贵州喀斯特区草地生态条件下石灰(岩)土的发生特性及系统分类研究（杨柳,何腾兵,舒英格,刘元生,卜通达《中国岩溶》2011.1）.pdf

第3 0卷 第1期 中 国 岩 溶 V o l . 3 0 N o . 1 2 0 1 1年3月 C A R S O L OG I C A S I N I C A 췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍 췍 M a r . 2 0 1 1 文章编号 1 0 0 1-4 8 1 02 0 1 10 1-0 0 9 3-0 7 贵州喀斯特区草地生态条件下石灰 岩 土 的发生特性及系统分类研究 杨 柳, 何腾兵, 舒英格, 刘元生, 卜通达 贵州大学农学院, 贵州 贵阳5 5 0 0 2 5 摘 要 选取贵州喀斯特区草地生态条件下5个不同区域的石灰 岩 土为研究对 象, 根据相应的理化性质及发生特性, 探讨了影响土壤发育的因素, 确定了土壤的 诊断层和诊断特性。其中, 供试土壤的诊断层包括 暗沃表层、 雏形层和粘化层 等, 诊断特性包括 热性土壤温度状况、 常湿润土壤水分状况、 均腐殖质特性、 腐殖 质特性、 盐基饱和、 碳酸盐岩岩性、 铁质特性、 石灰性等, 并在此基础上对其进行了 土壤系统分类, 结果显示 5个供试土壤分别属于中国土壤系统分类中的普通黑色 岩性均腐土、 腐殖钙质常湿雏形土和腐殖钙质常湿淋溶土等亚类。 关键词 石灰 岩 土; 发生特性; 诊断层; 诊断特性; 系统分类; 草地; 贵州喀斯特区 中图分类号S 1 5 5. 1 文献标识码 A 石灰 岩 土 [1]是广泛分布于我国热带亚热带喀 斯特山区的一种非地带性土壤, 它发育于碳酸盐岩 主要是石灰岩和白云岩 母质, 碳酸盐岩岩溶作用的 强烈影响使得土壤长期保持高钙含量和高 p H值。 这类土壤淋溶作用不充分, 富铝化特征不明显, 在土 壤发生分类中属于初育土土纲的石灰 岩 土土类, 按 淋溶作用的强弱又可细分为黑色石灰土、 棕色石灰 土、 黄色石灰土、 红色石灰土4个亚类[ 2]。野外考察 和遥感图像解译结果表明, 许多石灰 岩 土地区水源 枯竭、 植被稀少、 土层浅薄, 岩石大面积裸露, 土地基 本无法再利用, 自然植被极难恢复, 是喀斯特山区石 漠化景观的主要分布区。贵州省是我国喀斯特生态 环境分布较多的省份, 石灰 岩 土在贵州省分布较广 泛。据统计, 贵州省石灰 岩 土分布面积达2 7 8. 5 6 万h m 2, 占全省土壤面积的1 7. 5, 已开垦的石灰 岩 土面 积6 7. 8 6万h m 2, 占 全 省 旱 作 土 面 积 的 7. 9 [3]。在我国推广土壤系统分类以来, 在贵州喀 斯特环境条件下仅有少量的研究成果与系统分类相 关, 如杨胜天[ 4]的黔灵山土壤分类研究, 宁婧[5]的黔 北喀斯特生态环境石灰 岩 土发生特征与诊断特性 研究。但以上研究都没有针性地对喀斯特草地生态 条件下石灰 岩 土进行深入研究。在石漠化地区生 态恢复的过程中, 自然生态首先恢复的是草本植被, 而后才恢复到森林植被, 因而有必要从系统分类的角 度进一步研究草地生态条件下的石灰 岩 土的特性。 黄色石灰土亚类在贵州分布面积较大, 占贵州石灰 岩 土 总 面 积 的7 2. 2 0, 占 全 省 土 壤 总 面 积 的 1 2. 6 4 [3], 因此本文以贵州喀斯特区草地生态条件 下黄色石灰土为研究对象, 研究其理化性质, 确定其 诊断层和诊断特性及在中国土壤系统分类中的归属。 1 材料与方法 1. 1 土壤环境条件及样品的采集 根据石灰 岩 土在贵州的分布特点, 除黔东南州 分布较少外, 其余地区都大量分布。因此供试土壤样 基金项目 国家自然科学基金4 0 7 6 1 0 1 1 和贵州省省长资金 黔省专合字[ 2 0 0 5]3 5 3号 资助 第一作者简介杨 柳1 9 8 4- , 男, 在读硕士, 研究方向为土壤资源利用与保护。 通讯作者 何腾兵1 9 6 3- , 教授, 硕士生导师,E - m a i l h e t e n g b i n g 1 6 3. c o m。 收稿日期2 0 1 0-0 8-2 3 品采集于除黔东南州之外的沿河、 松桃、 开阳、 纳雍、 兴仁5个县, 这5个县在贵州的地理位置分布于贵州 的东北部、 中部、 西部、 和南部, 海拔跨度达9 0 0 m, 气 候区跨越北亚热带和中亚热带, 是黄色石灰土分布的 主要气候带, 因而样点具有广泛的代表性。采样地选 择在草地大面积集中分布的石灰岩区, 其中的草地都 是已退耕还林多年, 杂草生长旺盛但不见灌木明显生 长的土地。实地选择样点后, 开挖剖面, 一般要求按 长1 0 0 c m、 宽5 0 c m、 深1 0 0 c m开挖正式土壤剖面, 剖 面深度根据土体深度确定, 对于土体深度小于1 0 0 c m 的土壤剖面, 以开挖到母岩 基岩 为止。根据土壤剖 面土层厚度, 每个土壤剖面自上而下依次采集0 1 0 c m,1 02 0 c m,2 04 0 c m,4 06 0 c m,6 08 0 c m, 8 01 0 0 c m部位的土样, 土体深度小于1 0 0 c m的, 从 上至下依次取至母岩或基岩为止, 供试土壤的成土母 岩均为白云质灰岩, 其它环境条件见表1。样品采集 后去除草根和石块, 研磨过筛, 装瓶备用。 表1 供试土壤的成土环境条件 T a b . 1 E n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s f o r t h e f o r m a t i o no f t h e t e s t e ds o i l s 剖面号采样地点植被母岩类型海拔/m 经度 纬度 地形 部位 年均降水量 /mm 年均温 /℃ YH 沿河县中界麻子凹荒草植被白云质灰岩 6 3 0 1 0 8 0 5 ′ 1 6 ″ 2 9 1 1 ′ 2 3 ″ 坡地 11 8 81 6. 2 S T 松桃县瓦溪乡十字村龙塘湾荒草植被白云质灰岩 6 6 0 1 0 8 4 4 ′ 1 6 ″ 2 8 2 3 ′ 1 1 ″ 坡地 13 7 81 6. 5 KY 开阳县南江乡毛家锐村屯上荒草植被白云质灰岩 10 5 6 1 0 7 1 6 ′ 3 8 ″ 2 6 5 6 ′ 5 8 ″ 坡地 12 5 81 4. 3 NY 纳雍县董地乡董地村荒草植被白云质灰岩 15 2 2 1 0 5 4 4 ′ 1 4 ″ 2 6 2 3 ′ 1 9 ″ 坡地 12 4 31 3. 6 X R 兴仁县田湾乡堵拐村大土组荒草植被白云质灰岩 13 0 0 1 0 6 3 6 ′ 1 3 ″ 2 5 4 2 ′ 2 6 ″ 坡地 13 1 51 5. 2 1. 2 分析项目与方法 分析测定项目主要包括土壤颜色、 机械组成、 p H 值、 有机质、 阳离子交换量、 交换性盐基总量、 碳酸钙、 络合铁、 活性铁、 游离铁, 均按常规理化分析方法进 行[ 6,7]。 2 结果与讨论 2. 1 土壤剖面特征及机械组成 供试土壤剖面一般均具有1 02 0 c m厚的腐殖 质层A层 , 颜色以深暗色调为主, 如暗灰、 暗灰黄 等, 其下多发育了比较厚的淀积层或淀积层向母质层 的过渡层 B、A C、B C , 颜色以灰黄、 黄色为主, 再往 下则为不同厚度的母质层C , 颜色多为黄色、 黄红 色等, 对比门赛尔比色卡可见土壤干态基本色调为 5 Y R和7. 5 Y R 见表2 , 土壤颜色的明度和彩度一 般随剖面层次的加深而增加,A层的明度和彩度一般 较低, 颜色较深, 在一定程度上反映了土壤有机质的 积累状况。野外观察还可见A层的植物根系分布比 较多, 土壤疏松; 向下则植物根系分布逐渐减少, 土壤 也比较紧实, 在各供试剖面中, S T剖面上的植物根系 最为密集, 剖面YH与X R的B层有不同程度的粘粒 胶膜出现。 供试土壤的机械组成 国际制 见表2。由表2 可以看出, 供试土壤剖面各层以砂粒为主, 整体表现 为 砂粒粉粒粘粒, 其含量范围 砂粒2 8 07 4 0 g / k g, 粉粒2 1 03 7 0g / k g, 粘粒4 04 9 0g / k g。供 试剖面中,NY剖面的平均粉粘比最大, 达到了4. 3 0, 在各供试土壤剖面中, 其发育程度最弱;X R剖面除 表层01 0 c m的粉粘比略大于1外, 其余各层均小 于1, 剖面平均粉粘比最小, 为0. 6 9, 说明该土壤的剖 面层次发育最为明显, 发育程度最高[ 8]。供试土壤剖 面中,YH、 S T和NY的A/B粉粘比都小于1. 5, 说 明其粘化过程主要表现为残积粘化; 而KY和X R的 A/B粉粘比则大于1. 5, 其粘化过程主要表现为淀积 粘化[ 8]。 49 中国岩溶 2 0 1 1年 表2 供试土壤的剖面特征和机械组成 T a b . 2 P r o f i l ec h a r a c t e ra n dm e c h a n i c a l c o m p o s i t i o no f t h e t e s t e ds o i l s 剖面号深度/c m 颜色 干态 发生层 机械组成/g/ k g 20. 0 2 /mm 0. 0 20. 0 0 2 /mm 5, 说明土壤形成了明显 的粘化层[ 1 1]; YH、S T、NY剖面未发生明显的粘化, 且具有发育的B层结构, 说明其具有雏形层[ 1 1]。 3. 3 诊断特性 1 土壤温度状况 供试的各剖面都处于亚热带 湿润季风气候带, 年平均气温在1 3. 61 6. 5℃之间, 地表下5 0 c m年均土温在1 5℃以上但小于2 2℃, 为 热性土壤温度状况[ 1 2]。 2 土壤水分状况 供试的各剖面所处地区年降 水量在11 8 813 7 8 mm之间, 采用干燥度公式计算 年干燥度小于10. 4 20. 9 1 , 为常湿润土壤水分状 况[ 1 2]。 3 均腐殖质特性 剖面YH、S T、KY和NY中, 02 0c m对01 0 0 c m 若5 01 0 0 c m之间出现石 质、 准石质接触面, 则按相应比例计算 处的腐殖质储 量比 R h 分别为0. 2 4、0. 2 7、0. 2 2和0. 2 1R h≤ 0. 4 ; 且单个土体不具有厚度为52 0 c m的有机现 象亚层, 说明此三个土壤剖面具有均腐殖质特性[ 1 1]。 4 腐殖质特性 各供试土壤剖面有机质表层含 量较高, 向下逐渐减少; 土表至1 0 0 c m范围内土壤有 机碳总储量均1 2 k g/m 2, 表明土壤具有腐殖质特 性[ 1 1]。 5 盐基饱和度 各供试土壤剖面的盐基饱和度 在8 59 5之间, 盐基饱和度大于5 0, 属盐基饱 和土壤[ 1 1]。 6 岩性特征 各供试剖面土表至1 2 5 c m范围内 有碳酸盐岩岩屑, p H 大 于5. 5, 盐 基 饱 和 度 大 于 5 0, 土壤均具有碳酸盐岩岩性特征 [1 1]。 7 铁质特性 各个剖面发生层中的游离铁 除 S T的C层外 含量都大于2 0 g/ k g , 说明各供试土壤 均具有铁质特性[ 1 1]; 8 石灰性 各个剖面土表至5 0 c m范围内所有 亚层中C a C O3相当物在各个剖面中的含量均大于 1 0 g / k g, 用 13盐酸处理有泡沫产生, 说明各剖面均 具有石灰性[ 1 1]。 表5 供试土壤诊断层和诊断特性 T a b . 5 D i a g n o s t i ch o r i z o n sa n dd i a g n o s t i cc h a r a c t e r i s t i c so f t h e t e s t e ds o i l s 剖面号 诊断表层 暗沃表层 诊断表下层 粘化层雏形层 诊断特性 热性土壤 温度状况 常润土壤 水分状况 均腐殖质 特性 腐殖质 特性 盐基饱 土壤 碳酸盐岩 岩性特征 铁质特性石灰性 YH- S T-- KY-- NY- X R--- 3. 4 土壤类型的归属 根据上述分析讨论结果, 参照 中国土壤分类系 统高级分类表 [1]和 中国土壤系统分类检索 第三 版 [1 3], 供试的5个土壤剖面在地理发生分类和中 国土壤系统分类中的归属详见表6。 表6 供试土壤的分类参比 T a b . 6 C o r r e l a t i o no f t h ec l a s s i f i c a t i o no f t h e t e s t e ds o i l s 剖面号土壤地理发生分类 亚类中国土壤系统分类 亚类 YH 黄色石灰土 Y e l l o wr e n d z i n a 普通黑色岩性均腐土 T y p i cB l a c k - L i t h o m o r p h i c I s o h u m o s o l s S T 黄色石灰土 Y e l l o wr e n d z i n a 腐殖钙质常湿雏形土 H u m i cC a r b o n a t i - P e r u d i cC a m b o s o l s KY 黄色石灰土 Y e l l o wr e n d z i n a 腐殖钙质常湿淋溶土 H u m i cC a r b o n a t i - P e r u d i cA r g o s o l s NY 黄色石灰土 Y e l l o wr e n d z i n a 普通黑色岩性均腐土 T y p i cB l a c k - L i t h o m o r p h i c I s o h u m o s o l s X R 黄色石灰土 Y e l l o wr e n d z i n a 腐殖钙质常湿淋溶土 H u m i cC a r b o n a t i - P e r u d i cA r g o s o l s 89 中国岩溶 2 0 1 1年 4 结 论 1 草地生态条件下土壤有机质主要以根系形式 进入土壤, 腐殖质含量向下延伸较深, 含量逐渐减少, 剖面表层的干态明度小于5. 5, 土壤有机碳含量均高 于 6 g / k g , 土壤发育过程中, 碳酸盐不断提供C a、 M g 离子使土壤的盐基饱和度大于5 0, 从而使草地生 态条件下发育的土壤具有暗沃表层, 部分土壤的特性 达到了均腐殖质特性的要求, 土壤还具有均腐殖质特 性。 2 石灰 岩 土的发育程度受母质的影响较大, C a C O3与粘粒之间呈显著负相关,C a C O3与氧化铁之 间呈极显著负相关, 说明C a C O3减缓了石灰 岩 土 粘化过程和脱硅富铝化过程, 一定程度上阻碍了喀斯 特地区石灰 岩 土向地带性土壤 黄壤、 红壤 发育的 趋势。 3 贵州喀斯特地区的石灰 岩 土除了具有与碳 酸盐相关的特性外, 还具有腐殖质特性和铁质特性, 反映了该地区成土过程中的生物作用和化学风化作 用都比较强。 4 贵州喀斯特地区草地生态条件下5个不同地 区发育的石灰 岩 土在中国系统分类中的归属, 分别 属于3个不同土纲的相应亚类, 即 普通黑色岩性均 腐土、 腐殖钙质常湿雏形土和腐殖钙质常湿淋溶土。 参考文献 [1] 全国土壤普查办公室.中国土壤[M].北京 中国农业出版社, 1 9 9 85 2 4-5 2 5. 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S t u d yo nt h eg e n e s i s c h a r a c t e r i s t i c sa n dt a x o n o m i cc l a s s i f i c a t i o no f l i m e s t o n e s o i l u n d e rg r a s s l a n de c o s y s t e mi nG u i z h o uK a r s tA r e a YANGL i u,HET e n g - b i n g,S HUY i n g - g e,L I UY u a n - s h e n g,B UT o n g - d a C o l l e g e o fA g r i c u l t u r e,G u i z h o uU n i v e r s i t y,G u i y a n g,G u i z h o u5 5 0 0 2 5,C h i n a A b s t r a c tT h e l i m e s t o n es o i l s i n f i v ed i f f e r e n t r e g i o n s a r e s e l e c t e da s t h e r e s e a r c ho b j e c t i ng r a s s l a n de c o l o g i - c a l c o n d i t i o n s i nG u i z h o uK a r s tA r e aa c c o r d i n gt o t h ep h y s i c a l a n dc h e m i c a l a sw e l l a s t h eg e n e s i s c h a r a c t e r s o f t h es o i l s .T h ef a c t o r st h a ta f f e c ts o i ld e v e l o p m e n ti sd i s c u s s e d,t h ed i a g n o s t i ch o r i z o n sa n dd i a g n o s t i c c h a r a c t e r i s t i c so f t h e s o i l a r ed e t e r m i n e d . Am o n g t h e m,t h e s o i l d i a g n o s t i ch o r i z o n s i n v o l v e t h eM o l l i c e p i p e - d o n,C a m b i ch o r i z o n,A r g i ch o r i z o na n ds oo n;t h ed i a g n o s t i c c h a r a c t e r i s t i c s i n v o l v e t h e t h e r m i c t e m p e r a t u r e r e g m i e,p e r u d i cm o i s t u r e r e g i m e,i s o h u m i cp r o p e r t y,h u m i cp r o p e r t y,b a s es a t u r a t i o n,l i t h o l o g yo f t h ec a r- b o n a t er o c k s,f e r r i cp r o p e r t y,c a l c a r i cp r o p e r t ye t c . A n d t h e n,t h e s o i l s a r e c l a s s i f i e d . T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e f i v es o i l sb e l o n gt ot h es u b g r o u p so fC h i n e s es o i l t a x o n o m yi nl i t h o l o g y,t h e ya r et y p i cb l a c k - l i t h o m o r - p h i c i s o h u m o s o l s,h u m i cc a r b o n a t i - p e r u d i cc a m b o s o l sa n dh u m i cc a r b o n a t i- p e r u d i ca r g o s o l s . K e yw o r d sl i m e s t o n es o i l s;g e n e s i sc h a r a c t e r;d i a g n o s t i ch o r i z o n s;d i a g n o s t i cc h a r a c t e r i s t i c s;t a x o n o m i c c l a s s i f i c a t i o n;g r a s s l a n d;G u i z h o uK a r s tA r e a s 99 第3 0卷 第1期 杨 柳等 贵州喀斯特区草地生态条件下石灰 岩 土的发生特性及系统分类研究