古土壤是指古环境下形成的土壤，是发育于过去的景观条件下，全部特性与现代成土条件不相符的土壤，主要形成于第四纪及第三纪地质末期，多具有埋藏或非埋藏的表面^[1]。通过对古土壤的研究，能够重建过去的成土环境，以及古地理环境，从而了解土壤的发生演变，正确理解现代土壤性质和古土壤性质的关系，对土壤资源的利用与保护以及埋藏土壤碳库保育等都具有重要的指导意义。

山地，因其特殊的地理位置与海拔因素，其土壤的形成与发育有着明显的垂直特征。山地土壤是山区农业和林业的基本资源，既是山区居民生计和产业发展的物质基础，又是山区可持续发展的重要保障。然而，山地土壤的生态属性相对脆弱，对气候和土地利用变化较为敏感，是地球陆地生态系统的关键地带^[2]。幕阜山脉位于湖南省东北角的湘、鄂、赣三省交界之地，属大陆性亚热带季风湿润气候，降水充沛，气温、降水随海拔变化明显。该山脉地表植被资源丰富，已查明的植物有96科806种，森林植被类型以针叶林、落叶阔叶林为主，其域内森林覆盖度高达99.6%，有面积达到1 100 hm²的天然黄山松林，是我国中北亚热带气候区重要的生态区位^[3]。然而，该山地土壤虽然通透性好，但偏酸性，且质地较粗，蓄水保肥性较差，其山地土壤质量保育工作十分重要。

土壤有机质水平是衡量反映土壤质量的重要指标^[4]，而以高分子化合物为特征的土壤腐殖质是土壤中有机物质的主体^[5]。腐殖质不仅是土壤肥力的重要来源，还具有提高养分有效性、增强土壤微生物活性、促进团聚体形成以及钝化重金属等能力^[6-7]。因此，土壤腐殖质的含量、组分特征以及质量演变，直接决定着土壤质量的发展态势^[8-9]。就腐殖质组分而言，基于各组分在不同pH下的溶解度差异，可将其分为胡敏素、胡敏酸和富里酸^[10]。其中胡敏素和胡敏酸的元素含量基本在同一范围，而胡敏酸和富里酸的元素含量存在差异^[11]。不同腐殖质组分的腐殖化程度不同，一般而言，胡敏酸和胡敏素的平均分子量大，腐殖化程度较高，而富里酸平均分子量最小，腐殖化程度较低^[12]。因此，土壤腐殖质组分特征是土壤腐殖质质量高低的重要体现。

本文以幕阜山埋藏古土壤为研究对象，并以上覆的现代土壤作为对比，结合土壤剖面序列与采样分析，解析现代土壤与古土壤中腐殖质的积累、组分特征以及质量差异，旨在探明我国中北亚热带典型山地土壤的有机质变化规律，从而为我国亚热带古山地环境变化等相关研究提供数据支撑，并为该气候区山地土壤质量的保护与资源利用以及土壤碳库保育提供重要的理论依据。

1 材料与方法 1.1 供试土壤概况

作为研究对象的古山地土壤埋藏遗址(113.818705°E，28.972280°N)位于湘鄂赣交界地带的幕阜山脉，为典型中亚热带花岗岩山体，该山脉最高海拔1 598.6 m，植被和土壤垂直带谱的区域代表性强(图 1)。该古土壤埋藏遗址在国家科技基础性工作专项项目“我国土系调查与《中国土系志》编制”的野外调查过程中被勘探发现并被国内专家讨论。从研究区域所存在的大面积深厚埋藏黑土层以及平整的接合序列剖面构成来看，下部被埋藏的古土壤可能形成于末次冰期，大概率是一次古老的突然性地壳运动坡积后的二次发育结果，成土时间具有典型的第四纪烙印(图 1)。经中国科学院物理研究所利用¹⁴C同位素测年法检测(数据详见结果部分)，埋藏古淋溶层(Ab)土壤年龄为2 712 a，埋藏古淀积层(Bb)土壤年龄为5 810 a，土壤发生发育的时间与第四纪吻合。

1.2 样品采集

于湖南省平江县内幕阜山古土壤埋藏区域挖掘土壤剖面，根据“现代山地土壤(A层、B层)–埋藏古山地土壤(Ab层、Bb层)”序列剖面的发生层次，沿发生层垂直方向，使用不锈钢小铲均匀取样，混匀后带回实验室。将植株的根茎及砂砾挑出，在室温下风干，过100目筛，备用。各发生土层(A层0 ~ 40 cm、B层40 ~ 98 cm、Ab层98 ~ 144 cm、Bb层144 ~ 280 cm)样品均为3个平行。

1.3 测定项目与方法

土壤腐殖质总量检测采用外加热容量法^[13]。土壤腐殖质组分测定采用焦磷酸钠–氢氧化钠混合液浸提–重铬酸钾容量法，即采用0.1 mol/L焦磷酸钠–氢氧化钠混合液提取可溶性腐殖质，然后采用重铬酸钾氧化容量法测定胡敏酸和富里酸总量；提取液经过酸化沉淀分离胡敏酸，并采用重铬酸钾氧化容量法测定其含量，之后通过计算可得富里酸含量；最后，用腐殖质总量减去胡敏酸和富里酸含量即可得到胡敏素含量。

土壤年龄检测采用¹⁴C测年法，介质为总有机碳，前处理和测试由中国科学院物理研究所完成，使用美国NEC公司生产的1.5SDH-1 NEC 0.5MeV加速器进行检测。样品采用酸–碱–酸法进行处理，去除碳酸盐并通过多次洗涤至中性后烘干备用。随后，处理后的样品在400℃或900℃加热，提取并纯化CO₂，利用电炉和铁粉作为催化剂，将CO₂还原成石墨。年龄校正使用Cal.7.04程序^[14]，基于Int Cal 20树轮曲线将¹⁴C测年结果校正为日历年龄^[15]。

1.4 数据处理与统计分析

采用Excel 2016和SPSS软件对数据进行统计分析；所有测试指标的显著性检验采用Duncan法，差异显著水平为P < 0.05。

2 结果与分析 2.1 土壤腐殖质¹⁴C同位素测年结果

经¹⁴C同位素检测，埋藏古淋溶层(Ab)土壤年龄为2 712 a，下部埋藏古淀积层(Bb)土壤年龄为5 800 a，土壤发生发育的时间与第四纪吻合。上部现代淋溶层(A)及其现代淀积层(B)的土壤年龄分别为1 910 a和2 400 a，表明古土壤被埋藏的时间久远，也证实了古土壤的埋藏形成为一次古老的、突然性的地壳运动以及坡积后二次发育的假设。

2.2 土壤腐殖质总量特征

经过2 712 a的埋藏，古土壤各发生层次的腐殖质总量与上覆现代土层的腐殖质总量存在着显著差异(图 2)。埋藏古土壤与现代土壤相同发生层次的腐殖质积累特征相似，即淋溶层的腐殖质积累更为明显。就古土壤而言，其淋溶层(Ab)腐殖质总量为淀积层(Bb)的3.31倍；就现代土壤而言，其淋溶层(A)腐殖质总量为淀积层(B)的2.46倍。

就埋藏古土壤点位发生层而言，埋藏古土壤的腐殖质积累程度普遍高于现代土壤。与现代土壤相比，古淋溶层腐殖质总量为现代淋溶层的1.65倍，古淀积层腐殖质总量为现代淀积层的1.24倍。

2.3 土壤腐殖质组分特征

随着古土壤埋藏深度的增加，古土壤腐殖质各组分含量均呈现下降的趋势(图 3A)。古淋溶层(Ab)的胡敏酸、富里酸以及胡敏素含量均显著高于古土壤淀积层(Bb)，且Ab层与Bb层腐殖质各组分的含量占比差异显著。Ab层腐殖质以胡敏酸为主，其次为胡敏素，而富里酸最少，其各组成分含量分别为腐殖质总量的45.2%、39.4% 和15.4%。Bb层腐殖质主要由胡敏素组成，其次为富里酸，而胡敏酸最少，三者含量分别为腐殖质总量的57.5%、25.6% 和16.9% (图 3B)。

随着土层深度的增加，现代土壤腐殖质各组分含量也普遍呈下降态势，且变化显著，但土壤淋溶层(A)与淀积层(B)腐殖质各组分的含量占比差异不明显。现代山地土壤A层与B层的腐殖质组分均以胡敏素为主，其次是富里酸，胡敏酸最少，其含量分别占腐殖质总量的53.46%、52.79%，30.62%、30.32% 和15.93%、16.87%(图 3B)。

就埋藏古土壤发生层而言，幕阜山脉山地土壤腐殖质各组分呈现出不同特征。古淋溶层(Ab)富里酸含量略低于现代淋溶层(A)，而其胡敏酸与胡敏素含量则普遍显著高于现代淋溶层；古淋溶层的胡敏酸含量占比显著高于现代淋溶层，而其富里酸与胡敏素含量占比则显著低于现代淋溶层。古土壤淀积层(Bb)的胡敏素含量显著高于现代淀积层(B)，而胡敏酸与富里酸含量差异不明显；古土壤淀积层的胡敏酸、富里酸以及胡敏素的含量占比与现代淀积层基本无明显差异。

2.4 土壤腐殖质质量特征

胡敏酸与富里酸的比例是衡量腐殖质品质与腐殖质活性高低的一个重要指标，胡敏酸与富里酸的比值越高，说明土壤中的腐殖质活性越强，腐殖质质量越好^[16]。

随着土壤剖面深度的增加，古土壤的腐殖质品质表现为淋溶层(Ab)优于淀积层(Bb)，而现代土壤腐殖质品质表现为淀积层(B)优于淋溶层(A)(图 4)。与现代土壤相比，埋藏古土壤腐殖质胡富比普遍高于现代土壤，其中以淋溶层的腐殖质品质差异最为显著，古淋溶层胡富比值为现代淋溶层的5.62倍。与埋藏古土壤相比，幕阜山脉现代发育的山地土壤的腐殖质品质较低。

3 讨论

腐殖质是土壤有机质的主体部分，也是反映土壤肥力水平的重要指标之一，土壤中腐殖质层的厚度及其腐殖化程度也代表了有机碳库的相对稳定性^[17]。本文研究结果表明，幕阜山脉现代土壤腐殖质总量积累较高，肥力水平良好，但埋藏古土壤腐殖质积累程度更为显著，表明随着历史的时间延续，幕阜山脉山地埋藏古土壤肥力水平较好，虽然新鲜有机物质输入减少，但其有机碳库周转慢、相对稳定。这可能与现代幕阜山脉所处地带的气候、生物等因素有关^[18]。

胡敏酸和富里酸是土壤腐殖质的重要组成部分，胡敏酸和富里酸中存在苯酚、羧酸、羟基等各种官能团^[19]，可以影响养分元素在土壤中的迁移，从而影响植物生长、土壤养分和水分的保持。本文通过对幕阜山脉土壤腐殖质组分含量的研究，发现埋藏古土壤与现代土壤在腐殖质组分含量或成分占比上存在不同特征。现代土壤中，腐殖质组分以胡敏素为主(> 50%)，富里酸次之，胡敏酸比例最低，且层次间组分比例差异较小。埋藏古土壤淀积层(Bb)中腐殖质各组分含量占比与现代土壤呈现类似变化，但埋藏古土壤淋溶层(Ab)中胡敏酸比例最高，其次为胡敏素，富里酸含量最低。这可能与山地特有的森林植被因素以及气候环境等变化有关，首先森林植被是山地土壤所特有的优势植被物种，其作为有机碳来源的输入主要集中于土壤表层；其次，古土壤的地表植被可能多为原生林，且植被密度应当远大于现代。此外，过去的成土环境已经与现代土壤有所不同，由管艳霞等^[20]研究发现温度等气候因素能够影响土壤腐殖质中胡敏酸与富里酸等成分的形成。

胡富比值是指胡敏酸碳和富里酸碳之间的比值，能够反映土壤腐殖质的质量及其腐殖质的芳构化程度、聚合度和稳定性。一般来说，富里酸含量高，反映土壤成熟度低，腐殖化程度低，有利于碳循环和碳平衡^[21]。本文研究结果表明，幕阜山古土壤淋溶层(Ab)胡富比显著高于现代土壤，说明长期处于埋藏状态的古土壤腐殖化程度更高、稳定性更好，腐殖质品质更佳，由其构成的土壤碳库较为稳定。此外，本文结果显示，除古淋溶层外，幕阜山脉山地土壤的胡富比值普遍小于1，表明土壤存在腐殖物质聚合程度及稳定性不够理想、碳循环较为活跃、易受外界环境扰动的可能，应加强现代土壤的保育工作，这对于提升山地土壤碳库的稳定性具有重要意义。

4 结论

与现代土壤相比，幕阜山埋藏古土壤腐殖质含量更高，且品质更优。除古淋溶层外，其他土层腐殖质组分含量依次为胡敏素 > 富里酸 > 胡敏酸，而古淋溶层中胡敏酸含量及占比最为突出。