贵州省水耕人为土的形成、分类与分布规律

章明奎 邱志腾

摘要：为了解中国西南山区水耕人为土的分布特征，促进土壤分类的定量化，利用2015—2017年笔者在贵州省调查的代表性土壤剖面的分析结果，结合贵州省以往的土壤调查资料，应用中国土壤系统分类的诊断分类方法探讨了贵州省水耕人为土的形成、分类、分布及其与成土环境的关系。结果表明，贵州全省拥有潜育、铁渗、铁聚和简育等4类水耕人为土，共鉴出11个亚类。出现的诊断层有“水耕表层”、“铁渗淋亚层”、“铁聚水耕氧化还原层”、“漂白层”等4个，鉴出的诊断特性包括“潜育特征”和“复钙作用”等2个。该省水耕人为土具有明显的有机质积累、粘粒淋淀特点，土壤酸碱度变化较大。研究结果表明，影响贵州省水耕人为土土类分异的主要成土因素是地形，简育水耕人为土和铁聚水耕人为土是该省水耕人为土的主要类型。

关键词：水耕人为土；形成；分类；诊断层；诊断特征；分布规律

中图分类号：S151，S55文献标志码：A论文编号：cjas19030010

Stagnic Anthrosols in Guizhou： Formation， Taxonomic Classification and Geographical Distribution

Zhang Mingkui， Qiu Zhiteng

（College of Environmental and Resource Sciences， Zhejiang University， Hangzhou 310058， Zhejiang， China）

Abstract： To understand the distribution characteristics of the stagnic anthrosols in mountainous areas of southwest China and promote the quantitative soil classification， based on the analysis data of representative soil profiles obtained from soil investigation in Guizhou from 2015 to 2017， and combined with previous soil survey data in Guizhou， we studied the formation， taxonomic classification and geographical distribution of stagnic anthrosols in Guizhou and their relationship with the soil formation environments by applying the diagnostic classification method of Chinese soil taxonomy. The results show that： there are 4 groups of stagnic anthrosols in Guizhou （i.e， gleyi- ， Fe- leachi- ， Fe- accumuli- ， and Hapli- stagnic anthrosols）， and 11 subgroups of them are identified； the diagnostic horizons of Guizhou include“anthrostagnic epipedon”，“Feleachi-hydragric horizon”，“Fe-accumuli-hydragric horizon”， and“albic horizon”； the identified diagnostic characteristics include“gleyic fertures”and“secondary calcic accumulation”； the stagnic anthrosols in Guizhou has obvious characteristics of organic matter accumulation and clay vertical migration， and the soil pH value varies greatly. The topographic condition is the main factor that affects the differentiation in groups and subgroups of the stagnic anthrosols in Guizhou， the main soil groups are Fe-accumuli-stagnic anthrosols and Hapli-stagnic anthrosols.

Keywords： Stagnic Anthrosols； Soil Formation； Taxonomic Classification； Diagnostic Horizon； Diagnostic Characteristics； Geographical Distribution

0引言

水耕人為土的形成是受人类活动的影响、长期种植水稻的结果。该类土壤具有相对均衡的土壤温度状况和人为调控的土壤水分状况，其发生学性状独特，氧化还原作用随时间和剖面深度有较大的变化，明显不同于植稻前的起源土壤。现代土壤学科建立初期，中国学者就开始关注植稻土壤的性状、发生与分类问题[1]，研究涉及土壤的形成与演变、肥力特征、高产水稻土的培育、生态环境功能、土壤类型及其鉴定[2-4]，但有关这类土壤的分类一直存在不同的观点[4-6]，许多学者从不同的侧面和观点对其分类提出了不同方案，包括水分类型发生分类、地理发生分类、过程发生分类和系统分类等[2，4，6]。中国第二次土壤普查采用地理发生分类，把其作为一个土类，称之为“水稻土”（属人为土土纲、人为水成土亚纲），下分为潴育、淹育、渗育、潜育、脱潜、漂洗、盐渍和咸酸等8个水稻土亚类[7]，各亚类之间的性状差异也多与水分条件有关，主要根据土壤剖面中发生层的构成情况、氧化铁锰在剖面上的分布差异及积盐状况等进行鉴定[7-8]，但由于缺乏严格的鉴定标准[2，4，7]，该分类在实际应用时经常产生“异土同名”或“同土异名”的问题[9]。

进入20世纪80年代，国际土壤分类向着以诊断层和诊断特性为基础的定量化和标准化分类方法发展，中国也开始以诊断层和论断特性为基础对土壤分类方法进行改进[5，10]，经多次修改完善建立了“中国土壤系统分类”，并在国际上第一次提出了水耕人为土的诊断层和诊断特性，建立了水耕人为土的分类体系。该分类提出并建立了人为滞水水分状况、水耕表层及水耕氧化还原层的诊断标准，并以此作为水耕人为土的诊断鉴别依据。在《中国土壤系统分类检索》（第三版，2001）中把水耕人为土作为人为土（土纲）的一个亚纲[6]，并依次根据潜育特征、铁渗淋亚层、铁聚水耕氧化还原層等诊断层、诊断特性分别鉴定潜育、铁渗、铁聚和简育等4类水耕人为土土类；根据潜育特征、铁渗淋亚层、铁聚水耕氧化还原层及变性现象、含硫层、盐积现象和石灰反应出现是否及出现的深度等鉴定变性潜育水耕人为土等21个亚类[6]。中国土壤系统分类中对以上诊断层/诊断特性有严格的定义（包括厚度、形态及出现的深度），避免了“同土异名”和“异土同名”问题，但同时对土壤类型的田间鉴定在性状量化方面提出了更高、更严的要求[11]。

贵州省以高原山地居多，素有“八山一水一分田”之说，全省地貌主要由高原、山地、丘陵、盆地（坝子）、台地及河流阶地组成，其中92.5%的面积为山地和丘陵，因此该省的水耕人为土的成土环境与其他地区有着明显的差异。同时，贵州省各地的成土物质也因地貌不同有较大的变化，因此，省内水耕人为土的理化性状及发生学特征也存在显著的地理差别[12-13]。在贵州省第二次土壤普查期间，该省农业部门对全省植稻土壤的发生学性状、养分等作了详细的调查，共划分为6个亚类，续分为33个土属和97个土种[12]。近年来，一些学者开始应用中国土壤系统分类的分类思想开展贵州省土壤研究[14-18]，其中也涉及水耕人为土的分类探讨[16]。但总体上，贵州省水耕人为土的定量分类研究还较为薄弱。为此，本研究利用2015—2017年课题组在贵州省土壤调查的成果，结合贵州省土壤调查的历史资料[12，11- 22]，采用规范的田间观测和室内分析方法[23-25]及土壤定量分类方法对贵州省全域水耕人为土进行了较为全面的鉴定和系统分类高级单元划分，并对其形成特点及其分布规律进行了总结，以期为促进贵州省水耕人为土壤的定量化研究与应用提供借鉴。

1水耕人为土形成的时间

水耕人为土是指当前仍在种植水稻并满足水耕人为土诊断要求的土壤，区别于传统的“水田”。中国土壤系统分类把水耕人为土归设为独立的亚纲，对其有严格的定义，要求同时具备“水耕表层（含耕作层和犁底层）”和“水耕氧化还原层”2个诊断土层[5]。水耕人为土的形成需要满足地表平整且地面较为稳定（有足够的时间形成水耕人为土的特征）、合适的气候和具有一定的灌溉与排水设施等稻作环境。

一般认为，规模化的水耕人为土的形成需具备以下的条件：（1）具备种植水稻的基本条件，包括具有平整的土地、耕作的农具及用于水稻生长的灌溉设施；这在地表起伏较大的贵州尤为重要；（2）足够数量的人口及人类对粮食的需求。贵州省地势起伏较大，缺乏平原，耕地分布较为零散，土壤瘠薄，农业基础条件差，在没有大量人力和财力投入的情况下很难大规模地开展水稻种植。据考证[26-28]，历史上贵州地区的发展经历了宋以前人口稀少至明清以后人口密集的变化历程。在春秋战国时期，贵州与中原有了较为密切的联系，带来了中原地区的文化和生产技术；汉进入贵州后，实行戎兵屯垦，进入了“耕田，有邑聚”的农耕阶段。在黔西南等地汉墓出土的铁斧、铁犁铁锄、铁刀等文物表明[27-28]，此时已具备用于水田耕作的条件，但由于缺少水利设施，尚不具备大面积种植水稻的条件。在唐代，遵义等地已开始修建山塘库堰及围堵泉水用于灌溉，并在乌江以北地区出现稻田二熟制的耕作制度，但这一阶段的多数地区还是以刀耕火种的畲田和休闲耕作为主。在明朝，贵州开始具有独立的行政中心，此后人口、耕地和屯田均有了较快的发展。清初后，贵州境内社会稳定，人口和屯垦规模迅速增加[28-29]，水利建设也有了较大的发展。至清末的公元1893年，贵州地区人口已经达到1040万，耕地面积也扩大至133万hm2。这一时期，各族民众从贵州地区水土资源缺乏、坝少山多及土地贫瘠的客观自然条件出发，根据各地水源和地形的特点，通过以石垒坎和挑土填石进行开山造地、改土为田[12]。民国时期是贵州地区人口和耕地增长较快的阶段[21- 22]，人口由1914年的800万增加至1949年的1416万，耕地面积也由1914年的143万hm2增至1949年的180万hm2，相应地水稻种植面积由52万hm2扩大到78万hm2，土地开发由平地水田农业向山坡旱地发展[30]。至1998年，贵州省人口上升到3657万。

基于以上对水耕人为土的成土条件和历史时期贵州省人口变化与农业技术发展特点的演变分析，大致可以认为：唐宋之前，贵州省内水耕人为土仅零星分布，规模较大的水耕人为土的形成开始于明朝，在清朝、民国和20世纪50—70年代各阶段都有较快速的发展。因此，贵州境内的水耕人为土基本上形成于近800年内，大部分水耕人为土的年龄在300年之内。

2水耕人为土的形成与发育特点

水耕人为土是各类旱地土壤或母质经过人工平整造田，进行水旱轮作，并根据水稻生长需要进行周期性的灌排、施肥、耕作下逐步形成的一类特殊土壤。调查表明，贵州省的水耕人为土成土过程主要表现在耕作熟化与水耕表层的形成、氧化还原作用与水耕氧化还原层的形成及盐基、粘粒的淋溶与淀积等方面。

2.1土壤剖面中有机质的积累

长期淹水植稻有利于土壤有机质的积累。调查分析表明，贵州省水耕人为土的有机质普遍较高，耕作层土壤有机质含量基本上在30 g/kg以上，多数在35 g/kg以上，部分达60 g/kg以上，明显高于邻近的旱地土壤。调查还表明，贵州省水耕人为土有机质的积累不仅出现在表土，许多剖面深处也有较高的有机质积累。由冲积物、坡积物、洪积物成土母质上形成的水耕人为土整个剖面的土壤有机质均呈现较高的积累，由剖面上部至下层呈现缓慢下降；而残积母质上发育的水耕人为土有机质主要富集在表土，向下呈现显著的下降。这可能与贵州省地势起伏较大，冲积物、坡积物、洪积物的物质主要来自经短距离搬运的周围山地的表土（本身含有较高的有机质）有关。当然，贵州省湿润的大气环境与长期淹水植稻不利于土壤有机质的分解，从而促使土壤全剖面有机质的积累[31-34]。另外，稻田采用秸秆还田技术也促进了土壤有机质的积累[35-37]。一般来说，地下水位较浅处的水耕人为土有机质积累明显高于丘陵山地的水耕人为土。

2.2水耕表层的形成

“水耕表层”是通过长期淹水植稻逐渐形成的诊断表层，其由耕作层与犁底层2个发生土层组合而成。调查表明，贵州省水耕人为土的“水耕表层”总厚度多数在20～30 cm之间，其中耕作层厚度在12～21 cm之间，犁底层厚度在7～12 cm之间。耕作层土壤容重小于犁底层，耕作层土壤容重在0.75～1.21 g/cm3之间，犁底层土壤容重在0.98～1.58 g/cm3之间。除部分原地理发生分类的潜育型水稻土外，犁底层土壤容重一般都超过耕作层土壤容重的10%以上，符合水耕人为土的诊断要求[5]。调查还表明，该省的水耕人为土的水耕表层土壤结构面上均有明显的大小不一的红棕色锈斑，根际和孔隙中有少量至中量的锈纹分布，但数量因成土母质和植稻时间不同有所差异，一般在壤质土壤上最为明显，粘质土壤较少。耕作层的锈纹斑一般多于犁底层，部分耕作层还可见明显的“鳝血斑”。耕作层土壤结构主要为团块状或小块状结构，犁底层土壤结构主要为块状结构和核块状结构，少数为片状结构。

2.3水耕氧化还原层的形成

“水耕氧化还原层”位于“水耕表层”以下，其是长期种植水稻的成土环境下氧化还原交替作用的结果[5]，具有显著的氧化还原特征或有氧化铁、锰的淀积[38-39]。调查表明，贵州省水耕人为土中“水耕氧化还原层”厚度多在30～60 cm之间，其全部土层或局部深度的结构体上可见铁锰斑纹或铁锰结核，但其数量可因地下水位、土壤质地、植稻时间等的不同有较大的差异。“水耕氧化还原层”中部分终年受水饱和的层段常常呈现灰色或灰黑色，并有亚铁反应；有时，潜育斑与锈斑纹可交错分布。在某些缓坡的水耕人为土中，“水耕氧化还原层”的某些层段可见白色的土层，其是地下侧流漂白作用的结果。“水耕氧化还原层”土壤主要为块状和棱柱状结构，其中，粘质土壤多为棱柱状结构，轻质土壤以块状结构为主。

2.4盐基的淋溶与复盐基

淹水种植水稻可在垂直方向形成向下的水流，这可促进土壤中盐基物质的淋失；但另一方面，施肥和灌溉可向土壤中输入大量的盐基，促进土壤的复盐基作用。因此，盐基的淋溶与复盐基可同时存在于水耕人为土的形成之中，两者的平衡取决于土壤的性状及输入盐基物质的数量[4，40]。一般来说，碳酸盐岩等发育的富有盐基的母质发育的水耕人为土随植稻时间的增加，土壤盐基饱和度常呈现下降趋势，而由酸性母质形成的水耕人为土在植稻过程中盐基饱和度趋于增加。调查也表明，贵州省水耕人为土的酸碱度变化较大，多数土壤呈现微酸性和中性，但也有相当部分呈明显的酸性，土壤酸化可能与长期施用化学肥料等有关[41-44]。在溶岩山体周边的水耕人为土因复钙作用，土壤常常呈现弱碱性，甚至有石灰反应。

2.5粘粒的淋淀

调查表明，贵州省水耕人为土粘粒含量较高，土壤质地多为粘质和壤质；表层土壤粘粒含量常常低于心土层，表土粘粒的减少可能是田面流失和垂直迁移共同作用的结果[45]，后者粘粒沿孔隙向下移动。田间调查中也常常可见在水耕人为土水耕氧化还原层中存在灰色粘粒胶膜。

3水耕人为土中诊断特性和诊断层的出现

为了全面鉴定水耕人为土的类别，中国土壤系统分类设有多种诊断层和诊断特性用于水耕人为土土类和亚类的鉴定[6]。其中，诊断层包括“铁渗淋亚层”、“铁聚水耕氧化还原层”及“漂白层”、“含硫层”、“盐积现象”等，诊断特性包括“潜育特征”、“变性现象”和“复钙作用”。调查表明，除“水耕表层”作为水耕人为土必备的诊断层外，贵州省水耕人为土中出现的诊断层还有“铁渗淋亚层”、“铁聚水耕氧化还原层”和“漂白层”，鉴出的诊断特性有“潜育特征”、“复钙作用”，但调查没有发现存在“含硫层”、“盐积现象”和“变性现象”。具“潜育特征”的土层主要出现在地势低洼的槽谷底部、岩溶洼地、低山沟谷及平坝（盆地）低洼地等区域，其出现的深度与微地形密切相关，其上界在16～75 cm之间，厚度多在25～60 cm之间。“潜育特征”出现的层位主要受地下水位深浅的影响，地下水位越高的地区其“潜育特征”的土壤出现越接近地表。据实地调查，发生潜育化的原因有3个方面：一是地势低洼、排水困难造成的潜育，二是地表水与地下水终年连接影响下的潜育，三是以地下水为主、地表水为辅的潜育。“复钙作用”主要出现在岩溶地区的水耕人为土，其0～60 cm土体中有明显的石灰反应，强度由上至下减弱，这是石灰岩山体风化产生的富含重碳酸盐的岩溶水直接进入农田对稻田土壤复钙的结果[4]，这类土壤的水耕氧化还原层下段多呈酸性至微酸性。

“铁聚水耕氧化还原层”是“水耕氧化还原层”的一种，该诊断层中因氧化铁沿剖面垂直向下移动淀积，游离氧化铁相对富集，其游离氧化铁含量超过耕作层的50%以上[6]。“铁聚水耕氧化还原层”在贵州省的水耕人为土中分布较广，集中分布于村寨附近，其地形主要为盆地中部、丘陵缓坡下段及河流阶地，其厚度多在25～ 50 cm之间变化。“铁渗淋亚层”及“漂白层”出现的地形地貌较为相似，其地貌以丘陵和盆地的边缘缓坡、倾斜的台地及低山斜坡地为主。“铁渗淋亚层”出现在紧接水耕表层以下，“漂白层”的位置多在30 cm以下。贵州省的水耕人为土漂白层的成因复杂，除强烈的侧流漂洗离铁作用外[2，46-47]，还可能与母质中氧化铁含量较低有关。

4水耕人为土的主要类型

基于中国土壤系统分类检索（第3版）中有关水耕人为土土类和亚类的诊断要求[5]对贵州省土壤进行鉴定，贵州省拥有潜育、铁渗、铁聚和简育等全部4类水耕人为土。調查表明，4个土类出现频率最高的为简育水耕人为土，其次为铁聚水耕人为土，潜育水耕人为土和铁渗水耕人为土仅零星分布。中国土壤系统分类共设立了21个水耕人为土的亚类，贵州省内共鉴出其中的11个亚类（见表1）。

贵州省第二次土壤普查的分类系统中把水稻土作为单独的一个土类对待，下分为淹育、渗育、潴育、潜育、脱潜和漂洗等6个水稻土亚类，共66个代表性土种[12]。调查表明，除少数土壤外，该省水稻土在中国土壤系统分类中基本上都属于人为土纲、水耕人为土亚纲。但发生分类中的个别水稻土（冷浸田、高位马粪田、深脚烂泥田、浅脚烂泥田、烂锈田等土种）因缺少犁底层，没有达到水耕人为土的诊断要求[6]，归属潜育土土纲和滞水潜育土和正常潜育土亚纲（见表2）。贵州省第二次土壤普查的主要土种与中国土壤系统分类水耕人为土的亚类的参比见表2。

5水耕人为土土类的分布规律

水耕人为土在贵州省各地均有分布，主要分布在海拔1500 m以下的山原地区、宽谷坝地、丘陵槽谷和河流附近，以黔南、黔东南和黔西南和铜仁等地分布较集中。但4个水耕人为土土类的分布在地貌上有较大的差异。

潜育水耕人为土的土壤剖面中在土表至60 cm深度范围内部分土层（≥10 cm）具有潜育特征，其剖面构型为Ap1-Ap2-Br-G或Ap1-Ap2-Bg-G，包括了贵州省地理发生分类中潜育水稻土亚类的大部分及脱潜水稻土亚类的小部分，但剖面构型为Ap-G的潜育水稻土不属于潜育水耕人为土。其主要分布在黔南、黔东南、遵义等地的岩溶洼地、低山沟谷下部、槽谷底部及盆地（平坝）低洼区等地势低洼和排水困难的地区，地下多存在不透水层，它们的地下水位一般都在50 cm以内，整个剖面的土壤以还原状态为主。潜育水耕人为土的成土母质包括坡积物的再积物、湖积物及河流冲积物，质地比较粘重，土壤有机质积累明显。水耕氧化还原层常常具有较多的潜育斑，氧化铁积累不明显；土壤氧化铁主要为无定形态，具较高的活化度。

铁渗水耕人为土的水耕表层下有明显的铁淋失的亚层，其剖面构型主要为Ap1-Ap2-E-Br-C，是强烈还原和氧化铁淋失的结果，零星分布在安顺、黔东南、黔南、道义、黔西南等地的低山坡地、河流两侧的高阶地、丘陵坝地与台地边缘缓坡地带种植水稻时间较久的区域。铁渗水耕人为土剖面上下土壤质地有一定的差异，一般呈上轻下重的特点。这类土壤的地表缓缓倾斜，或剖面下部土壤质地偏粘或其间有粘质夹层，影响水分的垂直移动[2]。

铁聚水耕人为土具有明显氧化还原淋溶及氧化铁淀积作用，其剖面构型为Ap1-Ap2-Br-C或Ap1-Ap2-Br-G，在水耕氧化还原层中有明显的铁积累。贵州省铁聚水耕人为土分布广泛，在黔东南、黔西南、铜仁、遵义、安顺等地的盆地平缓带、丘陵缓坡下部、河流一级阶地，在村寨附近分布较为集中。具有水源丰富、地下水位适中（60～120 cm之间）、种植水稻历史悠久等特点。铁聚水耕人为土质地多为壤土或粘壤土，部分剖面底层有粘质土层，其水耕氧化还原层中可见大量的棕红色的氧化铁胶膜和铁锰结核。

简育水耕人为土是发育较弱的一类水耕人为土，其剖面中由氧化还原作用引起的铁锰淋溶淀积作用较弱，水耕氧化还原层中只可见少量锈色斑纹或斑块，其剖面构型一般为Ap1-Ap2-Br-C或Ap1-Ap2-Br-G。该类水耕人为土广泛分布于贵州省的丘陵坡地中上部及低山坡麓和河流两侧高阶地，主要依靠天然降水、引水和提水及拦水进行灌溉，种植水稻时间相对较短。简育水耕人为土剖面上下层间氧化铁含量及铁锰新生体的分布差异不明显，剖面中既无铁明显损失的铁渗亚层，也无铁明显富集的铁聚层。

贵州省水耕人为土主要发育于丘陵山地的淋溶土、富铁土和雏形土及沟谷与河谷平原的雏形土和新成土上，氧化铁在土壤剖面中的垂直迁移是其最为显著的成土作用，因此，在水耕人为土的形成与发育过程中，氧化铁在水耕氧化还原层中的积累是普遍现象，所以铁聚水耕人为土成为这一地区水耕人为土发育的主要方向。但因地形和植稻时间的限制，许多区域的水耕人为土并没有形成铁聚水耕人为土，例如，低洼地区因地下水位较浅，限制了氧化铁的垂直迁移[2]，同时大量铁的还原使水耕氧化还原层中产生明显的潜育特征，从而形成的是潜育水耕人为土。但调查也表明，潜育水耕人为土经排水改良后，随着地下水位的下降，氧化铁垂直迁移逐渐明显，也向铁聚水耕人为土方向发展[39，48-49]。贵州省水耕人为土演变模式大致可总结如下见图1。

6结论

（1）调查表明，贵州省境内水耕人为土中鉴定出的诊断层包括“水耕表层”、“水耕氧化还原层”（包括“铁渗淋亚层”、“铁聚水耕氧化还原层”）及“漂白层”，鉴出的诊断特性包括“潜育特征”和“复钙作用”。调查共鉴出11个水耕人为土亚类，一些分布在低洼地区的稻田土壤（诸如第二次土壤普查中的冷浸田、高位马粪田、深脚烂泥田、浅脚烂泥田、烂锈田等）因长期渍水难以形成犁底层，因此它们满足水耕人为土的诊断要求。

（2）影响贵州省水耕人为土剖面中氧化铁垂直及水耕人为土类别的主要因素是地形。水耕人为土的土类和亚类的分布具有明显的区域特征，随地形地貌变化而改变。水耕人为土的类别可随水稻种植时间及土壤水分状况的变化而发生演变，多数区域的水耕人为土朝铁聚水耕人为土方向发展。简育水耕人为土和铁聚水耕人为土是贵州省的主要水耕人为土类型，而铁渗水耕人为土和潜育水耕人为土仅零星分布。

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