新成土6個土類；鐵質酸性常濕雛形土、普通鐵質濕潤雛形土、紅色鐵質濕潤淋溶土、普通黏化濕潤富鐵土、紅色鐵質濕潤雛形土、普通濕潤正常新成土、普通鋁質濕潤淋溶土7個亞類（表6）。

2.3.2 基層分類單元劃分 依據中國土壤系統分類土族和土系劃分標準[21]，對8個土壤供試剖面進行基層分類單元（土族、土系）的劃分。

表4 供試土壤剖面不同發生層的化學性質Table 4 Chemical properties of different horizons of the tested soil samples

表5 不同土壤剖面診斷土層與特性Table 5 Diagnostic horizons and their characteristics in the different soil pro fi les

1）土族劃分。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。由于43-CZ07土壤剖面45 cm以下即基巖層，但可用鐵鏟勉強挖開，具有準石質接觸面，因此土族控制層段劃定為25～45 cm。依據供試土壤各剖面中土族控制層段內的顆粒大小級別、礦物學類型、土壤溫度狀況和石灰性酸堿性（表7），可將供試土壤劃分為黏壤質硅質混合型熱性—鐵質酸性常濕雛形土、黏壤質硅質混合型酸性熱性—普通鐵質濕潤雛形土、黏質高嶺石型非酸性熱性—普通鐵質濕潤雛形土、極黏質高嶺石型非酸性熱性—紅色鐵質濕潤淋溶土、黏質高嶺石型酸性熱性—普通黏化濕潤富鐵土、砂質硅質混合型酸性熱性—紅色鐵質濕潤雛形土、壤質硅質混合型非酸性熱性—普通濕潤正常新成土、黏質高嶺石混合型熱性—普通鋁質濕潤雛形土。

表6 不同土壤剖面在中國土壤系統分類高級分類單元的歸屬Table 6 Belongings of the different soil pro fi les in the senior classification unit in the Chinese Soil Taxonomy

表7 不同土壤剖面土族控制層段內鑒別特征Table 7 Identification characteristics of soil families in control section of the different soil pro fi les

2）土系劃分：土系是土壤系統分類中最基層的分類單元，是發育在相同母質上、處于相同景觀部位、具有相同土層排列和相似土壤屬性的土壤集合（聚合土體）[21]。中國土壤系統分類土族和土系劃分標準[21]中對土系劃分的鑒別標準包括：特定土層的深度和厚度、表層土壤的質地、土系控制層段中巖石碎屑、結核、侵入體等。因此，供試土壤的劃分情況，郴州地區8個典型土壤均屬于不同土族（表8），所以將其劃分為上洞系（43-CZ01）、五一系（43-CZ02）、香花系（43-CZ03）、魯頭領系（43-CZ04）、石涼亭系（43-CZ05）、起洞系（43-CZ06）、松柏系（43-CZ07）、大石系（43-CZ08）。

3 討論

3.1 郴州地區典型土壤發生特性差異及其在中國土壤系統分類與中國土壤發生分類中的參比

郴州地區8個典型土壤在中國土壤系統分類和中國土壤發生分類中存在明顯的不對應關系（表9）。由表1和表2可知，供試土壤43-CZ04、43-CZ05在土地利用類型、成土母質、水文狀況、剖面形態等土壤發生分類劃分指標上無明顯差異，因此在土壤發生分類體系中劃分為石灰巖紅壤同一土屬。由于43-CZ05剖面比43-CZ04剖面海拔低149 m，因此43-CZ05剖面在發育過程中受水熱作用更強，導致該剖面鹽基離子淋溶和物質遷移更劇烈，脫硅富鐵鋁化現象更明顯，剖面43-CZ05鐵游離度高于43-CZ04，硅鋁率低于43-CZ04，43-CZ05風化程度更強；43-CZ05的黏粒CEC含量較43-CZ04明顯偏低，分別為22.85～26.73 cmol(+)/kg黏粒和30.01～45.47 cmol(+)/kg黏粒，43-CZ05黏粒凈負電荷較低，具有低活性黏粒特征，表明該剖面中度富鐵鋁化作用更強，土壤發育更成熟，所以43-CZ04、43-CZ05發生特性具有明顯差異。供試土壤43-CZ01、43-CZ02除母質不同外，其余發生分類劃分指標均差異不大，因此在土壤發生分類體系中僅顯現母質差異，但43-CZ01海拔為893 m，屬于常濕潤土壤水分狀況，受水分作用較強烈，因此表層黏粒被大量淋失，在BC層大量淀積，A和BC層總黏粒含量分別為27.8%和33.8%，相對增量大于20%；43-CZ02表下層總黏粒含量小于表層黏粒含量。由于不同母質及受到水分作用的不同，43-CZ01的游離氧化鐵較43-CZ02明顯偏少。所以43-CZ01、43-CZ02發生特性具有明顯差異。

表8 不同土壤剖面土系劃分依據Table 8 Division basis of soil series of the different soil pro fi les

由此可見，43-CZ04與43-CZ05、43-CZ01與43-CZ02有土壤屬性、成土過程上的明顯區別，在中國土壤系統分類體系中，43-CZ04劃分為紅色鐵質濕潤淋溶土亞類，43-CZ05劃分為普通黏化濕潤富鐵土亞類；43-CZ01劃分為鐵質酸性常濕雛形土亞類，43-CZ02劃分為普通鐵質濕潤雛形土亞類（表9）。中國土壤發生分類是通過土壤的成土條件和主觀推測的成土過程等易改變的標準來確定土壤名稱，是一個定性、主觀的過程，而中國土壤系統分類是通過診斷層、診斷特性等定量化指標來確定土壤名稱，是一個定量、客觀的過程。因此相較與中國土壤發生分類，中國土壤系統分類可更定量、準確、詳細的描述土壤自身的屬性。

表9 不同土壤剖面發生分類與系統分類參比結果Table 9 Reference of the different soil pro fi les between Chinese Soil Genetic Classification and Chinese Soil Taxonomy

3.2 中國土壤系統分類土族和土系的劃分標準在郴州地區典型土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[21]，對供試土壤進行了土族土系劃分，共建立了黏壤質硅質混合型酸性熱性—普通鐵質濕潤雛形土等8個土族；上洞系、五一系等8個土系。通過劃定土族控制層段，根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、石灰性與酸堿性、土體厚度等標準劃分土族；再劃定土系控制層段，依據特定土層的深度和厚度、表層土壤的質地、土系控制層段中巖石碎屑、結核、侵入體等標準進行土系劃分。供試土壤43-CZ08、43-CZ02在土壤系統分類高級分類單元的劃分中，為同一亞類，但由于43-CZ08剖面比43-CZ02剖面海拔低474 m，43-CZ08剖面所受的成土環境更適宜，成土速率更快，導致43-CZ08、43-CZ02剖面的顆粒大小級別為黏質、黏壤質，礦物學類型分別為高嶺石混合型、硅質混合型，43-CZ08剖面風化作用更強烈，土壤發育更成熟，在基層分類單元中屬于不同土族、土系。由此表明在中國土壤系統分類中，基層分類單元對高級分類單元進行補充說明，可以更準確、清晰、客觀的描述解釋土壤類型，是土壤系統分類的重要內容。

3.3 中國土壤系統分類土壤水分狀況劃分的問題

1）現有土壤系統分類研究中對于土壤水分狀況的確定多依據中國氣象數據網、研究區域各縣市氣象局的氣候數據資料，但由于同一地區不同海拔的降雨量、蒸發量等差異顯著，卻均使用同一數據并不準確。郭琳娜等[29]則已研究區域的海拔、環境與土壤發生特性等因素推測玉龍雪山3 400～4 200 m為常濕潤水分狀況，3 400 m以下均為濕潤水分狀況；王薇等[30]以大明山海拔低于1 000 m為濕潤水分狀況，高于1 000 m為常濕潤水分狀況。海拔、地形等因素對降雨量、蒸發量等有明顯的影響，從而影響土壤水分狀況，因此在計算土壤水分狀況時可否加入研究區域海拔、地形等因子，從而確定一個詳細、準確的劃分標準。

2）現有的劃分標準沒有關于偏向常濕潤的濕潤水分狀況的詳細、準確標準，因此劃分亞類時很少劃分至黃色鋁質濕潤雛形土、黃色鋁質濕潤淋溶土等亞類，導致許多顏色差異較大的土壤都劃為普通亞類，沒有充分體現差異。為了土壤系統分類劃分的準確性、標準性，需要一個準確、詳細的指標來確定偏向常濕潤的濕潤水分狀況。

4 結論

1）郴州地區復雜多樣的地形地貌、氣候環境等因素導致了郴州地區8個典型供試土壤類型復雜多樣。在郴州市，土壤溫度狀況多為熱性，土壤水分狀況多為濕潤，但海拔800 m以上可能出現溫性土壤溫度狀況、常濕潤土壤水分狀況。由于降雨、蒸發等氣候環境與海拔、部位等地形地貌不同，低海拔地區多發育為富鐵土土綱、淋溶土土綱，高海拔地區多發育為雛形土土綱、新成土土綱。

2）根據《中國土壤系統分類檢索（第三版）》檢索出8個供試土壤剖面包含5個診斷層和5個診斷特性，以此為基礎將供試土壤劃分為4個土綱、5個亞綱、6個土類、7個亞類。依據中國土壤系統分類土族和土系劃分標準，將8個供試土壤劃分為8個土族、8個土系。通過研究郴州市典型土壤在中國土壤系統分類中的歸屬，對中國土壤系統分類體系進行補充；此外增添了此類型土壤的基礎屬性信息，為郴州地區土壤調查制圖和農業指導等提供了依據。

3）在中國土壤系統分類中關于土壤水分狀況的劃分標準中，提出增加地形地貌、氣候環境等因素對土壤水分狀況確定的影響，從而確定一個詳細的劃分標準；并且建議增加關于偏向常濕潤的濕潤水分狀況的詳細標準。

4）通過供試土壤分別在中國土壤發生分類和中國系統分類中的歸屬比較，中國土壤系統分類可以更準確、定量、客觀的反映郴州地區土壤自身屬性的差異與相似，避免了異土同名的問題。