第8章半水成土和水成土

全文电子教材土壤与土壤资源学（下篇：土壤资源）林学专业第8章半水成土和水成土〔本章提要〕半水成土与水成土是深受地下潜水或地表水影响的所谓非地带性土壤。我国半水成土有潮土、砂姜黑土、草甸土、林灌草甸土等主要土类，水成土有沼泽土与泥炭土两个土类。本章主要介绍了潮土、砂姜黑土、草甸土、沼泽土等4个土类的分布特征、成土条件、基本性状、亚类划分、及农林业改良利用。半水成土是指在地下水位较高，土体下层经常处于潮润（或季节性水分过多）状态下形成的土壤。我国半水成土主要包括潮土、砂姜黑土、草甸土、林灌草甸土等土类。其共性是：剖面具有腐殖质层和氧化还原交替形成的锈色斑纹层。由于本土纲的各土类大多形成于近代河湖相沉积物，受河流沉积规律支配，形成不同质地土层排列，直接影响着土壤的水盐运动。半水成土所处地形平坦，土体深厚，大都垦殖已久，是我国重要的旱地土壤资源，具有农林牧综合发展的巨大潜力。水成土是在地面积水或土层长期处于水分饱和状态，生长喜湿与耐湿植被条件下形成的土壤。由于土层长期处于嫌气还原状态，潜育过程十分活跃，土层中的游离铁、锰还原、移位，形成蓝灰色潜育土层（G）。沼泽土是水成土纲的主要土类，也是重要的湿地土壤资源。半水成土和水成土由于受地表水和地下潜水的强烈影响，地带性成土因素的影响相对较弱，故属于非地带性土壤，或称“隐域性”土壤。8.1潮土潮土是在河流沉积物上，受地下水活动影响，并经过人工耕种熟化而成的土壤。因有夜潮现象而得名，属半水成土。其主要特征是地势平坦、土层深厚。在我国土壤分类上过去曾称为冲积土，但未反映地下水的活动状况；后来称为浅色草甸土，又没有反映耕作熟化过程而且它是在冲积物上直接耕种发育而成，一般未经过草甸植被生长阶段。50年代中后期受前苏联地带性观点的影响，曾改称为原始褐土。到1978年确认它为一个独立的土类即潮土。8.1.1分布与形成条件潮土总面积2565.89万hm2，集中分布于河流冲积平原、三角洲泛滥地和低阶地。在我国，多分布于黄河中、下游的冲积平原及其以南江苏、安徽的平原地区和长江流域中、下游的河、湖平原和三角洲地区。主要成土母质多为近代河流冲积物，部分为古河流冲积物、洪积物及少量浅海冲积物。在黄淮海平原及辽河中下游平原，潮土的成土母质多为石灰性冲积物，含有机质较少，但钾素丰富，土壤质地以沙壤质和粉壤质为主；而长江水系主要为中性粘壤或粘土冲积物。潮土分布地区地形平坦，地下水埋深较浅，土壤地下水埋深随季节而发生变化，旱季时地下水埋深一般为2~3cm，雨季时可以上升至0.5cm左右，季节性变幅在2m左右。20世纪50年代末以来，随着这些地区的排水系统的修建和大量抽取地下水灌溉，目前潮土分布区的地下水位大幅度下降，基本上剖面已经脱离了地下水的影响。潮土主要是形成于半干旱或半湿润气候，年平均气温120C-150C，100C的天数为190-230天，积温38000C—42000C，年降水量500—750毫米，但干湿季节变化极为明显，每年12—5月降水量仅占全年降水量的10—23%，而6—11月却占77—90%，年平均蒸发量约1800—2600毫米，比降水量高出2—4倍。潮土的自然植被为草甸植被。但由于该地区农业历史比较悠久，多辟为农田，耕地面积占潮土总面积的86%以上，自然植被为人工植被所代替。该地区光热资源充足，为小麦、玉米、棉花等粮棉作物生产基地，也是各种水果、蔬菜等农产品的重要产区。8.1.2形成过程及影响因素8.1.2.1形成过程潮土是由潴育化过程和受旱耕熟化影响的腐殖质积累过程两个成土过程形成的。1）潴育化过程潴育化过程的影响因素是上层滞水和地下滞水。潮土剖面下部土层常年在地下潜水干湿季节周期性升降运动的作用下，铁、锰等化合物的氧化还原过程交替进行，并有移动和淀积。即在雨季期间，土体上部水分饱和，土体中的难溶性FeCO3（菱铁矿）还原并与生物活动产生的CO2作用形成Fe（HCO3）2而向下移动；雨季过后则Fe（HCO3）2随毛管作用而由底层向土体上部移动，氧化为Fe（OH）3，具体的化学反应为:FeCO3+CO2+H2O=Fe(HCO3)2Fe(HCO3)2+O2+H2O=Fe(OH)3+CO2由于这种每年的周期性氧化还原过程，致使土层内显现出铁锈纹层（锈色斑纹层）。锰也发生上述类似的氧化还原变化，常有黑色锰斑与软的锰结核。在氧化还原层下有时还可以见到砂姜，砂姜一般是富含碳酸钙的地下水的凝聚产物。2）腐殖质积累过程因气候温暖，自然潮土的有机质积累并不多，因此，表层颜色较淡，才称为浅色草甸土。现在，潮土绝大多数已垦殖为农田，其腐殖质积累受耕作、施肥、灌排等农业耕作等栽培措施的影响。因此，潮土的有机质积累是在自然因素与人类影响共同作用下达到了新的平衡。在20世纪80年代以前，由于投入少，开垦后的潮土腐殖质含量下降。但80年代中期以来，随着化肥等投入的增加，潮土耕层土壤有机质等养分含量有所提高。8.1.2.2影响形成的因素潮土的形成受成土母质、地下水活动、平原小地形和人类耕种熟化活动的影响。分述如下：1）成土母质的影响潮土的成土母质是不同时期河流的沉积物。不同质地的沉积物其性状各异，不同河流沉积物的养分储量亦有差异。具有不同质地层次排列的土体构造还通过影响水盐运行，从而影响潮土的发育。2）河流沉积物河流沉积物是形成潮土的物质基础。在水力分选作用下,沉积物随地势由高到低、或由河床向外延伸，质地由砂至粘呈规律性连续分布。每种质地类型的成因、属性和分布的地形部位大体吻合，其水文地质条件也相似。由于河流交互沉积，土壤剖面中粘砂层次相间，厚度和层位变化很大，土壤水分的运行和盐分、养分的分配常受影响。3）地下水地下水位较高，但变化幅度大，通常随季节升降在1～1.5米之间。毛管作用强的潮土，地下水常在夜间上升至地表，形成夜潮现象。地下水中的溶性物质随地下水向表土移动而引起盐类在土壤表层聚积。在心土层，地下水常导致棕色调的锈纹、锈斑或铁锰结核的形成。4）耕作潮土的沉积物母质中矿质养分较丰富，疏松易垦。开垦初期须通过排灌工程系统改善土壤水分状况，防止盐化、碱化和沼泽化等不利环境因素的影响。耕层的土壤结构和养分含量因耕作而急剧改变，心土层的变化则甚微。持续的耕作活动及增施有机肥料、合理轮作等措施可使熟土层逐步增厚，结合态腐殖质含量相应增加，土壤结构改善，有效肥力得到提高。8.1.3剖面形态特征及基本理化性状8.1.3.1剖面形态特征1）腐殖质层（或耕作层）大多数潮土的腐殖质层是一种人为耕种熟化表土层，一般厚15—20cm，腐殖质含量低，一般小于10g/kg，颜色浅淡，干态亮度多大于等于6，彩度小于等于4，壤质土，多为屑粒状结构，有大量作物根系。耕作层之下有时可见犁底层，是长期受机具的碾压而形成的，片状或鳞片状结构，厚度5—10cm不等，颜色与耕层土壤相接近。2）过渡层一般在犁底层之下，厚度15—40cm不等，壤质土，也多为屑粒状结构，其湿态亮度、彩度大于等于4。有时犁底层之下既是氧化还原层，而不存在过渡层。3）氧化还原层（BCg）又称锈色斑纹层，多出现于60—150cm之间，有明显锈斑，其湿态亮度、彩度大于等于4；也有与之相间分布成还原态的灰色斑纹，其湿态亮度大于等于6，彩度小于等于2。该层下部时有软质铁锰结核，或有雏形砂姜。4）母质层（Cg）主要为沉积层里明显的冲积物，具有明显的潴育化特征，甚至有潜育化现象。8.1.3.2基本理化性状潮土的理化性质随沉积物的来源及耕种熟化程度而已。1）机械组成潮土颗粒组成因河流沉积物的来源及沉积相而异，一般来源与花岗岩山区者粗，来源于黄土高原的黄河沉积物多为砂壤及粉沙质，长江与淮河物质较细，且质地层次分异不明显。地形上，近河床者，土质粗；牛扼湖相沉积者，土质细。由于这种不同质地的沉积层理及其组合明显的影响土壤的水分物理状况及肥力状况，尤其是沙土及粘质土在剖面中相间出现的部位及厚度影响显著，故潮土的土种划分一般以土体质地构型为标准，突出砂土层及粘土层的出现部位与厚度。2）粘土矿物类型潮土中的粘土矿物随不同河流的沉积物而有不同。总的来说以水化云母为主（约占90%），次为蒙脱石、高岭石、蛭石。黄河沉积物中蒙脱石较为显著，漳河沉积物中却不明显，而沁河沉积物中蒙脱石最少。潮土粘粒（0.001毫米）的硅铝率较高，一般在3.0—4.0之间。在华北平原各河流沉积物上发育的潮土中硅铝率较高，而长江沉积物上发育的潮土中则较低，为3.0或稍高一些。3）pH及碳酸钙发育在黄河沉积母质上的潮土碳酸钙含量高，含量变化多在5%—15%之间，沙质土偏低，粘质土偏高，土壤呈中性到微碱性反应，pH7.2~8.5，碱化潮土pH高达9.0或更高。长江中下游钙质沉积母质发育的潮土，碳酸钙含量较低，为2%~9%，pH为7.0~8.0；发育在酸性岩山区河流沉积母质上的潮土，不含碳酸钙，土壤呈微酸性反应，pH5.8~6.5。4）养分状况分布于黄河中下游的潮土，腐殖质含量低，多小于10g/kg，普遍缺磷，钾元素属丰富，但近期高产地块普遍出现缺钾现象，微量元素中锌含量偏低(表8-1)。分布于长江中下游的潮土养分含量偏高。潮土养分含量除与人为施肥管理水平有关外，与质地有明显相关性。各亚类之间养分状况亦有差异。表8-1潮土中各亚类（耕层）养分状况（据《山东土壤》，1990）土壤pH有机质全氮全磷碱解氮速效磷速效钾代换量（g/kg）（g/kg）（mg/kg）（mg/kg）（mg/kg）（mg/kg）（cmol/kg）潮土7.39.00.620.58565.910710.64脱潮土7.78.70.600.63526.71159.47盐化潮土8.19.00.600.60535.81265.25碱化潮土9.04.30.310.40286.8794.05湿潮土7.410.70.770.49554.910311.388.1.4亚类划分潮土可划分为六个亚类，即黄潮土、湿潮土、脱潮土、灰潮土、盐化潮土、碱化潮土及溉淤潮土等7个亚类。1）黄潮土是潮土土类中分布面积最大的亚类，面积1563.27万hm2，占潮土土类总面积的60.93%，已经有87%以上开垦为耕地。黄潮土主要分布在暖温带各冲积平原，如黄淮海平原及汾、渭等河谷平原。其所在地区属半湿润或半干旱地区，是我国北方主要的农业土壤之一和重要的粮棉生产基地。黄潮土的母质起源于西北黄土高原，多系富含碳酸钙的黄土性沉积物，故又称为石灰性潮土。黄潮土易受盐碱威胁，pH7.5—8.5。粘重的土层碳酸钙含量在10%以上，砂质土低于5%，、壤质黄土沉积物为9—13%。碳酸钙含量还与沉积物来源有关。如北京潮白河系非黄土沉积物含碳酸钙仅3—4%，形成潮土后含量又有所降低。潮土的质地剖面往往不均一的，因此，土壤的水分物理性状变化比较复杂。据此又可将黄潮土分为砂质潮土、壤质潮土及粘质潮土3个属。其中以壤质潮土的肥力性能最好。2）湿潮土湿潮土是潮土土类向沼泽土过渡的土壤类型。面积54.56万hm2，占潮土土类总面积的2.13%。多分布在冲积平原各种洼地及边缘地带，地下水埋深较浅，多在1米以内，雨季可接近地表。地下水矿化度不高。土壤质地偏粘重，滞水严重。因较长期受水渍作用的影响，土色较灰暗。剖面下部土层有时可见不同程度的斑状潜育特征。滞水层中锈纹锈斑增多，也可见到少量铁锰结核。湿潮土的潜在养分较高，但湿、凉等不利因素限制了土壤生产潜力的发挥。此外，土壤耕性不良，适耕期短，雨后地面易干，有时严重的干裂有折断作物根系的危险。因此，改旱田为水田可以趋利弊害，提高湿潮土的生产能力。3）脱潮土是潮土土类向地带性土壤褐土土类过渡性亚类，故又称褐土化潮土。脱潮土面积209.74万hm2，占潮土土类总面积的8.18%，已经有94%以上开垦为耕地。多分布在冲积平原的自然堤上或平原中地势高起的部位。其地下水位比黄潮土低，一般在2.5—4.0米之间，深者可达5米，排水条件好，土壤发育已初具褐土发育的某些特征。表土质地多为壤质土，质地适中，水分物理性质良好，水、气、热肥平衡协调，土壤腐殖质含量较高，适耕性强。上部土层色泽较鲜艳，呈棕色，心土层显棱块状结构