通信作者：周 清，博士，教授，主要从事农业资源利用与遥感信息技术应用及水土保持研究。E-mail：61939295@qq.com。

水稻土是在植稻或以植稻为主的耕作制度下，经长期人为活动，使土壤发生一系列独特变化而形成的一种土壤，是在土壤经常处于淹水还原、排水氧化、水耕黏闭，以及大量施用有机肥料等频繁人为管理措施的影响下形成的[1]。水稻土是重要的耕地资源，对我国的粮食生产起重要的支撑作用。我国水稻土面积约为3 000万hm2，占全国耕地面积的25.35%，占世界水稻土总面积的23.00%。我国水稻土因在不同生物气候带的广泛分布而具有多样性的特点，一方面具有在人为长期利用和管理条件下所形成的一系列共性，另一方面因受不同生物气候条件和成土母质类型等自然因素的影响而不同程度地保留着各种母土或母质的特征[1]。

我国是最早研究水稻土的国家之一，早在20世纪30年代，朱莲青首次提出水稻土剖面结构、层次划分的方法[1]。龚子同依据水稻土形成的本质特点，按照氧化还原过程把水稻土划分为氧化还原型、氧化型、还原型[2]，为后来的水稻土系统分类打下了坚实的基础[3]。我国水稻土分类先后经历了水分类型发生分类、地理发生分类和氧化还原发生分类等3个阶段，许多研究者就水稻土发生学分类进行了深入的研究[4-6]。20世纪80年代以后，我国的土壤分类进入了以诊断层和诊断特性为基础的系统分类阶段，实现了从定性向定量的跨越[7]。近半个世纪以来，我国对水稻土理化性质的研究已经取得有效的进展，我国水耕土分类已经走在世界前列，虽然水耕土系统高级分类已很完善，但基层分类还处在基础阶段，在土系指标的定量化、命名等方面还没有统一的标准[8]。当前，水稻土的基层分类和土系调查多集中在东部地区，其中包括长江三角洲[9]、浙江省[10-11]、福建省[12]、湖北省[13-14]、海南省[15]、四川省[16-17]等。水稻土的成土母质通过影响土壤质地使其发育和理化性质发生变化。颗粒大小级别和质地差异是水稻土基层分类的主要指标[18]，但目前在相同母质条件下，颗粒大小级别在水稻土基层分类指标中所起作用的相关研究仍较少，因此有待更深入的研究。

水稻土是湖南省重要的粮食、多种经济作物的生产基地，稻田面积约为275.6万hm2，占全省耕地面积的79%。本研究以长沙地区起源于第四纪红土的水稻土为研究对象，探索类似起源土壤条件下的基层系统分类指标，建立代表性土族和土系，评述土系的生产性能，以期为当地农业生产和作物布

局提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况与成土环境

湖南省长沙市作为省会城市，位于湘江下游和湘浏盆地的西缘，湖南省东部偏北地区(111°53′～114°15′E，27°51′～28°41′N)。全市辖芙蓉、天心、岳麓、开福、雨花和望城等6个城区，长沙、宁乡等2个县以及浏阳市。长沙市属典型的中亚热带湿润季风气候，气候温和，热量丰富，降水充沛，阳光充足，日照长，四季分明，生长季长。年平均气温为17.2 ℃；1月平均气温最低，为4～5 ℃；7月平均气温最高，为29～31 ℃；≥10 ℃积温达5 457 ℃；年平均日照时数为1 500～1 850 h；年平均降水量为1 361 mm。

长沙地区成土母质类型多样，主要成土母质包括花岗岩风化物，板、页岩风化物，砂岩风化物，第四纪红色黏土，石灰岩风化物，紫色砂页岩风化物，河湖沉积物等7类。主要土壤类型有红壤、黄壤、水稻土、紫色土、潮土等。长沙地区典型水稻土的剖面空间分布见图1。

1.2 样品采集与室内分析

本研究参照《湖南土种志》[19]和《湖南土壤》[20]对第四纪红土的描述与分类以及全国第2次土壤普查数据，结合母质分布图、土地利用现状图、高程图、交通图等确定5个水稻土野外取样点，其中第四纪红色黏土的分布信息与剖面成土环境见表1。

在取样点依照中西部土系调查《野外土壤描述与采样手册》挖掘标准土壤剖面，并根据土壤发生学理论进行分层，对土壤剖面进行描述，拍照记录剖面及周围景观。

土壤容重的测定采用环刀法；机械组成的测定采用吸管法，质地分类参照美国农业部(United States Department of Agriculture)分类标准；pH值的测定采用电位法(液土体积比 2.5 ∶1)；阳离子交换量及交换性盐基组成的测定采用乙酸铵交换法[阳离子交换总量的测定采用凯氏定氮法；交换性K+、Na+含量的测定采用火焰光度法；交换性Ca2+、Mg2+含量的测定采用乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid，简称EDTA)滴定法]；土壤游离铁含量的测定采用连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-重碳酸钠法[21]。根据经纬度、海拔推算土壤温度，具体计算公式为：

Tsoil=55.89-0.645×纬度-0.004×海拔-0.153×经度[22]。

注：Ap1为耕作层；Ap2为犁地层；Br为水耕氧化还原层；Br1为铁淀积层；Br2为锰淀积层；Br21为锰淀积层亚层；Br22为锰淀积层亚层；Brg为氧化还原层有潜育斑；B为淀积层；BC为B层到C层过渡层；C为母质层；C1、C2为母质层亚层。

2 结果与分析

2.1 土壤剖面的形态特征

表2表明，供试土壤剖面的润态颜色色调分别为2.5Y、5Y、10YR，明度介于3～7，彩度介于1～8。土体较深厚，大多>1.3 m，除43-CS05、43-CS12剖面外，其他剖面耕作层(Ap1)较浅薄，仅12～14 cm，犁底层(Ap2)较厚且紧实，达 6～8 cm。犁底层容重是耕作层容重的1.09～1.70倍。剖面土壤结构发育明显，以棱块状、团块状和块状为主，在结构体表面普遍存在黏粒胶膜、铁锰胶膜和铁锰斑纹，数量从很少量到大量，在水耕氧化还原层(Br)数量最为丰富，甚至出现少量到大量的铁锰结核。土体中有少量瓦片、砖块、瓷片等侵入体。土壤剖面有典型的水耕表层、水耕氧化还原层。

注：ND表示没有侵入体；10YR、2.5Y、5Y分别表示色调、明度、彩度。

2.2 土壤主要理化性质

从表3可以看出，土壤剖面无明显砾石(岩石碎屑含量<5%)。颗粒分析表明，质地以壤土类为主，黏粒含量介于238～381 g/kg，剖面的黏化率介于0.80～1.38。从表4可以看出，5个剖面各个层次的水提pH值为5.0～7.1，根据相关标准规定[23]，剖面的控制层段的部分或全部pH值≥5.5，为非酸性。因此5个供试土壤为非酸性的。随剖面加深，pH值整体呈升高趋势。其中43-CS05剖面的pH值变异幅度较大，pH值为5.8～7.1，导致这一差异的原因一方面是受二元母质发育的影响(因该采样点在第四纪红色黏土和石灰性紫色砂岩风化物交错地带，属第四纪红色黏土和石灰性紫色砂岩混合母质)，另一方面与耕作精细和施肥习惯有关[1]。游离氧化铁含量介于11.4～44.8 g/kg之间，平均值为29.0 g/kg。

2.3 供试土壤的诊断层与诊断特性

诊断层与诊断特性是土壤系统分类的基础和依据。依据供试剖面野外描述与理化性质结果，参照《中国土壤系统分类检索》(第三版)[24]有关诊断层、诊断特性及控制层段的定义，5个供试剖面都具备水耕表层和水耕氧化还原层等高级分类中的诊断层及相关诊断特性(表5)。

2.4 供试土壤在中国土壤系统分类中的归属

2.4.1 高级分类单元划分 参照《中国土壤系统分类检索》(第三版)对高级分类单元的划分标准，检索供试土壤的诊断层与诊断特性，5个剖面均属于人为土土纲、水耕人为土亚纲。

5个典型水稻土剖面的水耕表层下均无灰色铁渗亚层，因此均不属铁渗水耕人为土类。43-CS10剖面水耕氧化还原层的游离氧化铁含量为耕作层的1.5倍以上，属铁聚水耕人为土类；43-CS05、43-CS06、43-CS09和43-CS12剖面均属于简育水耕人为土类。在铁聚水耕人为土类中，43-CS10剖面无变性现象和潜育特征，剖面垂直60 cm土层范围内也无漂白层，因此属普通铁聚水耕人为土亚类。在简育水耕人为土类中，4个剖面均无变性、盐积现象和人为复石灰作用，剖面垂直60 cm范围内也无漂白层，因此43-CS05、43-CS06、43-CS09、43-CS12等4个剖面均属普通简育水耕人为土亚类(表6)。

2.4.2 基层分类单元划分

2.4.2.1 土族划分 参照《中国土壤系统分类(修订方案)》土族和土系划分标准[23]，土族控制层段为从诊断表下层的上界或从表土层、耕作层的下界往下至100 cm深处，或至浅于100 cm的根系限制层上界或石质接触面。在划定土族控制层段的基础上，以供试土壤控制层段内的颗粒大小级别、矿物学类型、土壤温度状况以及石灰性的有无为依据进行土族划分。

根据相关划分标准[23]对研究区内5个典型水稻土剖面土族控制层段的土壤颗粒大小级别进行划分(表7)。5个剖面>2 mm岩屑的含量均<25%，其中43-CS06剖面的土族控制层段沙粒含量≥55%，被划分为沙质；43-CS05、43-CS09、43-CS10、43-CS12剖面的土族控制层段黏粒含量介于 20%～35% 之间，被划分为黏壤质。对研究区内5个剖面土族控制层段的石灰性和土壤酸碱反应级别进行依次划分，5个剖面均没有铝质和石灰性，43-CS05、43-CS06、43-CS09、43-CS10、43-CS12剖面控制层段的部分或全部pH值 ≥5.5，为非酸性。5个剖面的颗粒大小级别为沙质和黏壤质，因此从上到下查看适用于所有颗粒大小级别或沙质、黏壤质颗粒大小级别的矿物学类型，5个剖面均属混合型。按张慧智等的方法[22]得到5个剖面50 cm土深处的土温介于19.9～20.0 ℃ 之间，检索土壤温度状况属于热性。现将所选的5个剖面划为3个土族：43-CS05、43-CS09、43-CS12为黏壤质混合型非酸性热性-普通简育水耕人为土，43-CS06为沙质混合型非酸性热性-普通简育水耕人为土，43-CS010为黏壤质混合型非酸性热性-普通铁聚水耕人为土(表8)。

2.4.2.2 土系划分 土系是土壤系统分类中最基层的划分单元，是土壤的全息身份证，包含该类土壤的最基本信息。参照《中国土壤系统分类土族和土系建立的划分标准》[23]，属于不同亚类和不同土族，可划分为不同的土系；属于同一土族的，则须依据特定土层的深度和厚度、表层土壤的质地以及土系控制层段中岩石碎屑、结核、侵入体等特征的差异进行土系划分。参照相关土系划分标准[23]，供试土壤的土系划分结果见表8。根据高级分类划分标准，将供试土壤划分为3个不同亚类，其中43-CS06与43-CS05、43-CS09、43-CS12属于同一亚类但不同的土族，43-CS06的颗粒大小级别为沙质属性，因此可划分为不同的土系。43-CS10与43-CS06属于不同土类，因供试土壤为普通铁聚水耕人为土，因此可以被划分为独立的土系。43-CS05、43-CS09、43-CS12等3个剖面属于同一亚类、同一土族，理论上可以被划分为同一土系。但43-CS05与43-CS12特定土层深度不同，43-CS05的特定土层深度为100～150 cm， 而43-CS12的特定土层深度为 92 cm，在50～100 cm范围内，被划分为不同土系。43-CS09 在特定土层64～87 cm出现潜育现象，因此，将其划分为不同的土系。因此，将5个剖面划分为金鼎山系(43-CS05)、凌茯系(43-CS06)、罗巷新系(43-CS09)、白玉系(43-CS10)、马战系(43-CS12)。

3 讨论

3.1 长沙地区第四纪红土发育的水稻土在发生分类与系统分类中的参比关系

在发生学分类中，5个供试剖面分属于人为土纲、水耕人为土亚纲、水稻土土类、潴育性水稻土亚类、红黄泥土属、红黄泥、青膈红黄泥土种。在系统分类中，5个剖面归入人为土土纲、水耕人为土亚纲、铁聚水耕人为土和简育水耕人为土土类、普通铁聚水耕人为土和普通简育水耕人为土亚类，在基层单元上则分出3个土族和5个土系(表8)。因此从这5个第四纪红土土壤的划分中可看出，中国土壤发生分类与中国土壤系统分类呈不对应关系。土壤发生分类重视成土条件和推测的成土过程，忽略土壤本身的属性，结果是把同一地区、同一母质处于不同发育阶段的土壤都划分为同一个土类或亚类[25]。而土壤系统分类是在遵循土壤发生学理论的基础上，更为重视土壤本身性质，以定量的诊断层和诊断特性为依据，划分土壤类型。

把长沙地区划分为3个土族和5个土系，可清晰地反映土体在发育程度、物质组成等性质上的突变差异，在指导生产实践中更具有现实意义。另外，基于中国土壤系统分类土族和土系的划分标准，在类似母土/母质条件下，颗粒大小级别和质地层次差异是划分土系的敏感指标。在长沙地区第四纪红土发育的水耕人为土基层分类中土壤质地和颗粒大小级别仍具有重要意义。

3.2 长沙地区第四纪红土发育的水耕人为土土族与土系的生产性能

土族和土系的划分主要服务于生产实践。在长沙地区所建立的3个土族及下设的5个土系，具有地势平坦、分布面积较大的特点，是当地重要的稻—稻、稻—稻—油生产基地。田间排灌设施系统、完善，具有较好的农田水利基础条件，通常是当地的高产田。耕层土壤结构良好，土质疏松，多以壤土为主，但底层土质黏重、紧实，不易漏水漏肥。供试土壤水耕表层大部分浅薄(仅为10～18 cm)，特别是凌茯系(耕层仅为 12 cm)。因此，应注重深耕深翻、加深耕层或种植根系生长力强的作物品种。其中金鼎山系、罗巷新系、马战系土壤耕作层呈非酸性反应，土壤条件较好，其余的土壤呈酸性反应，耕层的水提pH值<5.5，酸化严重，有必要因地制宜，施用石灰或碱性物质，提升耕层pH值。

土壤肥力是衡量土壤作为农业生产基地，进行农作物生产的重要指标[26]，是土壤的本质属性和主要功能[25]，科学评价土壤肥力可以更好地利用土地资源，可为调整作物布局和科学合理地施肥提供依据。而土壤养分等肥力指标是土壤肥力的物质基础，其丰缺状况直接影响作物产量和品质[27-30]。参照第二次土壤普查的水田土壤生产性能评价标准[24]，高产水稻土有机质含量在2.5%～3.8%之间，属于有机质含量高的高产水稻土。由表9可知，长沙地区所建立的5个土系耕层剖面有机质丰富，其含量在23.90～45.50 g/kg范围内，其中罗巷新系有机质含量极高，为45.49 g/kg；马战系有机质含量适宜，为23.90 g/kg；其他3个剖面有机质含量高，在30.00～40.00 g/kg范围内。耕层全氮含量的变化范围为0.76～2.13 g/kg，其中43-CS05和43-CS06耕层的全氮含量较低，应增施氮肥，分别增加土壤氮的供应强度和有效性。其他土壤剖面的氮肥含量很高，均属“极高”级别，生产中应考虑适当减少氮肥投入。耕层全磷含量变化范围为 0.73～2.03 g/kg，其中43-CS05、43-CS10、43-CS12全磷含量较低，低于 1 g/kg，表明土壤磷的供应潜力不足，适量施用磷肥对防止土壤磷素的缺乏具有很好的防范作用；43-CS06、43-CS09 耕层的全磷含量大于1g/kg说明该研究区土壤磷丰富。土壤剖面耕层的钾肥含量范围为13.08～41.13 g/kg，含量约为1%～4%。43-CS05耕层全钾含量低于2%，低于湖南省全钾含量的平均水平[20]， 应及时施用钾肥， 其他剖面耕层的全钾含量大于2%，应减少钾肥的投入[31]。

4 结论

在长沙地区第四纪红色黏土条件下，按照我国土壤系统分类方案，在水耕人为土亚纲下检索出铁聚水耕人为土和简育水耕人为土2个土类，普通铁渗水耕人为土和普通简育水耕人为土2个亚类，划分出3个土族和5个土系。在同一地区，类似母质发育土壤的基层分类上，系统分类的定量化指标比发生分类的定性化指标更为敏感，能划分出更多的基层土壤类型，其中颗粒大小级别和质地层次差异是划分土系的敏感指标。

我国土壤系统分类可有效地将第四纪红色黏土发育水耕人为土的生产性能体现出来，对当地农作物生产和土壤改良具有指导意义。

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