余星興,袁大剛?
美國土壤系統(tǒng)分類中Pale-類型設(shè)置的演變歷程
余星興,袁大剛?
(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院,成都 611130)
美國土壤系統(tǒng)分類中的Pale-類型是用于歸類發(fā)育程度高、年齡大的土壤,在比較分析了兩版《土壤系統(tǒng)分類》及各版《土壤系統(tǒng)分類檢索》后,概括介紹了Pale-類型的設(shè)置緣起,及其檢索條件和檢索順序的修訂歷程,在此基礎(chǔ)上闡述了Pale-類型設(shè)置的演變歷程對中國土壤系統(tǒng)分類的啟示。
Pale-類型;演變歷程;土壤系統(tǒng)分類
美國自1951年開始研究土壤系統(tǒng)分類,經(jīng)過近十年的努力形成了第7次修改草案[1],補(bǔ)充完善后公布的《土壤系統(tǒng)分類》(《ST》)[2]極大地影響了世界土壤分類格局。受此影響,中國于1984年開始了中國土壤系統(tǒng)分類的研究,在吸收國外經(jīng)驗(yàn)的同時根據(jù)我國實(shí)際情況進(jìn)行修正、補(bǔ)充,于1985年形成《中國土壤系統(tǒng)分類初擬》(《CST》)[3]后陸續(xù)發(fā)布了一系列土壤系統(tǒng)分類方案。美國自1983年出版了《土壤系統(tǒng)分類檢索》(《KST》)第1版[4]后,每2~4年修訂一次,目前《KST》已更新至第12版(2014年出版)[5]。我國在出版《中國土壤系統(tǒng)分類檢索(第三版)》[6]后,經(jīng)過不斷的研究,目前也已計劃修訂完善現(xiàn)有土壤系統(tǒng)分類版本。我國在青藏高原高寒區(qū)、西北干旱-半干旱區(qū)、東部季風(fēng)區(qū)存在多種古土壤類型[7],其分類問題在目前的中國土壤系統(tǒng)分類檢索中還無法得到圓滿的解決,使得土壤調(diào)查制圖方面有許多不便之處,美國在這方面積累了更加豐富的經(jīng)驗(yàn),其設(shè)置的Pale-類型可以解決部分古土壤的分類問題,因此本文擬通過對《ST》中Pale-類型的設(shè)置緣起與修訂歷程的系統(tǒng)梳理,為修訂《中國土壤系統(tǒng)分類檢索》提供借鑒。
美國土壤系統(tǒng)分類(《ST》)[8]在前言中指出,由于許多古土壤較現(xiàn)行土壤分類體系規(guī)定的2 m界限更深,觀察和分類這些土壤有困難,目前并沒有為古土壤設(shè)置專門的分類位置,尤其是其中的埋藏古土壤?!禨T》認(rèn)為埋藏土的限制條件是:上覆一層厚度等于或超過50 cm的新物質(zhì),或上覆新物質(zhì)厚度雖在30~50 cm之間但至少已相當(dāng)于埋藏土診斷層總厚度的一半。在分類實(shí)踐中,當(dāng)土壤剖面中包含埋藏土層時,要求以當(dāng)前的土壤表面來衡量土壤濕度、溫度、診斷層深度和厚度以及其他診斷特性;在確定包含埋藏土層的土壤的分類位置時,除非檢索條件中明確指出埋藏土的診斷層,否則不考慮埋藏土層及其包含的大部分診斷特性;如果是全新世時期的有機(jī)碳、火山灰特性、鹽基飽和度以及其他能用于決定土族和土系位置的性質(zhì)則可被納入考慮范圍。盡管目前《ST》還沒有給出埋藏土明確的分類位置,但它設(shè)置了Pale-類型,用于解決殘存古土壤和部分埋藏古土壤的分類問題。
Pale-類型在美國土壤系統(tǒng)分類發(fā)展過程中并不是一開始就受到重視的,在1960年公布的第七次草案[1]中就未見及,直到1967年公布的第七次草案補(bǔ)充修訂版[9]中才增加了Pale-土類,并解釋“pale-”詞根的含義為“古老的發(fā)育”,1975年正式出版的《土壤系統(tǒng)分類》[2]將“pale-”的含義引申為“過度發(fā)育”,此后再未修改其含義?!皃ale-”作為構(gòu)詞前綴來源于希臘語“palaio”,有“古老(old)”之意,助記詞為“paleosol”(古土壤)。Pale-類型一開始是為了將美國東南部海岸平原的淋溶土和老成土、西南部干旱-半干旱地區(qū)的干旱土和軟土中那些年齡非常大的土壤區(qū)分出來而設(shè)立的[10]。很明顯,“Pale-”是用于合理處理那些發(fā)育程度高、年齡較大的土壤的分類位置。本研究的土壤年齡大不僅指因剖面發(fā)育程度高而相對年齡大,也指絕對年齡大,因?yàn)楫?dāng)時發(fā)現(xiàn)某些土壤可以追溯到上新世和更新世早期,為了將其與全新世的土壤分開才設(shè)立了Pale-土類[10]。
《ST》中的Pale-土類指的均是一些年齡很大的土壤,因此席承藩[11]將“Pale-”譯為“古”,由于該類土壤很可能是已經(jīng)高度風(fēng)化的母質(zhì)發(fā)育而成的,黃瑞采等[12]在編譯《土壤的發(fā)生分類與資源評價》一書時將“Pale-”譯為“殘存”,趙其國等[13]根據(jù)《ST》中解釋“pale”為“過度發(fā)育”而將其譯為“強(qiáng)育”,從《ST》的釋義來看,“強(qiáng)育”這一中文譯名相對而言更好一些,因此張鳳榮等[14]、鐘駿平和張鳳榮[15]也將其譯為“強(qiáng)育”,并沿用至今。這一譯名對部分古土壤而言理解為“強(qiáng)育”較合適,但并不適合所有古土壤,所以該詞的中文翻譯還需要進(jìn)一步商榷。在本文中,有關(guān)《ST》和《KST》中“Pale-”的翻譯也暫定為“強(qiáng)育”。
對比各版《ST》和《KST》[16-25](表1)可以發(fā)現(xiàn),Pale-類型主要在土類一級設(shè)立,最初設(shè)立了14個Pale-土類,《ST》正式出版時在老成土中增加了一個強(qiáng)育潮濕老成土,第6版《KST》刪除了干旱土中的正常干旱土(Orthids)亞綱,Pale-土類總數(shù)也隨之減少1個,第8版《KST》刪除了冷涼(bor-)亞綱,保留了寒性(cry-)亞綱,將原冷涼亞綱下的Pale-土類歸到寒性亞綱下,檢索條件不變,Pale-土類仍為14個,此修訂內(nèi)容維持到最新出版的第12版《KST》。14個Pale-土類下共有164個亞類。在亞類一級,只有硬磐夏旱軟土下有2個Pale-亞類。雖然Pale-土類的個數(shù)和類型在變化,但始終只有干旱土、軟土、淋溶土、老成土這4個土綱中設(shè)立了該土類。
表1 各版美國土壤系統(tǒng)分類中的Pale-土類
Pale-土類從第7次《ST》草案補(bǔ)充修訂版設(shè)立之初到第1版~第12版《KST》之間的檢索條件變化不大,從設(shè)立之初到第1版《KST》主要是增刪了一些限定條件,而第1版到第12版《KST》之間則主要是某些具體規(guī)定的細(xì)微修改。可以看出,各Pale-土類的檢索條件不斷精簡,且趨近一致,例如老成土中5個土類的檢索條件原本是相似而不盡相同,現(xiàn)在則保留了共同部分而使其檢索條件相同。
2.2.1 干旱土Paleargids:刪除了設(shè)立之初的兩個條件:有上邊界距礦質(zhì)土表1 m內(nèi)的石化鈣積層;無上邊界距礦質(zhì)土表1 m內(nèi)的硬磐。增加了質(zhì)地突變的條件和部分關(guān)于土壤顏色的規(guī)定。
Paleorthids則由原先關(guān)于石化鈣積層、硬磐和黏化層的規(guī)定逐漸精簡,直至隨著Orthids亞綱的取消而取消。
2.2.2 老成土Paleaquults:刪除了關(guān)于可風(fēng)化礦物的規(guī)定,強(qiáng)調(diào)了“距礦質(zhì)土表150 cm范圍內(nèi)無石質(zhì)或準(zhǔn)石質(zhì)接觸面”。
Palehumults:刪除了關(guān)于可風(fēng)化礦物的規(guī)定,強(qiáng)調(diào)了“距礦質(zhì)土表150 cm范圍內(nèi)無石質(zhì)或準(zhǔn)石質(zhì)接觸面”。
Paleudults:刪除了“土體內(nèi)無脆磐;距礦質(zhì)土表125 cm內(nèi)沒有聚鐵網(wǎng)紋體形成連續(xù)相或者構(gòu)成基質(zhì)的一半以上”這兩個條件和關(guān)于可風(fēng)化礦物的規(guī)定。
Paleustults:刪除了原本關(guān)于可風(fēng)化礦物、顏色、聚鐵網(wǎng)紋體和脆磐的規(guī)定。
Palexerults:刪除了原本關(guān)于可風(fēng)化礦物、顏色、聚鐵網(wǎng)紋體和脆磐的規(guī)定。
2.2.3 軟土Palecryolls:在第8版《KST》之前均為Paleborolls土類,但其檢索條件基本不變,只有黏化層上邊界與礦質(zhì)土表的距離由最初規(guī)定的50 cm修改為60 cm。
Paleudolls:增加了“無石質(zhì)或準(zhǔn)石質(zhì)接觸面”的規(guī)定,和當(dāng)土壤溫度狀況為冷性時與Palecryolls類似的條件,并修改了土壤和氧化還原濃聚物顏色的規(guī)定,要求色調(diào)更紅、彩度更高。
Paleustolls:主要修改了關(guān)于顏色的規(guī)定,要求色調(diào)更紅、彩度更高,刪除了原本的“無上邊界距礦質(zhì)土表1 m內(nèi)的硬磐;無堿化層”兩個條件。
Palexerolls:刪除了原本關(guān)于硬磐、堿化層、鈣積層、高嶺層和極細(xì)質(zhì)地的條件,增加了“質(zhì)地突變”,修改了關(guān)于顏色的規(guī)定,要求色調(diào)更紅、彩度更高。
2.2.4 淋溶土Palecryalfs:在第8版《KST》之前均為Paleboralfs土類,但其檢索條件與現(xiàn)在大致相同,設(shè)立之初只規(guī)定了黏化層的深度和極細(xì)質(zhì)地,后來增加了漂白物質(zhì),現(xiàn)在(第12版《KST》)則增加了下邊界物質(zhì)且黏化層可替換為堿化層或高嶺層。
Paleudalfs:最初規(guī)定了土體內(nèi)無堿化層、耕作淀積層和脆磐,第1版《KST》刪除了此條件,而增加了“距礦質(zhì)土表50 cm內(nèi)的土壤溫度在夏天和冬天相差5℃以上”,現(xiàn)在已刪除此條件,增加了當(dāng)土壤溫度狀況為冷性時與Palecryalfs類似的條件,并修改了關(guān)于顏色的規(guī)定,土壤干濕態(tài)明度較之前小了1個單位,氧化還原濃聚物顏色色調(diào)更紅、彩度更高。
Paleustalfs:刪除了最初規(guī)定的兩個條件:土體內(nèi)無堿化層且距礦質(zhì)土表1 m內(nèi)無硬磐;距礦質(zhì)土表125 cm內(nèi)有黏化層,其亞層沒有聚鐵網(wǎng)紋體形成連續(xù)相或者構(gòu)成基質(zhì)的一半以上。增加了質(zhì)地突變的條件,修改了關(guān)于顏色的規(guī)定,現(xiàn)在的顏色要求色調(diào)更紅、彩度更高,刪去了對干濕態(tài)明度的要求。
Palexeralfs:刪除了原本有關(guān)顏色的規(guī)定,和“距礦質(zhì)土表1 m內(nèi)無硬磐;距礦質(zhì)土表125cm內(nèi)有黏化層,其亞層沒有聚鐵網(wǎng)紋體形成連續(xù)相或者構(gòu)成基質(zhì)的一半以上”兩個條件,增加了質(zhì)地突變的條件。
2.2.5 第12版《KST》中Pale-土類的檢索條件包括以下幾個方面:
(1)具有淀積黏化層,或高嶺層,或堿化層:
a. 其上邊界位于礦質(zhì)土表之下60 cm或更深處,同時應(yīng)在含30%以上玻璃質(zhì)火山灰、火山渣及火山碎屑物的表土下邊界之下60 cm或更深處;和
b. 其上有一個或更多的土層具有較砂壤更細(xì)的質(zhì)地;和
c. 有漂白物質(zhì)形成舌狀層或呈指間狀延伸;
(2)冷性土壤溫度狀況;
(3)距礦質(zhì)土表150 cm內(nèi)有石化鈣積層;
(4)距礦質(zhì)土表150 cm(或50 cm)內(nèi)無緊實(shí)、石質(zhì)或準(zhǔn)石質(zhì)接觸面而有黏化層;
(5)黏粒含量變化:
a. 距礦質(zhì)土表150 cm范圍內(nèi),隨深度增加黏粒含量從最大值減少不超過20%;
b. 距礦質(zhì)土表150 cm范圍內(nèi),在黏粒含量<20%的層次中,土壤結(jié)構(gòu)體面上的骨骼顆粒膜至少占5%(體積計),該層之下黏粒絕對含量至少增加3%;
c. 黏化層上部有一個或更多非碳酸鹽黏粒含量超過35%的亞層,距其上邊界的垂直距離7.5 cm內(nèi)黏粒含量(絕對值,細(xì)土組分中)至少增加20%或垂直距離2.5 cm內(nèi)黏粒含量(絕對值,細(xì)土組分中)至少增加15%;
(6)淀積黏化層(或高嶺層)上邊界與淋溶層之間有質(zhì)地突變;
(7)偏紅的顏色:
a. 黏化層下半部有50%以上的土壤基質(zhì)色調(diào)為7.5YR或更紅,彩度≥5;
b. 黏化層下半部有50%以上的土壤基質(zhì)色調(diào)為7.5YR或更紅,濕態(tài)明度≤3,干態(tài)明度≤4;
c. 在厚度超過總厚度一半的黏化層中有50%以上的土壤基質(zhì)色調(diào)為2.5YR或更紅,濕態(tài)明度≤3,干態(tài)明度≤4;
d. 有色調(diào)為5YR或更紅,或彩度≥6,或兩者皆備的氧化還原濃聚物;
e. 有色調(diào)為7.5YR或更紅,或彩度≥6,或兩者皆備的氧化還原濃聚物。
將不同土綱和亞綱下的Pale-土類的檢索條件進(jìn)行對比(表2),可以發(fā)現(xiàn)干旱土中只有黏淀亞綱下設(shè)立Pale-土類,是以特殊深度的黏化層及短距離內(nèi)黏粒含量劇增引起質(zhì)地突變或土壤色調(diào)偏紅而與黏淀干旱土下的其他土類區(qū)分開來。老成土中有潮濕-、腐殖質(zhì)-、濕潤-、半干潤-、夏旱-5個亞綱設(shè)立Pale-土類,其檢索條件相同,且與其他土綱下的檢索條件相比有較為簡單的特點(diǎn),即只對黏化層深度及黏粒含量降幅有要求。淋溶土和軟土土綱均在寒性、濕潤、半干潤和夏旱4個亞綱下設(shè)立Pale-土類,要求有石化鈣積層或特殊深度的黏化層,除寒性亞綱外均對黏粒含量變化做出了規(guī)定,濕潤和半干潤亞綱則在土壤顏色和氧化還原濃聚物方面做了限定。
同一土綱下的半干潤和夏旱亞綱的Pale-土類檢索條件基本相同,如在淋溶土和軟土中,使用石化鈣積層、特定深度的黏化層及黏粒含量變化和質(zhì)地突變等性狀,除夏旱淋溶土外,也以土壤顏色和氧化還原濃聚物衡量。不同土綱下相同亞綱類型中Pale-的檢索條件相似,如淋溶土和軟土下的寒性亞綱及濕潤亞綱,寒性軟土要求距土表60 cm以上具有黏化層且上層土壤質(zhì)地極細(xì),寒性淋溶土則要求除此之外還可以高嶺層或堿化層衡量,濕潤軟土與濕潤淋溶土相比則沒有漂白物質(zhì)的要求,而這些細(xì)微的差別是土壤水熱差異造成的。
由于時空變化,古土壤的土壤屬性與現(xiàn)代土壤有很多不同之處,這也是古土壤分類的難點(diǎn)所在。而Pale-土類將剖面發(fā)育程度高的古土壤歸為一類時,在現(xiàn)行診斷標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上結(jié)合其本身特性來制定檢索條件,通過對石化鈣積層以及古黏化層的顏色、黏粒含量、氧化還原濃聚物等進(jìn)行規(guī)定,實(shí)現(xiàn)了古土壤分類的指標(biāo)化、定量化。
在第12版《KST》中,Pale-土類的檢索順序基本均在堿化、高嶺弱育等土類之后,在黏淀、弱育等土類之前。在淋溶土、老成土的濕潤和半干潤亞綱下,Pale-土類在高嶺弱育和暗紅土類之間;軟土中的寒性、濕潤和半干潤亞綱下的Pale-土類均在黏淀土類之前;老成土中的潮濕和腐殖質(zhì)亞綱下的Pale-土類均在高嶺弱育土類之后;強(qiáng)育黏淀干旱土則在堿化和石膏土類之間。各版《KST》中Pale-土類的檢索順序基本無變化,干旱土中的Pale-土類也參考了原先兩個Pale-土類的檢索位置,原強(qiáng)育黏淀干旱土在堿化土類之后,強(qiáng)育正常干旱土則在石膏土類之前。
《ST》中的“pale-”詞根在中國多被翻譯為“強(qiáng)育”,由其本身詞意及應(yīng)用范圍可知,美國的“強(qiáng)育”是指土壤“年齡大、發(fā)育程度高”,表征的是土壤剖面層次高度分異的典型古土壤。《CST》則在濕潤富鐵土亞綱下有一強(qiáng)育濕潤富鐵土土類,其英文對照詞根為“wea-”,釋義為“highly weathered”,意為“高度風(fēng)化的”,表明“強(qiáng)育”指的是高度風(fēng)化的診斷特征?!禨T》中沒有富鐵土綱,《CST》之所以設(shè)置該土綱,是考慮到其代表了“中度富鐵鋁化作用為主要過程,并有低活性黏粒積累作用”的土壤,是在土壤發(fā)育過程中介于以高活性黏粒積累作用為主要過程的淋溶土和具有高度富鐵鋁化作用的鐵鋁土之間的一個土綱[26]。強(qiáng)育濕潤富鐵土(K3.2)的定義為“其他濕潤富鐵土中在礦質(zhì)土表至125 cm范圍內(nèi)B層的部分亞層(≥10 cm)CEC7和ECEC分別<16和<12 cmol·kg–1黏粒,且有富鋁特性?!倍讳X特性是指“在除鐵鋁土外的土壤中鋁富集,并有較多三水鋁石,鋁間層礦物或1︰1型礦物存在的特性,它具有下列一個或一個以上條件:(1)細(xì)土三酸消化物組成或黏粒全量組成的硅鋁率≤2.0;或(2)細(xì)土熱堿(0.5 mol·L–1NaOH)浸提硅鋁率≤1.0[6]。”可見,此“強(qiáng)育”明顯與美國的強(qiáng)育概念不同。綜上,建議將《CST》中富鐵土綱下的強(qiáng)育濕潤富鐵土改為強(qiáng)風(fēng)化濕潤富鐵土,其強(qiáng)育亞類改為強(qiáng)風(fēng)化亞類,檢索條件不變,以與《Chinese Soil Taxonomy》書中的英文名稱相對應(yīng)[27]。
表2 各亞綱下Pale-土類的檢索條件
注:老成土中潮濕-、腐殖質(zhì)-、濕潤-、半干潤-、夏旱-五個亞綱下的Pale-土類檢索條件相同。Note:The Pale- groups in Aquults,Humults,Udults,Ustults and Xerults share the same conditions for retrieval.
除此之外,美國土壤系統(tǒng)分類利用Pale-類型解決部分古土壤分類問題的思路也值得借鑒。Pale-類型在設(shè)立之初是為了將全新世與更早之前的土壤區(qū)分開,基于時間因素是Pale-類型設(shè)置的依據(jù)之一,因此在設(shè)置古土壤類型之前首先要確定這個“古”的界限。古土壤在美國土壤系統(tǒng)分類中很多土綱和亞綱下均有所體現(xiàn),但這些土壤類型不僅限于古土壤,只有Pale-類型是為歸類發(fā)育程度較高的古土壤而單獨(dú)設(shè)立的。現(xiàn)行中國土壤系統(tǒng)分類中,特別是亞類一級,已存在很多包含古土壤特性的類型,為了保持現(xiàn)行中國土壤系統(tǒng)分類的相對穩(wěn)定性,建議在亞類一級將這些類型中含明顯古土壤特性的類型獨(dú)立出來,特殊情況下考慮在土類一級設(shè)立相應(yīng)的含古土壤特性的類型。在制定古土壤診斷標(biāo)準(zhǔn)時要以其本身的土壤屬性為依據(jù),由于部分古土壤埋藏較深,將其進(jìn)行合理分類的難度很大,在規(guī)定檢索條件時可適當(dāng)下調(diào)診斷層、診斷特性和其他診斷屬性上邊界的深度范圍。同時,現(xiàn)有古土壤分類主要是基于古土壤本身進(jìn)行的分類,未將上覆與下伏其他土層作為一個整體考慮,應(yīng)將其作為一個整體進(jìn)行系統(tǒng)分類。從Pale-類型的設(shè)置歷程中可以看到,在現(xiàn)有土壤分類系統(tǒng)中增設(shè)反映古土壤特性的類型,將提高土壤分類的科學(xué)性,推動中國土壤系統(tǒng)分類更廣泛的應(yīng)用,并有望在土壤學(xué)與古土壤及其相關(guān)領(lǐng)域之間建立起一座學(xué)術(shù)信息交流的橋梁。
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Evolution process of setting of Pale-Type in US soil Taxonomy
YU Xingxing, YUAN Dagang?
(College of Resources, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China)
At the beginning of its development, the Chinese Soil Taxonomy referenced the US Soil taxonomy, citing no a few concepts and names therefrom. The comparison between the two systems found that in the latter existed a Pale-type, which was translated into a name that coincided with the name of a soil type in the former, but differed in connotation. The Pale-type in the US Soil Taxonomy encompasses great groups and subgroups of soils, and its detailed retrieval conditions show that it is a more specific category that has no similar soil type in the Chinese Soil Taxonomy. In the US Soil Taxonomy, Pale-type is used to classify soils high in development degree and old in age. Through comparing and analyzing two editions of the US Soil Taxonomy and several editions of the Keys to Soil Taxonomy, this paper briefly introduces the origin of the setting of Pale-type and the revision course of its retrieval condition and retrieval sequence. At present, many pedologists have proposed to revise the Chinese Soil Taxonomy. On such a basis this paper is going to expound how the evolution process of the Pale-type setting enlighted the development of the Chinese soil taxonomy, with a view to providing suggestions for revision of the Chinese Soil Taxonomy.
Pale-type; Evolution process; Soil taxonomy
S155.3
A
10.11766/trxb201910300222
余星興,袁大剛. 美國土壤系統(tǒng)分類中Pale-類型設(shè)置的演變歷程[J]. 土壤學(xué)報,2020,57(4):1032–1039.
YU Xingxing,YUAN Dagang. Evolution Process of Setting of Pale-Type in US Soil Taxonomy[J]. Acta Pedologica Sinica,2020,57(4):1032–1039.
* 國家自然科學(xué)基金項目(41671218)和國家科技基礎(chǔ)性工作專項項目(2014FY110200A12)Supported by the National Natural Science Foundation of China(No. 41671218)and Basic Work of the Ministry of Science and Technology of China(No. 2014FY110200A12)
,E-mail:690654034@qq.com
余星興(1996—),女,四川南充人,碩士研究生,主要從事土壤資源可持續(xù)利用研究。E-mail:1803927051@qq.com
2019–10–30;
2020–03–21;
2020–04–26
(責(zé)任編輯:檀滿枝)