岷江上游雜谷腦河谷土壤發生特征與系統分類研究①

趙剛剛，張東坡,2，袁大剛*，張俊思

岷江上游雜谷腦河谷土壤發生特征與系統分類研究①

趙剛剛1，張東坡1,2，袁大剛1*，張俊思1

(1四川農業大學資源學院，成都 611130；2 劍閣縣高端人才服務中心，四川廣元 628300)

為了解岷江上游雜谷腦河谷的土壤發生特征及類型歸屬，以位于四川阿壩藏族羌族自治州理縣雜谷腦河谷的8個典型土壤剖面為研究對象，通過野外成土因素調查與土壤形態特征觀測及室內土壤物理、化學性質分析，依據《中國土壤系統分類檢索(第三版)》(簡稱系統分類)與《中國土壤(1998)》(簡稱發生分類)鑒定其類型。研究表明，8個剖面均為溫性土壤溫度狀況、半干潤土壤水分狀況；土壤色調為7.5YR和10YR，部分剖面表層明度和彩度均低于3.5，達到暗沃表層的顏色要求；土壤顆粒組成以粉粒含量最高、砂粒次之、黏粒最低，質地為壤土或粉質壤土；土壤結構主要為亞角塊狀，部分剖面表層為團粒結構；部分剖面中具有腐殖質、黏粒膠膜及假菌絲體等新生體，形成黏化層和鈣積層；均具石灰性，主要為堿性到強堿性反應；有機碳含量范圍1.64 ～ 61.45 g/kg，部分剖面含量自上而下逐漸降低，具有均腐質特性；游離鐵含量為10.78 ～ 19.57 g/kg，個別剖面B層均在14 g/kg以上，具有鐵質特性；有效磷含量為1.2 ～ 43.1 mg/kg，個別符合肥熟表層和磷質耕作淀積層的有效磷含量要求。供試土壤在中國土壤系統分類中歸屬于人為土、均腐土、淋溶土和雛形土4個土綱的4個亞綱、7個土類和8個亞類，在中國土壤發生分類中屬于半淋溶土綱下褐土土類的燥褐土亞類(對應于系統分類的石灰肥熟旱耕人為土、普通簡育干潤雛形土和普通暗沃干潤雛形土3個亞類)及石灰性褐土亞類(對應于系統分類的普通暗厚干潤均腐土、普通簡育干潤淋溶土、鈣積暗厚干潤均腐土、普通鈣積干潤淋溶土和普通鐵質干潤淋溶土5個亞類)。中國土壤系統分類具有更強的土壤類型區分能力。

岷江上游；土壤發生；土壤系統分類；干旱河谷

土壤是人類賴以生存的自然資源，土壤的形成與發育受氣候、母質、地形、生物、成土年齡及人類活動等因素影響。岷江上游典型的干旱河谷地帶——雜谷腦地區，是四川盆地和川西高原的過渡地帶中典型的高山河谷地貌，由于其特殊的地形影響，氣候干燥、降水較少，生態環境脆弱[1-2]。關于該區域的研究從20世紀80年代后開始增多，師嘉祺等[3]探討了岷江上游雜谷腦流域的土壤特征對垂直生態環境功能的影響。劉世榮等[4]研究了雜谷腦流域生態水文過程對土地覆蓋和氣候變化的響應，發現了該地土壤蒸發及水分截留受垂直氣候影響的幅度較大。方月等[5]探究了岷江上游河谷植物配置對周邊土壤理化性質的影響。姚昆等[6]從岷江上游地區的地形、氣候、植被等方面評價了該區的生態環境變化狀況。陳浩等[7]探究了該地區地貌演化規律及青藏高原東緣晚新生代以來新構造活動的差異性。馬曉黎和胡堯[8]開展了岷江上游土壤抗生素殘留評價。

通過對該區文獻資料的整理，發現前人對雜谷腦地區的植被、水文、地質及土地利用等研究較多，但對該區域土壤發生與分類尚缺少研究，土壤發生及分類的研究對于土地利用、環境保護等具有重要意義[9]，是土壤治理修復及相應植被研究的重要前提，尤其類型特征對于其農業生產、經濟發展與生態環境建設具有重要作用[10]。雜谷腦河谷是當地居民重要的典型聚集區，該區的土壤調查工作顯得尤為重要，本文提取《中國土系志·四川卷》[11]中阿壩藏族羌族自治州理縣雜谷腦地區典型土壤調查數據，進行統計分析，研究其發生學特征，并依據《中國土壤系統分類檢索(第三版)》[12](簡稱系統分類)、《中國土壤(1998)》[13](簡稱發生分類)確定其類型，為研究區土壤利用提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

岷江上游雜谷腦地區位于川西高原東南部，坐標30°57′ ～ 31°28′N、101°08′ ～ 103°10′E。該區地形由于經歷長期的地質構造運動，形成了以高山峽谷為主的地貌，其間有多級階地分布，年降雨量在600 mm左右，主要集中在夏秋季，冬春季較少；年均日照1 685 h左右，河谷地帶年平均氣溫11 ℃，屬于山地高原暖溫帶半濕潤至半干旱型氣候。受垂直氣候影響，自然植被由低海拔到高海拔呈旱生灌叢草被–灌木–喬灌混交過渡的垂直性分布特征[14-15]；地勢平緩的臺地種植有蔬菜、果樹等。母質主要是洪沖積物、坡積物、黃土與黃土狀物質。

1.2 土壤調查、采樣及分析方法

土壤調查于2014年4—5月份進行，共選取8個代表性的土壤剖面(表1)。在野外調查過程中，按照《野外土壤描述與采樣手冊》[16]選擇剖面位置，借助手持式GPS記錄所選剖面的經緯度及高程等信息，根據顏色、質地、結構、新生體、侵入體、石礫狀況和石灰反應等劃分土層，并進行信息描述，同時按發生層自下而上采集土壤樣品。母質類型根據1︰25萬地質圖結合現場觀察確定，氣候類型、土壤溫度狀況、土壤水分狀況根據翁倩等[17-18]方法結合四川氣候區劃[19]確定，土地利用類型根據土地利用現狀分類[20]和現場觀察確定。

采集的土壤樣品經充分混勻，挑出根系、石礫、侵入體等，自然風干后研磨，并分別過10目、60目、100目孔徑篩，裝袋供分析測試用。土壤顏色按照《中國標準土壤色卡》[21]進行描述，顆粒組成按美國農部制，用比重法確定，質地類型也按美國農部制命名；pH用電位法測定，土水比1︰2.5；有機碳用重鉻酸鉀–硫酸消化法測定，陽離子交換量用醋酸銨–EDTA交換法測定，全鐵用碳酸鋰–ICP法測定，游離鐵用DCB法浸提–鄰菲羅啉比色法測定，碳酸鈣相當物含量用容量滴定法測定，有效磷用碳酸氫鈉浸提–鉬銻抗比色法測定[22]。

1.3 數據處理方法

數據分析處理及圖表制作采用Microsoft Excel 2019。

表1 理縣雜谷腦河谷成土因素與土壤溫度和水分狀況

2 結果與分析

2.1 土壤剖面形態特征及顆粒組成

土壤顏色是鑒別診斷層和診斷特性的重要指標[23-24]。從表2可知，所選8個土壤剖面色調(潤態)以7.5YR和10YR為主，10YR最多，明度范圍為2 ～ 5，彩度范圍為1 ～ 6。除剖面51-132在Bt2段顏色變化以外，其余剖面顏色通體均一，不同層次間差異很小。土壤質地主要為壤土及粉質壤土。土壤結構體有屑粒、亞角塊狀、團粒狀及棱塊狀等形態。部分剖面有假菌絲體、腐殖質及黏粒膠膜等新生體，個別剖面如51-128有蚯蚓糞和塑料膜碎屑物。

表2 供試土壤剖面形態特征和顆粒組成

續表2

各剖面中石礫含量低，均在8% 以內，剖面51-131除表層外，未見石礫。土壤顆粒組成總體上表現為粉粒、砂粒含量較高，黏粒含量較低(大多在150 ～ 180 g/kg)，黏粒含量有隨海拔升高而增加的趨勢。

2.2 土壤基本化學性質

研究區土壤基本化學性質如表3所示。8個典型土壤剖面各發生層的pH均大于7.4，最高為8.8，平均值為8.3，總體呈堿性到強堿性；剖面51-128、51-129、51-132、51-134從表層至深層，pH逐漸變大，其余剖面無明顯規律。土壤有機碳含量范圍1.64 ～ 61.45 g/kg，平均值為10.23 g/kg，表層普遍高于下層，但表層有機碳含量不隨海拔升高而產生有規律變化，說明該區域氣候及植被不是影響有機碳的主要因素，可能主要是受人類活動的影響。CEC7在3.52 ～ 30.83 cmol/kg，呈隨土層深度增加而降低的趨勢，其中剖面51-135表層含量最高，其值達到30.83 cmol /kg。各剖面間的游離鐵含量為10.78 ～ 19.57 g/kg，鐵游離度為31.52% ～ 43.75%，存在較大差異，在同一剖面內各發生層間也無明顯規律可循。不同剖面之間碳酸鈣相當物含量為67 ～ 133 g/kg。有效磷在土壤表層存在聚集現象，其含量總體上隨著剖面深度增加而逐漸降低，51-128有效磷含量遠高于其他剖面，最高達43.1 mg/kg，是種植果樹和蔬菜大量施肥造成的。

表3 供試土壤化學性質

續表3

2.3 診斷層及診斷特性

診斷層和診斷特性是鑒別土壤和參與基礎分類的重要依據，根據《中國土壤系統分類檢索(第三版)》[12]，參照系統分類的定量細化規則，雜谷腦河谷典型土壤剖面的診斷層和診斷特性見表4。

2.3.1 診斷層 1)診斷表層。51-130、51-131、51-133這3個剖面土體厚度均大于等于75 cm，厚度≥25 cm的表層土壤潤態明度和潤態彩度均小于3.5，有機碳≥6 g/kg，pH≥7.5，鹽基飽和，團粒結構，定為暗沃表層。剖面51-129、51-132、51-134、51-135不滿足暗沃表層條件而診斷為淡薄表層。剖面51-128靠村莊較近，長期種植水果、蔬菜，施用大量化肥和有機肥，有機碳含量較高，平均值為10.19 g/kg，大于等于6 g/kg，在0 ～ 25 cm發生層中有效磷加權平均值(36.9 mg/kg)≥35 mg/kg，滿足肥熟表層的標準。

表4 土壤的診斷層和診斷特性

2)診斷表下層。剖面51-128在肥熟表層中且厚度≥10 cm，有效磷含量≥40 mg/kg，故具有磷質耕作淀積層。剖面51-128、51-132、51-133、51-134、51-135等5組剖面均可見黏粒膠膜，且厚度≥15 cm，黃土為主要母質發育的51-131剖面，雖無黏粒膠膜，但其上覆淋溶層總黏粒含量為14.6% ～ 16.5%，其130 ～ 150 cm范圍內黏粒絕對增量大于3%，相對增量也大于20%，診斷為黏化層。剖面51-131、51-133、51-134中有厚度≥15 cm碳酸鈣相當物含量為50 ～ 150 g/kg，具有中量假菌絲體，且比下墊或上覆土層高10%，故具有鈣積層。剖面51-129、51-130的土壤厚度≥25 cm，質地為壤土或粉質壤土，土壤結構發育，未發生明顯黏化，具有雛形層。

2.3.2 診斷特性 ①土壤水分狀況：8個剖面年干燥度均較高，介于1.0 ～ 3.5，屬半干潤土壤水分狀況。②土壤溫度狀況：所有剖面的年均土溫均大于等于9 ℃且小于16 ℃，屬溫性土壤溫度狀況。③均腐殖質特性：剖面51-131、51-133有機質含量隨深度增加而逐漸下降，土表至20 cm與土表至100 cm的腐殖質儲量比≤0.4，且腐殖質層中C/N<17，可判定均腐殖質特性。④鐵質特性：剖面51-135整個B層游離鐵含量≥14 g/kg，有鐵質特性。⑤石灰性：8個剖面通體均有石灰反應，碳酸鈣相當物含量均高于10 g/kg，因此均具有石灰性。

2.4 土壤分類與參比

根據診斷層與診斷特性，參照《中國土壤系統分類檢索(第三版)》[12]對典型剖面進行檢索、命名并確定其高級分類單元和基層分類單元，在中國土壤系統分類中將8個典型剖面判定為4個土綱、4個亞綱、7個土類和8個亞類。剖面51-128具有肥熟表層和磷質耕作淀積層、石灰性，鑒定為石灰肥熟旱耕人為土。剖面51-131、51-133均具有厚度>50 cm的暗沃表層和均腐殖質特性、半干潤土壤水分狀況，鑒定為暗厚干潤均腐土；剖面51-133具有鈣積層，鑒定為鈣積暗厚干潤均腐土；而剖面51-131無鈣積層、黏化層、氧化還原特征等，鑒定為普通暗厚干潤均腐土。剖面51-132、51-134、51-135具有半干潤土壤水分狀況，在125 cm范圍內存在黏化層，鑒定為干潤淋溶土；剖面51-134具有鈣積層而無氧化還原特征，劃分為普通鈣積干潤淋溶土；剖面51-135具有鐵質特性，無氧化還原特征，鑒定為普通鐵質干潤淋溶土；剖面51-132無其他診斷層或診斷特性，鑒定為普通簡育干潤雛形土。剖面51-129、51-130具有半干潤土壤水分狀況，雛形層，鑒定為干潤雛形土；剖面51-130具有暗沃表層，無灌淤現象、鐵質特性、氧化還原特征，鑒定為暗沃干潤雛形土，同時無鈣積層、超鈣積層或鈣磐，鑒定為普通暗沃干潤雛形土；根據檢索，剖面51-129為普通簡育干潤雛形土。

根據《中國土壤》[13]，8個剖面的發生分類在土綱上均為半淋溶土，在亞綱上均為半濕暖溫半淋溶土，在土類上均為褐土；剖面51-128、51-129、51-130所處海拔較低，年均氣溫高，降水量更低，而蒸發量和干燥度更高，亞類為燥褐土；其他剖面亞類均為石灰性褐土(表5)。

表5 典型剖面在中國土壤系統分類中的歸屬

3 討論

本研究區位于雜谷腦河谷海拔1 847 ～ 2 224 m范圍，高差377 m，隨海拔增加，氣溫降低，降水和空氣濕度增加，植被呈旱生灌叢草被–灌木–喬灌混交逐步過渡特點[14-15]，土地利用方式也因氣候、地形、交通條件等而不同。各樣點間氣候、植被、土地利用方式差異性，造就了不同的土壤性質及類別特征。剖面51-128處于二級階地，其海拔較低，地勢平坦，交通方便，是當地居民的主要聚集區，其土地利用主要以果園、菜園為主，經耕作、施肥及灌溉等人類活動的強烈干預，形成人為土。剖面51-129、51-130因耕作等所處位置坡度較大，土壤侵蝕較嚴重，只能形成雛形土。剖面51-131、51-133由于其海拔相對較高，氣溫降低，降水增加，蒸發量降低，氣候略濕潤，腐殖化作用較強，形成深厚的暗沃表層，發育暗厚干潤均腐土。其他剖面，海拔較高，濕度增大，黏粒發生淋溶淀積，形成淋溶土。隨海拔高度上升，呈現出“人為土–雛形土–均腐土–淋溶土”的分布特征，母質、地形、氣候及人為活動的主導作用各不相同。

中國土壤系統分類主要根據診斷層和診斷特性，逐級檢索確定土綱、亞綱、土類、亞類[25-26]，研究區所選的8個典型剖面鑒定為人為土、均腐土、淋溶土和雛形土共4個土綱及相應的4個亞綱、7個土類和8個亞類。而中國土壤發生分類主要根據土壤形成過程中的成土因素及推斷的成土過程進行高級分類單元的劃分，8個剖面只劃分出1個土綱(半淋溶土綱)、1個亞綱(半濕暖溫半淋溶土亞綱)、1個土類(褐土)和2個亞類(燥褐土和石灰性褐土)。由此可見，中國土壤系統分類較發生分類區分能力更強，能更好地體現研究區土壤分布特征，為土地利用與管理提供更加豐富的信息。

由于研究區基礎資料較少，受地勢、交通、安全性等因素限制，在較高海拔地區及危險地帶未設置采樣點，土壤類型可能存在遺漏。然而，本研究能為后續研究提供一定參考，也為后續土壤調查積累了一定的經驗。

4 結論

雜谷腦河谷土壤形成受母質、地形、氣候、生物、人類活動等影響，部分性質隨海拔上升或下降而產生規律性變化，部分性質不具規律性；土壤系統分類類型隨海拔上升呈“人為土–雛形土–均腐土–淋溶土”的分布特征，發生分類類型呈“燥褐土–石灰性褐土”分布特點。根據診斷層及診斷特性，所選的8個典型剖面在中國土壤系統分類中歸屬為4個土綱、4個亞綱、7個土類和8個亞類，在發生分類中只有1個土綱、1個亞綱、1個土類、2個亞類。中國土壤系統分類具有更強的土壤類型區分能力，可為土壤利用與管理提供更加豐富的信息。

[1] 黃海, 石勝偉, 謝忠勝, 等. 雜谷腦河流域暴雨型泥石流溝地貌特征分析[J]. 水土保持通報, 2012, 32(3): 203–207.

[2] 劉勇, 趙志軍, 李才林, 等. 川西高原雜谷腦河階地的形成[J]. 地理學報, 2006, 61(3): 249–254.

[3] 師嘉祺, 余恩旭, 徐亞莉, 等. 氣候變化下西南亞高山森林景觀恢復效果模擬預測——以岷江雜谷腦河上游流域為例[J]. 應用與環境生物學報, 2021, 27(3): 716–724.

[4] 劉世榮, 劉興良, 孫鵬森, 等. 岷江上游森林植被水源涵養機制與功能提升關鍵技術及應用[N]. 成都: 四川省林業科學研究院, 2018.

[5] 方月, 魏強, 趙健, 等. 成蘭鐵路干旱河谷段邊坡創面不同恢復階段的植物多樣性[J]. 應用與環境生物學報, 2022, 28(3): 1–10.

[6] 姚昆, 周兵, 何磊, 等. 岷江上游地區生態環境脆弱性變化研究[J]. 河南理工大學學報(自然科學版), 2020, 39(6): 78–87.

[7] 陳浩, 董廷旭, 李勇, 等. 岷江上游流域地貌發育階段[J]. 四川師范大學學報(自然科學版), 2021, 44(5): 694–698.

[8] 馬曉黎, 胡堯. 岷江上游流域土壤抗生素殘留評價研究[J]. 安徽農學通報, 2021, 27(12): 99–101.

[9] 關欣, 張鳳榮, 李巧云, 等. 南疆平原典型荒漠樣區耕種土壤基層分類的探討[J]. 土壤, 2003, 35(1): 53–57, 72.

[10] 周如玉, 文星躍, 李衛朋, 等. 發育于晚更新世成都“褐色黏土”的土壤發生學特征及其環境響應[J]. 土壤通報, 2019, 50(5): 1016–1025.

[11] 袁大剛. 中國土系志·四川卷[M]. 北京: 龍門書局, 2021.

[12] 中國科學院南京土壤研究所土壤系統分類課題組. 中國土壤系統分類檢索3版[M]. 合肥: 中國科學技術大學出版社, 2001.

[13] 全國土壤普查辦公室. 中國土壤[M]. 北京: 中國農業出版社, 1998.

[14] 四川省《理縣志》編纂委員會. 理縣志[M]. 成都: 四川民族出版社, 1997.

[15] 于江濤. 理縣志[M]. 北京: 方志出版社, 2013.

[16] 張甘霖, 李德成. 野外土壤描述與采樣手冊[M]. 北京: 科學出版社, 2016.

[17] 翁倩, 袁大剛, 李啟權, 等. 四川省土壤溫度狀況空間分布特征[J]. 土壤通報, 2017, 48(3): 583–588.

[18] 翁倩, 袁大剛, 張楚, 等. 四川省土壤水分狀況空間分布特征[J]. 土壤, 2017, 49(6): 1254–1261.

[19] 張寶堃. 四川氣候區域[J]. 氣象學報, 1941(S1): 111–144, 214.

[20] 陳百明, 周小萍. 《土地利用現狀分類》國家標準的解讀[J]. 自然資源學報, 2007, 22(6): 994–1003.

[21] 中國科學院南京土壤研究所, 中國科學院西安光學精密機械研究所編制. 中國標準土壤色卡[M]. 南京: 南京出版社, 1989.

[22] 張甘霖, 龔子同. 土壤調查實驗室分析方法[M]. 北京: 科學出版社, 2012.

[23] 陳劍科, 袁大剛, 晏昭敏, 等. 測色儀與中國標準土壤色卡測定土壤顏色比較——以川中丘陵區為例[J]. 土壤學報, 2019, 56(1): 78–89.

[24] 余星興, 袁大剛, 陳劍科, 等. 基于Munsell顏色的土壤游離鐵預測研究[J]. 土壤學報, 2021, 58(5): 1322–1329.

[25] 龔子同, 張甘霖, 陳志誠. 土壤發生與系統分類[M]. 北京: 科學出版社, 2007.

[26] 龔子同. 中國土壤系統分類: 理論·方法·實踐[M]. 北京: 科學出版社, 1999.

Genetic Characteristics and Taxonomy of Soils in Zagunao Area in Upper Reaches of Minjiang River

ZHAO Ganggang1, ZHANG Dongpo1,2, YUAN Dagang1*, ZHANG Junsi1

(1 College of Resources, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China; 2 Jiange Premium Talent Service Center, Guangyuan, Sichuan 628300, China)

A total of 8 typical soil profiles were selected as study objects, which are located in the Aba Tibetan and Qiang Autonomous Prefecture in Sichuan to explore genetic characteristics and taxonomy of soils in Zagunao Valley in the upper reaches of the Minjiang River. Through field survey of soil forming factors, the observation of soil morphological characteristics, and lab determination of soil physiochemical properties, soil types were determined according to(CST)and(CSGC). Results showed that all the 8 soil profiles are of mesic temperature regime and ustic moisture regime. Soil hue is 7.5YR and 10YR, the values and chromas of some topsoils are lower than 3.5, meeting the color requirements of Mollic Epipedon. Silt fraction is the highest and clay fraction is the lowest, with the texture of loam or silty loam. Soil structures are mainly of sub-angular block, and the topsoils of some profiles are of aggregate structure. Moderate humic substances, clay film and CaCO3pseudomycelium are found in some layers, indicating the existence of Argic and Calcic horizons. All soils have Calcaric property, mainly with alkaline to strongly alkaline reactions, and the content of calcium carbonate equivalents is ranged from 66 to 133 g/kg. The content of soil organic carbon is ranged from 1.64 to 61.45 g/kg, showing a gradual decrease with the increase of soil depth in some profiles and indicating the existence of Isohumic property. Free iron oxide content is reached from 10.78 to 19.57 g/kg and is over 14 g/kg in some layers, indicating the existence of Ferric property.Olsen-P content is reached from 1.2 to 43.1 mg/kg andmeets the requirements of Fimic epipedon and Agric horizon in some layers.In CST, the studied soils are belonged to 4 orders of Anthrosols, Cambosols, Argosols and Isohumisols, 4 Suborders, 7 Groups and 8 Subgroups; while in CSGC, they are belonged to Dry-brown soil subgroup of Cinnamon soil group of Semi-leached soil order (corresponding to Calcaric Fimi-Orthic Anthrosols, Typic Hapli-Ustic Cambosols and Typic Molli-Orthic Cambosols in CST) and Calcareous brown soil subgroups of the same group and order (corresponding to Typic Pachi-Ustic Isohumosols, Typic Hapli-Ustic Argosols, Calcic Pachi-Ustic Isohumosols, Typic Calci-Ustic Argosols and Typic Ferri-Ustic Argosols in CST). Thus, comparatively, CST has stronger ability to distinguish soil types compared with CSGC.

Minjiang River; Pedogenesis; Chinese Soil Taxonomy; Arid valley

S155.3

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.04.027

趙剛剛, 張東坡, 袁大剛, 等. 岷江上游雜谷腦河谷土壤發生特征與系統分類研究. 土壤, 2022, 54(4): 865–872.

國家科技基礎性工作專項(2014FY110200A12)資助。

(690654034@qq.com)

趙剛剛(1995—)，男，甘肅隴西人，碩士研究生，主要從事土壤分類研究。E-mail: 843408398@qq.com