新疆草甸土在中國土壤系統分類中的歸屬研究

郭 夢，吳克寧，2*，郝士橫，武紅旗

［1．中國地質大學（北京）土地科學技術學院，北京 100083；2．自然資源部土地整治重點實驗室，北京 100035；3．新疆農業大學草業與環境科學學院，新疆 烏魯木齊 830052］

草甸土是由地下水直接參與，在其上發育草甸植被，并產生了一定生物積累的過程的半水成土壤。草甸土的主要成土過程為草甸化過程，包括表層有機質的積累和下層氧化還原過程［1］。由于新疆特殊的水文、生物、氣候條件，草甸土會出現鹽化過程。根據草甸和鹽化過程，草甸土可分為石灰性草甸土和鹽化草甸土兩個亞類。雖然在我國第二次土壤普查過程中已經確定了草甸土的分類，但是新疆地域遼闊，自然條件復雜，不同的海拔高度、生物、氣候和母質等成土因素變化很大，形態特征和理化性質也有差異，如一般南疆草甸土質地比北疆輕，河灘地草甸土質地比扇緣輕，北疆草甸土腐殖質層平均有機質含量比南疆的高，扇緣草甸土平均有機質含量比河灘低階地的高［1］。因此，新疆不同區域劃分的草甸土在形態上有很多差異性。

土壤分類是土壤資源調查的基礎，其發展水平在某種程度上也代表著土壤學科的發展水平［2-5］。目前，我國的土壤分類工作處在發生分類和系統分類并存、系統分類迅速發展的關鍵時期。改革開放以來，對新疆土壤的調查還停留于全疆第二次土壤普查，早期調查方式簡陋、時間跨度長以及基層分類不準確等問題，對摸清新疆土壤現狀、指導土地利用等方面顯得捉襟見肘。目前新疆的土壤分類主要以發生分類為主，需要建立一個更完整、規范的土壤系統分類體系。本文選擇了新疆地區10 個典型的草甸土剖面作為研究對象，從不同方面分析比較了草甸土的形態差異，并按照中國土壤系統分類檢索［6］，確定其在中國土壤分類系統分類中的歸屬，以進一步完善我國土壤分類體系。

1 材料與方法

1.1 樣點的選取

新疆位于我國西北地區，總面積約為我國陸地面積的六分之一，氣候干旱多風，夏季干熱，冬季干冷，大地貌為“三山夾兩盆”，地質地貌條件復雜，自然資源非常豐富，生物、氣候條件和成土母質等多種因素的不同導致該地區多種不同的土壤類型。本研究基于新疆土系實際調查工作，依據《新疆土種志》和《新疆土壤》對于草甸土的描述，結合我國第二次土壤普查結果，再通過土地利用現狀圖和高程圖等圖件［7］，考慮到草甸土類型的多樣性、代表性以及布點的均勻性，共確定10 個樣點，其在第二次土壤普查中均劃分為石灰性草甸土和鹽化草甸土亞類。按中國土壤系統分類研究的相關要求進行野外調查、剖面觀察與描述、分層土樣的采集及土壤形態觀察，10 個樣點的分布及樣點基本情況分別見圖1 和表1，部分采樣點的景觀照和剖面照分別見圖2 和3。

1.2 樣點的分析

根據選取的10 個樣點位置，挖掘標準的土壤剖面，以土壤形態學特征為基礎進行分層［8］，然后通過《野外土壤描述與采樣手冊》準確描述土壤剖面和拍攝照片［9］，并分析測試采集的所有土樣，分析方法以《中國土壤系統分類實驗分析項目及方法規范》《土壤調查實驗室分析方法》《土壤農化分析》為依據［10-11］，土壤顆粒組成及質地的測定用Masterize2000 激光粒度儀；有機質含量的測定用重鉻酸鉀-硫酸消化法；全氮含量的測定用硒粉、硫酸銅、硫酸消化-蒸餾法（半微量凱氏定氮法）［12］；pH 值的測定用電位法；電導率的測定用DDS-307A 電導率儀；碳酸鈣相當物含量的測定用氣量法；全鹽含量的測定用質量法［13］。

表1 供試土壤的基本情況

圖2 采樣點部分典型景觀

圖3 部分代表性土壤剖面

2 結果與分析

2.1 供試土壤剖面構型、土層厚度、顏色和質地

選取的10 個剖面土壤顏色大部分較暗，色調變化程度較低，主要是2.5Y，其他剖面色調分別為10YR 和5Y；明度介于3 ～5 之間，其次為6 ～7；彩度介于1 ～3 之間，其次為4 和6，顏色的變化主要與有機質含量有關。大部分剖面的耕作層（Ap）和灌淤耕作層（Aup）發育較為明顯，主要呈暗灰或者灰棕色，棱塊狀或者粒狀結構。除剖面5、8 和9 部分土層的質地為砂土外，其余剖面土壤的質地均屬于壤土大類（包括黏壤土、砂質壤土、粉壤土和壤土）［14］，表明選取的剖面大部分土壤風化相對較弱。研究的10 個剖面土層厚度變化較大（1 ～140 cm），大部分在80 cm 以下。土體構型有A-AB-By-Bk、Aup-Bkr、Aup-Bk-Bw、A-Bw-C、Ap-Bw-Ah-Bk-Br、Ap-ABr-Br-BCr、Ah-AB-Br、Ap-Br-Bw 和Ap-Bw-Bk。 大 部分草甸土上下層質地較為接近，各剖面之間粉黏比變化范圍較大，為0.3 ～58.5。除剖面5 和8 這兩個剖面的粉黏比小于1 之外，其它剖面粉黏比均大于1，表明這些剖面所在地區層次風化程度較弱。

2.2 供試土壤有機質含量和全氮含量

從表2 中土壤顏色和有機質含量來看，草甸土表層有機質有一定的積累，但過程不強烈，有機質含量變幅較大，為3.23 ～108.26 g/kg，除剖面4、7 和8 外，其余剖面表層土壤有機質含量均在50 g/kg 以下。有機質含量呈表聚現象［15-16］，并隨著土層深度的增加，大部分剖面土壤有機質含量逐漸降低。全氮含量為0.41 ～7.83 g/kg，總體差異性不大。

表2 供試土壤顏色、顆粒組成、有機質含量和全氮含量

續表

2.3 供試土壤剖面pH 和碳酸鈣含量

從表3 的結果來看，pH 為6.34 ～9.17，除了剖面7，其他剖面pH 均大于7，呈堿性。碳酸鈣含量差異較大，為0.19 ～386.06 g/kg，其中剖面2、4、6、9 和10 碳酸鈣含量均大于150 g/kg。

表3 供試土壤pH、電導率、碳酸鈣含量、全鹽含量和新生體

續表

2.4 供試土壤剖面電導率和全鹽含量

土壤電導率可以表征土壤含鹽量［17-21］，本研究選擇取的10 個剖面的電導率值差異較大，為0.15 ～185.60 dS/m；選取剖面的全鹽含量差別也較大，為0.44 ～205.65 g/kg，主要表現為剖面1 全鹽含量較高，其余9 個剖面全鹽含量均小于8 g/kg。

2.5 供試土壤剖面新生體類型

從表3 中新生體類型看，草甸土土壤中新生體類型主要為石膏、鐵錳斑紋和碳酸鈣，剖面1、2、3 和5 土壤中新生體類型有石膏，剖面2、3、4、7、8 和9 土壤中新生體類型有鐵錳斑紋，剖面4和10 土壤中新生體類型有碳酸鈣，剖面6 沒有新生體。

2.6 供試土壤剖面診斷層和診斷特性

剖面9 和10 滿足土壤厚度大于25 cm，有機碳加權平均值≥6 g/kg，含人為侵入體，故具有肥熟表層。剖面2、3、5、6、7、8 和9 均滿足雛形土層厚度≥10 cm，不符合黏化層、灰化淀積層、鐵鋁層和低活性富鐵層等條件，因此具有雛形層。剖面10 位于耕作層之下的土層厚度≥10 cm，且此層0.5 mol/L NaHCO3浸提有效磷明顯高于下墊土層，并≥18 mg/kg，因此具有耕作淀積層。剖面1滿足部分土層中有易溶性鹽聚集，且厚度＞15 cm，1∶1 水土比提取液的電導率≥15 dS/m，電導率（dS/m）與厚度（cm）的乘積≥900 這些條件，因此具有鹽積層。剖面1 和2 滿足部分土層石膏含量大于50 g/kg，土層厚度≥15 cm，且該土層厚度和石膏含量的乘積大于1500，因此具有石膏層。剖面1 和3 滿足碳酸鈣相當物含量范圍為50 ～150 g/kg，且顆粒大小比壤質更黏，可辨認的次生碳酸鈣含量比下墊或上覆土層中高100 g/kg 或更多，但是厚度＜15 cm，因此具有鈣積現象。剖面9 滿足該土層厚度≥15 cm，未膠結或未硬結成鈣磐，碳酸鈣相當物為50 ～150 g/kg，細土部分黏粒（＜2 μm）含量＜180 g/kg，顆粒大小為砂質、砂質粗骨、粗壤質或壤質粗骨，而且比下墊或上覆土層至少高50 g/kg，因此具有鈣積層。剖面2、4、6 和10 滿足碳酸鈣相當物含量＞150 g/kg，且比下墊土層至少高50 g/kg，且該土層厚度≥15 cm，未膠結或未硬結成鈣磐，因此這5 個剖面均具有鈣積層。剖面1和10 在50 cm 深度處土溫為5 ～8℃，土壤水分控制層段的全部每年累計有一半天數是干燥的，因此都屬于干旱土壤水分狀況。剖面2、3、4、5、6、7和9 在50 cm 深度處土溫為8 ～10℃，但由于受人為灌溉因素的影響，土壤水分控制層段的某些部分或其全部每年累計180 d 以上是濕潤的，因此屬于半干潤土壤水分狀況。剖面8 因位于河流沖積平原扇緣帶的低洼處，部分土層被毛管水飽和并呈還原狀態，因此屬于潮濕土壤水分狀況。剖面1、2、3、6、9 和10 年平均土溫≥8℃，但＜15℃，因此都屬于溫性土壤溫度狀況。剖面4、5、7 和8 年平均土溫＞4℃，但＜8℃，因此屬于冷性土壤溫度狀況。剖面2、3、4、7、8 和9 部分土層中有鐵錳斑紋，因此具有氧化還原特征。除剖面7 和8 外，其他剖面均具有石灰性（表4）。

2.7 供試土壤在中國系統分類中的研究

2.7.1 高級分類單元的劃分

按照《中國土壤系統分類檢索》對選取的草甸土剖面進行檢索，結果如表5 所示。10 個草甸土剖面歸屬于鹽成土、雛形土和人為土3 個土綱，正常鹽成土、干潤雛形土、潮濕雛形土和旱耕人為土4 個亞綱，干旱正常鹽成土、底銹干潤雛形土、簡育干潤雛形土、淡色潮濕雛形土、肥熟旱耕人為土5 個土類，普通干旱正常鹽成土、石灰底銹干潤雛形土、普通簡育干潤雛形土、普通底銹干潤雛形土、普通淡色潮濕雛形土、石灰淡色潮濕雛形土和石灰肥熟旱耕人為土7 個亞類。

表5 供試土壤的高級分類檢索結果

2.7.2 基層分類單元的劃分

2.7.2.1 土族劃分 依據土壤控制層段內的顆粒大小級別、礦物組成、石灰性及酸堿性和土壤溫度，將10 個草甸土土壤劃分為壤質混合型石灰性溫性-普通干旱正常鹽成土、壤質混合型溫性-石灰底銹干潤雛形土、壤質混合型冷性-石灰底銹干潤雛形土、壤質混合型石灰性冷性-普通簡育干潤雛形土、壤質混合型石灰性溫性-普通簡育干潤雛形土、黏壤質混合型非酸性冷性-普通底銹干潤雛形土、砂質混合型非酸性寒性-普通淡色潮濕雛形土、壤質混合型溫性-石灰淡色潮濕雛形土和壤質混合型溫性-石灰肥熟旱耕人為土9 個土族（表6）。

2.7.2.2 土系劃分 根據中國土壤系統分類關于土系劃分的要求，屬于不同土族和不同亞類的劃分為不同的土系，屬于同一土族的根據土層深度及厚度、表層土壤質地和土系控制層段內巖石碎屑、結核及侵入體等進行劃分［22-25］。因供試土壤中壤質混合型石灰性溫性-普通干旱正常鹽成土（剖面1）、壤質混合型冷性-石灰底銹干潤雛形土（剖面4）、壤質混合型石灰性冷性-普通簡育干潤雛形土（剖面5）、壤質混合型石灰性溫性-普通簡育干潤雛形土（剖面6）、黏壤質混合型非酸性冷性-普通底銹干潤雛形土（剖面7）、砂質混合型非酸性寒性-普通淡色潮濕雛形土（剖面8）、壤質混合型溫性-石灰淡色潮濕雛形土（剖面9）和壤質混合型溫性-石灰肥熟旱耕人為土（剖面10）屬于不同的土族，故直接以首次發現并記錄的地區名稱命名，土系名稱可劃分為：迪坎兒系（剖面1）、茫丁系（剖面4）、福海系（剖面5）、塔城系（剖面6）、阿克阿熱勒系（剖面7）、切木爾切克系（剖面8）、察布查爾錫伯系（剖面9）、托格拉格系（剖面10）。供試土壤中剖面2 和3 均屬于壤質混合型溫性-石灰底銹干潤雛形土，屬于同一土族，但剖面2 土壤質地通體為粉壤土，0 ～30 cm 范圍內出現鈣積層，30 ～130 cm 范圍內有鐵錳斑紋，96 ～115 cm 范圍內有鐵錳斑紋；剖面2 表層土壤質地為粉壤土，下層為粉質黏壤土，51 ～120 cm 范圍內有鐵錳斑紋，故劃分為：西上湖系（剖面2）、農四連系（剖面3）。

表6 供試土壤土族的鑒別特征

3 討論

上述分析研究表明，新疆草甸土在剖面特性、理化性質等方面有很大差異性，但是也有共同特性：一是石灰性草甸土土壤草甸化過程基本相似，都有表層有機質積累過程和下層氧化還原過程，但有機質積累過程不強烈；鹽化草甸土土壤表層有一定程度的鹽分表聚現象。二是土壤風化程度比較低，大部分剖面土壤的質地均屬于壤土大類（包括黏壤土、砂質壤土、粉壤土和壤土），而且各剖面之間粉黏比變化范圍較大，為0.3 ～58.5，大部分剖面土壤粉黏比大于1，表明這些草甸土剖面所在地區層次風化程度較弱。三是土壤多呈堿性或弱堿性，選取的剖面pH 基本上大于7，大部分剖面碳酸鈣含量較高，石灰反應強烈。

本文在探討草甸土性態差異的基礎上，還確定了其在中國土壤系統分類中的歸屬問題，主要考慮到當前我國土壤發生分類以定性劃分土壤，邊界定義相對較為模糊，有時很難確定土類的界限，而系統分類則是根據診斷層和診斷特性定量劃分土壤類型［26-27］，可以提高土壤分類的準確性。草甸土是開發利用價值大的土壤類型之一，本文以新疆10個草甸土剖面作為研究對象，考慮到土壤類型的多樣性將中國土壤系統分類與中國土壤發生分類進行參比，來探究兩種分類之間的關系，既提高了新疆土壤分類的準確性，同時對于提高新疆草甸土的利用率、指導新疆農業利用也有著重要意義。

因為系統分類和發生分類兩個分類體系的分類依據不同，很難做簡單的分類參比，即在進行參比時并不是簡單的一一對應關系，如表7 所示，發生分類的半水成土土綱對應著系統分類的鹽成土、雛形土和人為土3 個土綱；發生分類的草甸土土類對應著系統分類的干旱正常鹽成土、底銹干潤雛形土、簡育干潤雛形土、淡色潮濕雛形土和肥熟旱耕人為土5 個土類；發生分類的石灰性草甸土亞類對應著系統分類的普通干旱正常鹽成土、石灰底銹干潤雛形土、普通簡育干潤雛形土、普通底銹干潤雛形土、普通淡色潮濕雛形土和石灰淡色潮濕雛形土6 個亞類；發生分類的鹽化草甸土亞類對應著系統分類的石灰底銹干潤雛形土和石灰肥熟旱耕人為土2 個亞類；而系統分類的石灰底銹干潤雛形土亞類對應著發生分類的石灰性草甸土和鹽化草甸土亞類。通過分析可知，在兩種不同的分類系統中，定量化的中國土壤系統分類可以減少分類過程中的混淆情況，能夠更準確地確定不同類型的土壤，從而提高土壤分類的準確性，有助于正確地認識和利用土壤，實現土壤資源的有效管理。

系統分類的土族和土系對應著發生分類的土屬和土種，但是劃分依據完全不同，發生分類土屬的劃分依據為母質類型、水文地質狀況、侵蝕程度、鹽類組成或堿化類型和熟化程度等，土種的劃分依據為顏色、質地、結構、土體構型、肥力特征、鹽化或堿化程度，以及特殊土層或障礙土層［28］，所以系統分類劃分的土族和土系類型與發生分類的土屬和土種類型不存在對應的關系，但是均作為土壤基層分類單元，反映不同類型土壤的基本屬性。

表7 供試剖面土壤系統分類與發生分類的參比結果

4 結論

（1）通過對供試的10 個草甸土剖面的形態特征、機械組成和化學性質分析，這些剖面在剖面構型、土層厚度、顏色、質地、有機質含量、含氮量、pH、碳酸鈣含量、電導率、全鹽含量和新生體等方面均有差異，但在草甸化和風化過程方面具有共性。

（2）10 個供試土壤在中國土壤系統分類中歸屬為3 個土綱、4 個亞綱、5 個土類、7 個亞類，亞類名稱分別為：普通干旱正常鹽成土、石灰底銹干潤雛形土、石灰底銹干潤雛形土、石灰底銹干潤雛形土、普通簡育干潤雛形土、普通簡育干潤雛形土、普通底銹干潤雛形土、普通淡色潮濕雛形土、石灰淡色潮濕雛形土和石灰肥熟旱耕人為土。通過將中國土壤系統分類的高級分類單元與土壤發生學分類結果相比，中國土壤系統分類定量化的分類指標使分類結果更能反映出草甸土土壤性狀的差異，從而客觀反映出土壤發育階段和發育類型的差異。

（3）根據土族劃分標準，10 個草甸土土壤的土壤顆粒大小級別有壤質、黏壤質、砂質3 種類型；土壤礦物組成類型均為混合型；石灰性和酸堿反應為石灰性和非酸性2 種；土壤溫度等級有溫性、冷性和寒性3 種。通過這些劃分指標將選取剖面劃分為壤質混合型石灰性溫性-普通干旱正常鹽成土、壤質混合型溫性-石灰底銹干潤雛形土、壤質混合型冷性-石灰底銹干潤雛形土、壤質混合型石灰性冷性-普通簡育干潤雛形土、壤質混合型石灰性溫性-普通簡育干潤雛形土、黏壤質混合型非酸性冷性-普通底銹干潤雛形土、砂質混合型非酸性寒性-普通淡色潮濕雛形土、壤質混合型溫性-石灰淡色潮濕雛形土和壤質混合型溫性-石灰肥熟旱耕人為土9 個土族。又根據土系劃分標準分為迪坎兒系、西上湖系、農四連系、茫丁系、福海系、塔城系、阿克阿熱勒系、切木爾切克系、察布查爾錫伯系、托格拉格系10 個土系。