新疆天山南麓土壤系统分类研究*

郭 梦，吴克宁，2†，鞠 兵，武红旗

（1. 中国地质大学（北京）土地科学技术学院，北京 100083；2. 自然资源部土地整治重点实验室，北京 100035；3. 中国科学院南京土壤研究所，南京 210008；4. 新疆农业大学草业与环境科学学院，乌鲁木齐 830052）

新疆维吾尔自治区位于中国西北边境，地处中纬度亚欧大陆腹地，以其典型的大陆性气候闻名于世。在新疆众多山地中，天山位于新疆中部，极大地影响了新疆南北的气候分布，由于其雄伟壮观，天山的南坡和北坡气候呈现明显的垂直地带性分布规律[1]。周霞和陈东景[2]通过研究将天山南坡划分为五个垂直气候带。作为一个重要的地形因素，海拔通过改变气候环境，从而影响土壤的发生和发育，从而对土壤性状、物理化学性质等产生重要影响[3]。马国飞等[4]发现天山南坡台兰河上游草地土壤各物理性状与海拔之间存在显著相关性。何晓玲等[5]将天山北麓丘陵地带土壤划分为3个土纲、4个土类。刘立诚[6]通过研究发现天山北坡雪岭云杉林下的灰褐色森林土与褐色土相似，而与一般褐色土有所区别的温带干早区土壤垂直带谱中一特殊类型。关欣等[7]探讨了南疆平原典型荒漠样区耕种土壤的系统分类。作为土壤形成的条件和因素，气候、生物、地形、母质等均在不同方面，随着时间的推移影响土壤的形成和发生。而土壤作为生态环境的重要组成部分，其类型特征对于调节区域生态系统甚至农业、经济发展具有重要作用[8]。因此，本研究试图在前人对天山土壤研究的基础上探寻天山南麓土壤类型随海拔变化的规律，补充前人对天山南坡土壤研究的不足。此外近年来不断有学者开始研究新疆地区的土壤系统分类，但是大部分集中在高级分类单元的划分，很少有关于基层分类单元的划分，而且关于天山南麓土壤分类的最新研究比较少。本文通过选取8个典型的剖面，研究随着海拔变化，天山南麓成土过程的变化和系统分类的归属问题，以进一步完善对于天山南麓的系统分类研究。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

新疆地区一般划分为北疆和南疆。本文的研究区域位于南疆地区，南疆地处内陆、中纬度亚欧大陆腹地，远距海洋，四周以高山环绕，地貌高差明显，因而受海洋气流影响较小，属于典型的温带大陆性干旱气候，其特点是冬天酷冷、夏天干热、冷热变化特别明显、气温日差较大、干燥无雨、晴天较多、光热丰富、风多并强、气候垂直运动明显。从地貌总体特征上看，南疆北部以天山为界，南部则以昆仑山为界，两山之间是塔里木盆地，故呈现出“两山夹一盆”的特征。该地区地形起伏多变，地质地貌条件复杂，成土母质类型繁多。山区以残积物、坡积物分布最广，部分山地迎风坡尚有黄土分布。平原地区的成土母质则主要为洪积物、冲积物、砂质风积物和各种黄土状沉积物。在古老灌溉绿洲内，分布有灌溉淤积物，此外，尚有湖积物、冰碛物等[9]。

1.2 样品采集与分析

根据南疆地区成土环境因素的特征和代表性土壤类型，本文选取天山南麓至塔里木盆地边缘8个代表性的土壤剖面作为研究对象，具体位置见图1，成土环境条件参见表1。本研究的野外调查结合不同海拔高度选择不同的土壤观测点。

表1 土壤的成土环境Table 1 Soil forming environment of the studied soils

在野外首先借助GPS进行定位，再挖掘剖面，按野外土壤调查与采样规范进行描述，包括土壤颜色、土壤结构、土壤发育程度、干湿状态、结持性、新生体等，并对石灰反应、pH进行现场速测[10]，按发生学层次自下而上进行土壤样品的采集。土壤基本物理化学性质的指标测试包括颗粒组成、pH、有机质、碳酸钙、碱解氮、速效磷和电导率等，分析方法依据《土壤调查实验室分析方法》[11]和《土壤农化分析》[12]。

2 结果与讨论

2.1 土壤的剖面形态特征及机械组成

8个典型剖面特征和颗粒组成见表2。土壤剖面颜色以黄色为主，颜色相对较浅，所有剖面的色调均为2.5Y，明度主要为5～8，彩度主要为1～6。剖面颜色较均匀，不同层次间差异很小。除剖面1和4外，其余剖面土层厚度较深，可达120 cm左右，剖面1因所在海拔较高，土层厚度较浅。剖面4因其地下水位较高，土层厚度较浅。

表2 剖面特征和颗粒组成Table 2 Profile characteristics and particle size composition of the studied soils

土壤结构主要为块状、粒状、团块状。土壤质地主要为壤土，土壤颗粒组成总体上来看，砂粒含量由天山至塔里木盆地边缘呈现先减后增的趋势。原因是在天山高海拔处土壤风化程度较低，随着海拔降低，风化程度逐渐加强，至塔里木盆地边缘临近沙漠，土壤砂粒含量增加。

2.2 土壤的基本化学性质

8个典型剖面的有关化学性质见表3。天山南坡地区在高山草甸下发育的土壤，表层有机质积累较多，随着海拔的降低，表层有机质含量减少[13]。此外，表层有机质含量明显高于下层，这是由于有机质在剖面各层次间的分布非常不均匀造成的。

表3 土壤化学性质Table 3 Chemical properties of the studied soils

8个典型剖面的pH均超过7，呈碱性。碳酸钙含量在不同剖面之间有较大差异。剖面5碳酸钙含量明显高于其他7个剖面，碳酸钙含量最高为436.6 g·kg-1，这可能与人为耕作产生的灌溉淤积物碳酸盐含量高有关。除剖面5外，剖面6、7表层土壤的碳酸钙含量偏高可能也与此有关。剖面1由于其海拔较高，剖面内碳酸钙含量从上至下呈现出递减的趋势。其余各剖面各层次间呈现无规则变化。

除1号剖面外，有效磷含量具有表聚性，且随剖面深度的增加有效磷含量略有下降。剖面5表层有效磷含量最高，为57.42 mg·kg-1，剖面7表层含量最低，仅为8.029 mg·kg-1。各剖面碱解氮含量有较明显差异，变化范围在2.106～118.400 mg·kg-1之间，但在单个土体内表现出由土体中上部向下部递减的趋势。

电导率对研究盐渍化程度、土壤基本化学性质和肥力质量特征具有重要指导意义[14-17]。从表中数据可知，各剖面间电导率差异明显，剖面2、剖面4、剖面5、剖面8电导率最高，其余剖面电导率接近。

续表

2.3 诊断层及诊断特性

中国土壤系统分类基于诊断层和诊断特性，具有定量化特征，能与国际的分类方案相接轨。根据《中国土壤系统分类检索（第三版）》[18]，天山南麓研究土壤剖面的诊断层和诊断特性见表4。

表4 土壤的诊断层和诊断特性Table 4 Diagnostic horizons and diagnostic features of the studied soils

2.3.1 诊断层 （1）诊断表层。剖面5满足厚度大于等于25 cm，有机碳加权平均值大于等于6 g·kg-1，和有效磷加权平均值大于等于35 mg·kg-1等肥熟表层的标准，具有肥熟表层。剖面8满足干旱表层的地表特征，即有沙层，从地表起，有一厚度大于等于0.5 cm，并含不同数量气泡状孔隙的孔泡结皮层而具有干旱表层。剖面1、3厚度大于等于5 cm，容重范围为0.5～1.1 g·cm-3，且有寒性或更冷的土壤温度状况等草毡表层的标准，具有草毡表层。剖面4满足上部土层经常被水饱和，表层上部为耕作层，且0～25 cm内黏粒含量大于等于160 g·kg-1等有机表层的拟定标准，具有有机表层。（2）诊断表下层。剖面1、2、3、6、7满足规定厚度至少5 cm，

其他土层大于等于10 cm，细土质地多为砂壤土和粉壤土，具有土壤结构的发育，且不满足黏化层、灰化淀积层等条件，符合雏形层的诊断标准，因此具有雏形层。剖面5检索出肥熟表层，且厚度大于等于10 cm，有效磷含量大于等于18 mg·kg-1，故具有磷质耕作淀积层。（3）其他诊断层。剖面8满足厚度至少为15 cm，1︰1水土比提取液的电导率大于等于30 ds·m-1等盐积层的拟定标准，具有盐积层。（4）诊断现象。剖面5、6具有灌淤表层的特征，但厚度为20～50 cm，故认为有灌淤现象。

2.3.2 诊断特性 （1）土壤温度状况。剖面1、3因海拔较高土壤温度状况为寒冻土壤温度状况。剖面2因年平均土壤温度小于8℃，且夏季高于寒性土壤温度状况的年平均土壤温度，属于冷性土壤温度状况。剖面4、5、6、8因年平均土温在8℃～15℃之间，属于温性土壤温度状况。剖面7因年平均土温在15℃～22℃之间，属于热性土壤温度状况。（2）土壤水分状况。剖面1因多数年份全年各月蒸发量小于降水量，土壤水分控制层段中水分张力很少达到100 kPa，属于常湿润土壤水分状况。剖面2、5、8因大多数年份50 cm处土壤温度大于5℃，土壤水分控制层段的全部每年累计一半天数是干燥的；而且50 cm处土温大于5℃，水分控制层段某些部分或者全部连续湿润时间不超过90d，属于干旱土壤水分状况。剖面3、6、7所处地理位置虽然降雨量稀少，但通过人为灌溉使得其土壤水分状况由干旱水分状况变为半干润土壤水分状况。剖面4因地处博斯腾湖边缘，地下水水位较高，其上部土层在大多数年份中有相当长的湿润期，下部土层长期被水饱和，属于滞水土壤水分状况。（3）潜育特征。剖面4下部土壤发生强烈还原，这是由于长期被水饱和所导致。其50%以上的土壤基质的颜色值为：色调为2.5Y，润态明度大于等于4，润态彩度小于等于3，且在土体中兼有少量铁锈斑纹，因此可判断具有潜育特征。（4）氧化还原特征。剖面6中下部可见铁锈斑纹，剖面7下部可见中量铁锰斑纹缝合氧化还原特征的检索条件，因此认为具有氧化还原特征。（5）冻融特征。剖面1、3具有冻融团聚体或者水平延长的孔隙，且有粗细颗粒的层状分选和大于0.01 mm粗骨颗粒的聚集等条件，因此可判断具有冻融特征。（6）石灰性。8个剖面通体均具有石灰反应，因此均具有石灰性。

2.4 高级分类和基层分类归属

根据上述诊断层和诊断特性，按照《中国土壤系统分类检索（第三版）》[18]对选取的剖面进行系统分类高级分类的检索、命名，8个典型剖面在中国土壤系统分类中归属为4个土纲、6个亚纲、7个土类、7个亚类。根据选取剖面的土壤控制层段内的颗粒大小级别、矿物组成、石灰性及酸碱性和土壤温度，将供试土壤划分为8个土族。根据中国土壤系统分类对土系划分的要求，属于不同土族和不同亚类的划分为不同的土系，属于同一土族的根据土层深度及厚度、表层土壤质地和土系控制层段内岩石碎屑、结核及侵入体进行划分，将供试土壤划分为8个土系，分类名称如表5所示。

表5 典型剖面在中国土壤系统分类中的归属Table 5 Ascriptions of the soil profiles in the Chinese Soil Taxonomy and the Chinese Soil Genetic classification

2.5 土壤分类参比

依据不同的土壤形态特征、发生过程、理化性质和土壤应用，形成了不同的土壤分类体系，其中美国土壤系统分类能定量化、系统化地表示土壤属性，并且美国已经建立了2.2万个详细的土系，目前仍在修订与完善中[19-20]；世界土壤资源参比基础注重土壤类型和土壤类型制图表达，世界土壤参比基础（WRB）2014版已经发布；我国土壤分类方法主要为土壤发生学和中国土壤系统分类，从1984年开始进行中国土壤系统分类研究，通过研究和不断补充，目前已经出版了《中国土壤系统分类检索（第三版）》[18]。

本文选取了新疆天山南麓8个典型剖面，为了土壤类型表达的多样性，在中国土壤系统分类的基础上，与发生学分类、美国土壤系统分类和世界土壤资源参比基础之间进行参比（表6），更好地表达新疆土壤分类特征。

表6 不同土壤分类参比Table 6 References between different soil classification systems

3 讨 论

3.1 天山南麓土壤类型随海拔变化规律

在本次选取的研究区内，因天山山体高大，相对高差达到2 000 m，水热生物条件变化大，加之临近绿洲受人为耕作的影响，使得天山南麓土壤类型沿高度分异明显。天山南麓上坡高山区因其海拔较高，降水稀少，气温很低，土壤发育微弱形成雏形土纲的土壤。部分亚高山草甸土具有寒冻土壤温度状况，属于寒冻雏形土亚纲（剖面1、剖面3）。随海拔降低，土壤温度有所增加，因临近博斯腾湖水系，地下水水位较高，土体下部长期被水饱和，导致土壤发生强烈还原，形成潜育土纲的土壤（剖面4）。接着因海拔降低，温度等气候条件达到了适合人类居住的条件，因而出现人类耕作，在人类长期引水灌溉的条件下，泥沙逐渐淤积，并经施肥、耕作等交迭作用的影响，形成人为土纲的土壤（剖面5）。受到人类耕作影响的大小不满足人为土标准被划入到雏形土土纲（剖面2、剖面6、剖面7）。在天山南麓最南端因临近塔里木盆地，降雨稀少，气候干旱，形成干旱土纲的土壤（剖面8）。

3.2 不同土壤分类系统的分类对比

中国土壤系统分类与发生分类均是以发生学思想为指导，后者是以地带性学说为基础，以成土条件（生物、气候等）为依据，具有一定的成土规律[21-22]。而前者是基于诊断层和诊断特性进行定量化分类，诊断层和诊断特性是五大成土因素综合作用的结果，反映一定土壤形成和发育的规律[23]。

通过8个典型剖面不同土壤分类体系之间的参比发现，美国土壤系统分类的最大特点是将过去 惯用的发生学土层和土壤特性给予定量化，建立一系列的诊断层和诊断特征，用其来划分鉴定土壤。世界土壤资源分类参比也以诊断层和诊断特性为分类依据[24-25]，在高级分类单元命名上和中国土壤系统分类命名比较相似。中国土壤系统分类是一个主要参照美国土壤系统分类的思想原则、方法和某些概念，吸收其他国家土壤分类中的某些概念和经验，针对中国土壤而设计的，以土壤本身性质为分类标准的定量化分类系统，属于诊断分类体系。中国土壤系统分类充分结合我国土壤特点，增加了人为土，在土壤命名上，采用了连续命名法，并非常注意我国的语言特点而尽量简化。

3.3 人类活动对于土壤类型演化方向的影响

自然因素与人为因素共同影响着土壤，人类活动与自然成土诸因素相比，在土壤形成过程中具有独特的作用，与其他自然因素有着本质的不同。土地利用是人类利用土地进行各种活动的综合反映[26]。土地利用方式对土壤理化性质有直接影响[27-29]。因此，不同土地利用方式对土壤类型的演化方向具有一定的影响。在本次调查中，沿线不同海拔展现了“高山荒漠草原-亚高山草原-绿洲农业-沙漠”的景观特征；土地利用方式呈现“天然牧草地-耕地-未利用地”的特征；土壤类型随海拔及纬度不同呈现出雏形土-潜育土-人为土-雏形土-干旱土的分布特征。

3.4 不足之处

本研究涵盖的天山南坡土壤类型不够全面，缺少主要的栗钙土和棕钙土两个土类，栗钙土对应着中国土壤系统分类中的简育干润均腐土、钙积干润均腐土和简育干润雏形土，棕钙土对应着中国土壤系统分类中的钙积正常干旱土和简育正常干旱土。之前的研究者关于南疆土壤分类的研究不多，而且涉及南疆的研究数据时间比较久，本文关于南疆的土壤基础数据，能在一定程度上为南疆进一步的深入研究提供数据支撑，后续仍需要在南疆开展进一步研究，不断更新南疆的研究成果。

4 结 论

本文第一次完成了新疆地区，尤其是南疆地区土壤系统分类基层分类单元的划分，并完成了南疆典型土系与世界主流土壤分类系统之间的参比，通过参比可知中国土壤系统分类在与国际接轨的基础上，更加强调中国土壤特点，并根据中国的实际情况提出了具有中国特色的土壤类型，这些对今后土壤调查及土壤分类成果的交流具有促进意义。8个典型剖面随海拔变化呈现出了雏形土-潜育土-人为土-雏形土-干旱土的变化特征，这些剖面在中国土壤系统分类中归属为4个土纲、6个亚纲、7个土类、7个亚类、8个土族和8个土系。