2022, Vol. 54
2. 剑阁县高端人才服务中心, 四川广元 628300
土壤是人类赖以生存的自然资源，土壤的形成与发育受气候、母质、地形、生物、成土年龄及人类活动等因素影响。岷江上游典型的干旱河谷地带——杂谷脑地区，是四川盆地和川西高原的过渡地带中典型的高山河谷地貌，由于其特殊的地形影响，气候干燥、降水较少，生态环境脆弱[1-2]。关于该区域的研究从20世纪80年代后开始增多，师嘉祺等[3]探讨了岷江上游杂谷脑流域的土壤特征对垂直生态环境功能的影响。刘世荣等[4]研究了杂谷脑流域生态水文过程对土地覆盖和气候变化的响应，发现了该地土壤蒸发及水分截留受垂直气候影响的幅度较大。方月等[5]探究了岷江上游河谷植物配置对周边土壤理化性质的影响。姚昆等[6]从岷江上游地区的地形、气候、植被等方面评价了该区的生态环境变化状况。陈浩等[7]探究了该地区地貌演化规律及青藏高原东缘晚新生代以来新构造活动的差异性。马晓黎和胡尧[8]开展了岷江上游土壤抗生素残留评价。
通过对该区文献资料的整理，发现前人对杂谷脑地区的植被、水文、地质及土地利用等研究较多，但对该区域土壤发生与分类尚缺少研究，土壤发生及分类的研究对于土地利用、环境保护等具有重要意义[9]，是土壤治理修复及相应植被研究的重要前提，尤其类型特征对于其农业生产、经济发展与生态环境建设具有重要作用[10]。杂谷脑河谷是当地居民重要的典型聚集区，该区的土壤调查工作显得尤为重要，本文提取《中国土系志·四川卷》[11]中阿坝藏族羌族自治州理县杂谷脑地区典型土壤调查数据，进行统计分析，研究其发生学特征，并依据《中国土壤系统分类检索(第三版)》[12](简称系统分类)、《中国土壤(1998)》[13](简称发生分类)确定其类型，为研究区土壤利用提供科学参考。
1 材料与方法 1.1 研究区概况岷江上游杂谷脑地区位于川西高原东南部，坐标30°57′ ~ 31°28′N、101°08′ ~ 103°10′E。该区地形由于经历长期的地质构造运动，形成了以高山峡谷为主的地貌，其间有多级阶地分布，年降雨量在600 mm左右，主要集中在夏秋季，冬春季较少；年均日照1 685 h左右，河谷地带年平均气温11 ℃左右，属于山地高原暖温带半湿润至半干旱型气候。受垂直气候影响，自然植被由低海拔到高海拔呈旱生灌丛草被-灌木-乔灌混交过渡的垂直性分布特征[14-15]；地势平缓的台地种植有蔬菜、果树等。母质主要是洪冲积物、坡积物、黄土与黄土状物质。
1.2 土壤调查、采样及分析方法土壤调查于2014年4—5月份进行，共选取8个代表性的土壤剖面(表 1)。在野外调查过程中，按照《野外土壤描述与采样手册》[16]选择剖面位置，借助手持式GPS记录所选剖面的经纬度及高程等信息，根据颜色、质地、结构、新生体、侵入体、石砾状况和石灰反应等划分土层，并进行信息描述，同时按发生层自下而上采集土壤样品。母质类型根据1:25万地质图结合现场观察确定，气候类型、土壤温度状况、土壤水分状况根据翁倩等[17-18]方法结合四川气候区划[19]确定，土地利用类型根据土地利用现状分类[20]和现场观察确定。
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表 1 理县杂谷脑河谷成土因素与土壤温度和水分状况 Table 1 Soil forming factors and soil temperature and moisture regimes of studies soils |
采集的土壤样品经充分混匀，挑出根系、石砾、侵入体等，自然风干后研磨，并分别过10目、60目、100目孔径筛，装袋供分析测试用。土壤颜色按照《中国标准土壤色卡》[21]进行描述，颗粒组成按美国农部制，用比重法确定，质地类型也按美国农部制命名；pH用电位法测定，土水比1:2.5；有机碳用重铬酸钾-硫酸消化法测定，阳离子交换量用醋酸铵-EDTA交换法测定，全铁用碳酸锂-ICP法测定，游离铁用DCB法浸提-邻菲罗啉比色法测定，碳酸钙相当物含量用容量滴定法测定，有效磷用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定[22]。
1.3 数据处理方法数据分析处理及图表制作采用Microsoft Excel 2019。
2 结果与分析 2.1 土壤剖面形态特征及颗粒组成土壤颜色是鉴别诊断层和诊断特性的重要指标[23-24]。从表 2可知，所选8个土壤剖面色调(润态)以7.5YR和10YR为主，10YR最多，明度范围为2 ~ 5，彩度范围为1 ~ 6。除剖面51-132在Bt2段颜色变化以外，其余剖面颜色通体均一，不同层次间差异很小。土壤质地主要为壤土及粉质壤土。土壤结构体有屑粒、亚角块状、团粒状及棱块状等形态。部分剖面有假菌丝体、腐殖质及黏粒胶膜等新生体，个别剖面如51-128有蚯蚓粪和塑料膜碎屑物。
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表 2 供试土壤剖面形态特征和颗粒组成 Table 2 Profile morphologic characteristics and particle size compositions of studied soils |
各剖面中石砾含量低，均在8% 以内，剖面51-131除表层外，未见石砾。土壤颗粒组成总体上表现为粉粒、砂粒含量较高，黏粒含量较低(大多在150 ~ 180 g/kg)，黏粒含量有随海拔升高而增加的趋势。
2.2 土壤基本化学性质研究区土壤基本化学性质如表 3所示。8个典型土壤剖面各发生层的pH均大于7.4，最高为8.8，平均值为8.3，总体呈碱性到强碱性；剖面51-128、51-129、51-132、51-134从表层至深层，pH逐渐变大，其余剖面无明显规律。土壤有机碳含量范围1.64 ~ 61.45 g/kg，平均值为10.23 g/kg，表层普遍高于下层，但表层有机碳含量不随海拔升高而产生有规律变化，说明该区域气候及植被不是影响有机碳的主要因素，可能主要是受人类活动的影响。CEC7在3.52 ~ 30.83 cmol(+)/kg，呈随土层深度增加而降低的趋势，其中剖面51-135表层含量最高，其值达到30.83 cmol (+)/kg。各剖面间的游离铁含量为10.78 ~ 19.57 g/kg，铁游离度为31.52% ~ 43.75%，存在较大差异，在同一剖面内各发生层间也无明显规律可循。不同剖面之间碳酸钙相当物含量为67 ~ 133 g/kg。有效磷在土壤表层存在聚集现象，其含量总体上随着剖面深度增加而逐渐降低，51-128有效磷含量远高于其他剖面，最高达43.1 mg/kg，是种植果树和蔬菜大量施肥造成的。
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表 3 供试土壤化学性质 Table 3 Chemical properties of studied soils |
诊断层和诊断特性是鉴别土壤和参与基础分类的重要依据，根据《中国土壤系统分类检索(第三版)》[12]，参照系统分类的定量细化规则，杂谷脑河谷典型土壤剖面的诊断层和诊断特性见表 4。
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表 4 土壤的诊断层和诊断特性 Table 4 Diagnostic horizons and diagnostic features of studied soils |
1) 诊断表层。51-130、51-131、51-133这3个剖面土体厚度均大于等于75 cm，厚度≥25 cm的表层土壤润态明度和润态彩度均小于3.5，有机碳≥6 g/kg，pH≥7.5，盐基饱和，团粒结构，定为暗沃表层。剖面51-129、51-132、51-134、51-135不满足暗沃表层条件而诊断为淡薄表层。剖面51-128靠村庄较近，长期种植水果、蔬菜，施用大量化肥和有机肥，有机碳含量较高，平均值为10.19 g/kg，大于等于6 g/kg，在0 ~ 25 cm发生层中有效磷加权平均值(36.9 mg/kg)≥35 mg/kg，满足肥熟表层的标准。
2) 诊断表下层。剖面51-128在肥熟表层中且厚度≥10 cm，有效磷含量≥40 mg/kg，故具有磷质耕作淀积层。剖面51-128、51-132、51-133、51-134、51-135等5组剖面均可见黏粒胶膜，且厚度≥15 cm，黄土为主要母质发育的51-131剖面，虽无黏粒胶膜，但其上覆淋溶层总黏粒含量为14.6% ~ 16.5%，其130 ~ 150 cm范围内黏粒绝对增量大于3%，相对增量也大于20%，诊断为黏化层。剖面51-131、51-133、51-134中有厚度≥15 cm碳酸钙相当物含量为50 ~ 150 g/kg，具有中量假菌丝体，且比下垫或上覆土层高10%，故具有钙积层。剖面51-129、51-130的土壤厚度≥25 cm，质地为壤土或粉质壤土，土壤结构发育，未发生明显黏化，具有雏形层。
2.3.2 诊断特性① 土壤水分状况：8个剖面年干燥度均较高，介于1.0 ~ 3.5，属半干润土壤水分状况。②土壤温度状况：所有剖面的年均土温均大于等于9 ℃且小于16 ℃，属温性土壤温度状况。③均腐殖质特性：剖面51-131、51-133有机质含量随深度增加而逐渐下降，土表至20 cm与土表至100 cm的腐殖质储量比≤0.4，且腐殖质层中C/N < 17，可判定均腐殖质特性。④铁质特性：剖面51-135整个B层游离铁含量≥14 g/kg，有铁质特性。⑤石灰性：8个剖面通体均有石灰反应，碳酸钙相当物含量均高于10 g/kg，因此均具有石灰性。
2.4 土壤分类与参比根据诊断层与诊断特性，参照《中国土壤系统分类检索(第三版)》[12]对典型剖面进行检索、命名并确定其高级分类单元和基层分类单元，在中国土壤系统分类中将8个典型剖面判定为4个土纲、4个亚纲、7个土类和8个亚类。剖面51-128具有肥熟表层和磷质耕作淀积层、石灰性，鉴定为石灰肥熟旱耕人为土。剖面51-131、51-133均具有厚度 > 50 cm的暗沃表层和均腐殖质特性、半干润土壤水分状况，鉴定为暗厚干润均腐土；剖面51-133具有钙积层，鉴定为钙积暗厚干润均腐土，而剖面51-131无钙积层、黏化层、氧化还原特征等，鉴定为普通暗厚干润均腐土。剖面51-132、51-134、51-135具有半干润土壤水分状况，在125 cm范围内存在黏化层，鉴定为干润淋溶土；剖面51-134具有钙积层而无氧化还原特征，划分为普通钙积干润淋溶土；剖面51-135具有铁质特性，无氧化还原特征，鉴定为普通铁质干润淋溶土；剖面51-132无其他诊断层或诊断特性，鉴定为普通简育干润雏形土。剖面51-129、51-130具有半干润土壤水分状况，雏形层，鉴定为干润雏形土；剖面51-130具有暗沃表层，无灌淤现象、铁质特性、氧化还原特征，鉴定为暗沃干润雏形土，同时无钙积层、超钙积层或钙磐，鉴定为普通暗沃干润雏形土；根据检索，剖面51-129为普通简育干润雏形土。
根据《中国土壤》[13]，8个剖面的发生分类在土纲上均为半淋溶土，在亚纲上均为半湿暖温半淋溶土，在土类上均为褐土；剖面51-128、51-129、51-130所处海拔较低，年均气温高，降水量更低，而蒸发量和干燥度更高，亚类为燥褐土；其他剖面亚类均为石灰性褐土(表 5)。
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表 5 典型剖面在中国土壤系统分类中的归属 Table 5 Soil types in Chinese Soil Taxonomy and Chinese Soil Genetic Classification |
本研究区位于杂谷脑河谷海拔1 847 ~ 2 224 m范围，高差377 m，随海拔增加，气温降低，降水和空气湿度增加，植被呈旱生灌丛草被-灌木-乔灌混交逐步过渡特点[14-15]，土地利用方式也因气候、地形、交通条件等而不同。各样点间气候、植被、土地利用方式差异性，造就了不同的土壤性质及类别特征。剖面51-128处于二级阶地，其海拔较低，地势平坦，交通方便，是当地居民的主要聚集区，其土地利用主要以果园、菜园为主，经耕作、施肥及灌溉等人类活动的强烈干预，形成人为土。剖面51-129、51-130因耕作等所处位置坡度较大，土壤侵蚀较严重，只能形成雏形土。剖面51-131、51-133由于其海拔相对较高，气温降低，降水增加，蒸发量降低，气候略湿润，腐殖化作用较强，形成深厚的暗沃表层，发育暗厚干润均腐土。其他剖面，海拔较高，湿度增大，黏粒发生淋溶淀积，形成淋溶土。随海拔高度上升，呈现出“人为土-雏形土-均腐土-淋溶土”的分布特征，母质、地形、气候及人为活动的主导作用各不相同。
中国土壤系统分类主要根据诊断层和诊断特性，逐级检索确定土纲、亚纲、土类、亚类[25-26]，研究区所选的8个典型剖面鉴定为人为土、均腐土、淋溶土和雏形土共4个土纲及相应的4个亚纲、7个土类和8个亚类。而中国土壤发生分类主要根据土壤形成过程中的成土因素及推断的成土过程进行高级分类单元的划分，8个剖面只划分出1个土纲(半淋溶土纲)、1个亚纲(半湿暖温半淋溶土亚纲)、1个土类(褐土)和2个亚类(燥褐土和石灰性褐土)。由此可见，中国土壤系统分类较发生分类区分能力更强，能更好地体现研究区土壤分布特征，为土地利用与管理提供更加丰富的信息。
由于研究区基础资料较少，受地势、交通、安全性等因素限制，在较高海拔地区及危险地带未设置采样点，土壤类型可能存在遗漏。然而，本研究能为后续研究提供一定参考，也为后续土壤调查积累了一定的经验。
4 结论杂谷脑河谷土壤形成受母质、地形、气候、生物、人类活动等影响，部分性质随海拔上升或下降而产生规律性变化，部分性质不具规律性；土壤系统分类类型随海拔上升呈“人为土-雏形土-均腐土-淋溶土”的分布特征，发生分类类型呈“燥褐土-石灰性褐土”分布特点。根据诊断层及诊断特性，所选的8个典型剖面在中国土壤系统分类中归属为4个土纲、4个亚纲、7个土类和8个亚类，在发生分类中只有1个土纲、1个亚纲、1个土类、2个亚类。中国土壤系统分类具有更强的土壤类型区分能力，可为土壤利用与管理提供更加丰富的信息。
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