潜育土

潜育土(Gleyosols)是中国土壤分类架构中的一个重要土纲,是在各种自然环境因素(包括气候、地形、水文地质等)和人为活动因素综合作用下,在矿质土表至50厘米范围内至少有一土层(厚度≥10厘米)呈现潜育特征的土壤类型。

潜育土的成土母质多为质地黏重、渗透不良黏土或黏壤土,其形成与低洼的地形和过量的水分联系密切。潜育土的成土过程由有机质累积过程和潜育过程综组成,同时,气候、地质、水文等各种自然环境因素和人为活动因素都会对其产生影响。潜育土主要分布在寒冷湿润、地势低平的地区,尤其集中在寒带森林冻原地带、各大河流的泛滥地、冲积平原三角洲以及湖滨、海滨的地势低平地区。按照中国土壤类型分类标准,潜育土分为3个亚纲、7个土类、25个亚类。相当于美国分类中的始成土、冻土、新成土;联合国分类中的潜育土;土壤发生分类中的湿成土。

潜育土是湿地土壤和耕地资源储备的重要组成部分,通过退耕还湿、建立湿地保护区、农田综合治理、新材料研发等措施,可使其在生态平衡及农业等方面发挥重要作用。

定义

土纲定义

潜育土指在矿质土表至50cm范围内至少有一土层(厚度≥10cm)呈现潜育特征的土壤。相当于土壤发生分类中的湿成土、土壤分类中的水成土(沼泽土、草甸土、潮土、黑土),即存在滞水或潮湿土壤水分状况,具有潜育特征、氧化还原特征的土壤类型。在《中国土壤系统分类(首次方案)》(1995)中首次将潜育土作为独立的土纲划分出来,并比较全面地包括了各种潜育土。

土壤参比

潜育土在不少国家的最新分类中均在最高级别分出,唯独美国土壤系统分类仅在土纲以下级别分出。WRB方案中,除了根据潜育特性在一级单元中划分出潜育土外,还根据潜育特性和滞水特性划分出大量的潜育或滞水的二级单元。潜育土相当于美国土壤系统分类(ST)中的始成土、冻土、新成土;联合国世界土壤图图例单元(FAO/UNESCO)中的潜育土;世界土壤资源参比基础(WRB)中的潜育土、冷冻土。

土壤形成

形成条件

成土母质

潜育土的成土母质多为黏土或黏壤土,质地黏重、渗透不良,同时受环境影响也略有差异。如黑龙江省有些分布在平原低洼处,由黏质冲积——湖积物或黏质河湖沉积物形成的有机滞水潜育土或简育滞水潜育土,其表层(0〜20cm)的质地为壤土,心土层和底土层的则为黏土,或全剖面均为黏壤土;在大兴安岭山间洼地处,由坡积——残积物形成的简育永冻潜育土,其剖面上部为黏壤土质地,剖面中、下部则为含石砥的砂土和间层黏土质地;又如四川阿原,位于高原面低洼处,由河流冲积物形成的有机正常潜育土,其土壤质地为壤土,表层和底土层的细土部分<0.002mm黏粒含量分别为228g/kg和178g/kg。其他分布在滨海潮间带红树林沼泽地或平原低洼处,由黏质海积物或河湖沉积物形成的暗沃正常潜育土,其质地多为黏壤土或黏土。

地形条件

潜育土的形成和低洼地形关系紧密,多为山区汇水盆地、山前洼地、沟谷地、冲积扇前和扇间洼地;在平原地区则为河流洼泽地、河流汇合地、古河道及无尾河下游洼地带。此外,滨海洼地、潟湖、湖滩地、熔岩盆地及风蚀洼地也容易形成潜育土。此类地形因接受地表水汇集使得地下水位较高,导致上壤剖面中下部或整个上体滞水,还原过程得以发生。

气候条件

潜育土分布广泛,不同区域气候条件差异明显。在寒带温带热带各地,凡具备潮湿积水条件均可形成潜育土的发育。不同气候条件是影响潜育土形成发育重要因素,在一定程度上影响着土壤的性质。如地带性土壤黑土多发育于温带森林草原地带;东北地区和川西北高原等高纬度地区由于气温低、蒸发量小、湿度大、土壤水分饱和且长期受水浸润,形成沼泽土分布面积较广。反过来往中国西南部因气温上升、干燥,沼泽土形成发育程度则愈来愈低;草甸土的性状也受气候条件的影响,在气候湿冷的中国东北地区,其气腐殖质的累积强度要高于西北和华南地区

水文地质

潜育土多形成于地下水位较髙的地质环境。由于沼泽土的地下水与地表积水多邻近甚至相接,土壤同时受地表积水和地下水浸润。草甸土和潮土的地下水埋藏在距地表较近的1-3m深度,地下水在植物生长旺盛季节可沿毛管经常地上升至地表。黑土的地下水埋藏深度多在10-20m以下,对土壤形成过程和植物生长影响较小,但因黑土的母质和土壤质地较黏,底层透水不良,在土壤融冻水和降水集中的季节,土壤水分过多,常在50-70cm或150-200cm深处形成上层滞水,进而影响土壤的形成和植物生长。

植被差异

潜育土的植被大多由喜湿性的植物构成,其植物种类随不同土类存在差异,同时在不同地区和不同水分状况下同一土壤类型亦呈现较大差异。沼泽土上的植被由以莎草科植物为主的喜湿性沼泽植物组成。草甸土的自然植被主要有羊草狼尾草三棱草委陵菜鸢尾、小叶樟等生长茂密的喜湿性草甸植物。潮土的植被多是人工种植的小麦、玉米、高粱和棉花等作物。黑土的自然植被为草原化草甸植物,以杂类草群落为主植物种类多,生长繁茂,根系发达。

形成过程

潜育土的形成与低洼的地形和过量的水分相联系,兼具有机质的累积过程和由化学还原、生物作用共同构成的潜育过程。

累积过程

在植物生长季节,因土温升高,水分充足,养分释放较多,故湿生植物生长茂盛,每年形成多量有机质;植物死亡后,在渍水条件下,植物残体在嫌气条件下分解缓慢而不彻底,故大多以粗腐殖质、泥炭化物质的形式在土壤中积存下来。长期的积累使土壤粗腐殖质、泥炭化物质增厚,有机质含量越来越高。冷凉潮湿的气候条件,土壤存在冻层或下层粘重不透水,森林采伐或火灾迹地因蒸发减少而积水,都会抑制微生物的分解作用,促进粗腐殖质和泥炭物质的积累过程。

潜育土的有机质累积过程因不同的土类、地区、水分状况而有所差异。如沼泽土由于有机质得不到充分分解,会以粗有机质和半腐有机质的形式累积于地表,在土壤上部形成深厚的泥炭层或腐殖质层潜育层土壤;草甸土土壤留有较多有机残体,有机残体进行嫌气分解形成腐殖质累积主要集中在表层,由于草甸植被无长久淹水期,故草甸土没有泥炭状腐殖质层;黑土累积于土壤中的有机物质多,形成的腐殖质层厚,一般达70厘米左右,表层有机质含量在30〜60g/kg,多者可达150g/kg。

潜育过程

潜育化过程是土壤长期渍水,受到有机质嫌气分解,而铁锰强烈还原,形成灰蓝—灰绿色土体的过程,是潜育土纲和有机土纲中主要的成土过程。由于土壤的潜育化过程是在土壤积水和缺氧条件下进行的,土壤在水分饱和的条件下,几乎完全处于闭气状态,嫌气细菌如丁酸细菌、硫细菌等在分解活动中产生的氢气(H2)、甲烷(CH4)、硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)和一些有机酸等成分,使高价氧化铁、锰转变为易溶的硫酸亚铁、亚锰状态,部分随地下水流出土体(离铁作用),部分留在潜育层内。在旱季,土壤水分状况变干,下层的部分水分沿毛管上升到土壤上部,在通气好的条件下将所含的二价铁、亚锰又氧化为高价铁、锰氢氧化物,呈锈色斑块、条纹和结核沉淀出来。由于潜育土广泛分布于各个土壤地带中,其在成土过程中还反映出一定的地带性和地区性的差异,除上述的基本过程之外,有的还可能附加钙化、盐渍化、白浆化等过程。

主要特征

形态特征

潜育土是以潜育特征为其诊断特性,按体积计算,50%以上的土壤基质色调比7.5Y更绿或更蓝,或无色彩,或有少量锈斑纹,铁锰凝团,结核或者铁锰管状物。潜育土土壤除腐殖质外,常有带氧化斑的腐殖质层或过渡层,其下为潜育层,剖面一般为暗色腐质层和灰蓝色潜育层。

理化特征

pH和CaCO3

潜育土由于长期受水分饱和,在嫌气条件下有机物质分解不彻底,而产生较多有机酸,致使土壤水提pH(酸碱度)—般在4.6〜5.8范围内,呈酸性或微酸性反应。但有少数滞水潜育土,其水提pH在5.9〜7.0范围内,且在剖面中从上向下递增,呈微酸性或中性反应。另外,有些正常潜育土,因处在半干润、半湿润地区,受其周围土壤、母质含有水溶盐和碳酸根影响,其水提pH在7.7〜8.8范围内,呈微碱性或碱性反应。具有潜育特征的土壤处于还原状态,铁氰化钾[K3Fe(CN)6]水溶液呈深蓝色,rH≤19,计算公式:rH=[Eh(Mv)/29]+2pH。潜育土一般不含有游离碳酸盐,但在特殊条件下,少数潜育土可能含有数量不等的碳酸盐,呈现不同强度的生石灰反应,碳酸钙(CaCO3)相当物含量低的不足2g/kg,最高可接近150g/kg。

有机质

潜育土的有机质含量较高,质地偏黏,且黏土矿物组成以2:1型为主,阳离子交换量较高,特别是表层和亚表层的高在29〜59cmol(+)/kg范围内,心土和底土层在10〜30cmol(+)/kg范围内。潜育土的形成条件有利于有机质积累作用,一些潜育土,如有机简育永冻潜育土、纤维有机滞水潜育土及有机正常潜育土,其表层或亚表层的有机碳含量在250g/kg左右,最高接近300g/kg。但另一些潜育土,其表层或亚表层的有机碳含量仅在12〜74g/kg范围内。心土层和底土层的有机碳含量一般较低,多数在10g/kg以下,少数可在10〜30g/kg,或更高。潜育土有机质的C/N多在11以上,有机碳含量高的更可超过15,有机质分解程度较低。

矿物组成

潜育土因受周围土壤或母质来源的影响,其黏土矿物组成依地区不同略有差异。如东北地区吉林地区的以蒙皂石水云母为主;川西地区的以水云母为主,伴有少量蒙皂石;淮北市、苏北低洼地带的以水云母和蒙皂石为主,高岭石极少;苏南太湖地区的以水云母为主,伴有少量绿泥石蛭石、蒙皂石、高岭石;华南珠江三角洲地区的以高岭石为主,伴有一定量水云母和蒙皂石。由于长时期处于还原条件下,潜育土中常见有以低价方式存在的铁、锰碳酸根硫化物、水化氧化物磷酸盐二价铁硅酸盐类矿物,如菱铁矿(FeCO3)、硫化铁(FeS)、水化磁铁矿(Fe3O4)、蓝铁矿(Fe3(PO4)2)、碳酸锰(MnCO3 )及铁蛇纹石和绿泥石等。

土壤分类

潜育土纲根据诊断层和诊断特性(土壤温度状况和水分状况),可续分为永冻潜育土、滞水潜育土、正常潜育土三个亚纲

永冻潜育土

永冻潜育土指土表至200厘米范围内有永冻层的潜育土壤。永冻潜育土近似于发生分类的冰沼土,其形成多与冻融有关,永冻层上部季节融化时,可积聚过量的上壤水分。其土层浅薄,剖面由泥炭层和潜育层组成,土体构型为O-Oi-Cg或Oi-Cg型。永冻潜育土有机质含量低,阳离子代换量低,呈微酸性至酸性反应,营养元素缺乏。主要分布于极地冻原气候区和中国黑龙江省北部。

永冻潜育土亚纲分为2个土类,即有机永冻潜育土、简育永冻潜育土。其中有机永冻潜育土分为2个亚类,即纤维有机永冻潜育土、普通有机永冻潜育土;简育永冻潜育土分为4个亚类,即石质简育永冻潜育土、有机简育永冻潜育土、暗沃简育永冻潜育土、普通简育永冻潜育土。

滞水潜育土

滞水潜育土指具滞水水分状况的潜育土壤。滞水潜育土主要是在上层滞水影响下形成,其土壤水分状况是土体中存在缓透水层或石质接触面。滞水潜育土常见于低山顶部低洼处、低平原河谷阶地、山间谷地和盆地,其中成土母质含硅质灰岩风化物的多对应为山地草甸土。

滞水潜育土分为2个土类,即有机滞水潜育土、简育滞水潜育土。其中有机滞水潜育土分为2个亚类,即纤维有机滞水潜育土、普通有机滞水潜育土;简育滞水潜育土分为3个亚类,即石质简育滞水潜育土、沃简育滞水潜育土、普通简育滞水潜育土。

正常潜育土

正常潜育土指除去永冻潜育土和滞水潜育土的其他潜育土壤。正常潜育土的形成是由于长时间受地下水饱和的影响,土壤有机质分解缓慢、积累较多从而发生潜育过程,通常有颜色为暗色、厚度较大的有机质累积层,剖面中有锈斑蟳、锈纹或铁锰结核,剖面的底部有潜育化,呈灰蓝色或浅灰色。

正常潜育土分为3个土类,即有机正常潜育土、暗沃正常潜育土、简育正常潜育土。其中有机正常潜育土(沼泽土、腐泥沼泽土、泥炭沼泽土)分为3个亚类,即纤维有机正常潜育土、高腐有机正常潜育土、普通有机正常潜育土;暗沃正常潜育土(草甸沼泽土)分为5个亚类,即含硫暗沃正常潜育土、酸性暗沃正常潜育土、弱盐暗沃正常潜育土(盐化沼泽土)、生石灰暗沃正常潜育土、普通暗沃正常潜育土;简育正常潜育土分为6个亚类,即石质简育正常潜育土、暗瘠简育正常潜育土、酸性简育正常潜育土、弱盐简育正常潜育土、石灰简育正常潜育土、普通简育正常潜育土。

地理分布

潜育土在世界范围广泛,多见于欧亚大陆北部的冻原带、北美大陆北部的阿拉斯加州加拿大中北部地区和中国部分地区。主要分布在寒冷湿润、地势低平的地区,尤其集中在寒带森林苔原地带、寒温带针叶林带,以及温带森林草原带,各大河流的泛滥地、冲积平原、三角洲以及湖滨、海滨的地势低平地区。世界上潜育土的分布面积约为586.5万km2,约占世界陆地面积的3.92%。

中国的潜育土主要分布在大兴安岭小兴安岭,长白山的山间谷地三江平原松嫩平原河漫滩及湖滨低洼地。同时在青藏高原、天山南北麗积水处,以及华北平原、长江中下游平原珠江中下游、东南滨海地区也有分布。中国潜育土分布面积约为71.7万km2,约占全国陆地面积的7.5%。

保护开发

潜育土的主要特征是其潮湿、常潮湿水分状况和高地下水位以及因此而导致的强还原性土壤环境。潜育土是湿地土壤的重要组成部分,也是耕地的重要后备资源和环境保护、生物多样性维护的重要基础。湿地包含淡水及盐水沼泽、草沼、林泽、河口、水塘、低洼积水区和潮汐滩地等,其在净化水质,保护生物种类,调节水文和微气候等方面起重要作用。随着环境破坏和生态失衡日益严重,在对湿地的保护方面,可采取清退农田与鱼塘、退耕还湿、建设湿地疏漫灌溉工程、建立湿地自然保护区、提高大型湿地的保护优先等级、减少人为活动对碎片湿地的边缘影响等措施,以恢复湿地原始地貌形态及自然生态平衡功能。

潜育土的开发和利用措施根据目的不同而异。在农业方面,如平缓连片的低湿地可开辟为农地(田)或牧草地,通过防洪排涝、降低地下水位,以提高土温和土壤通气性,促进有机质分解,发挥土壤潜在肥力;在滞水潜育土区域,修建排水体系,将排水和蓄水相结合,以利用灌溉和发展养殖业;对于不适宜垦殖业或垦殖难度较大的潜育土,宜开展综合利用,如挖鱼塘,发展养殖业,种植芦苇、席草等工业原料,或种植藕等水生作物。在新材料开发方面,利用生物技术研制出人造潜育土,因其防渗墙因防渗效果好而被在小型水库和渠道工程中推广。

参考资料

潜育土.中国大百科全书.2024-06-01

盐成土.中国大百科全书.2024-05-02

沼泽土.中国大百科全书.2024-06-01

中国的潜育土.中国大百科全书.2024-06-01

冻土.国家冰川冻土沙漠科学数据中心.2024-06-01

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