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贵州喀斯特山区典型土壤氧化铁特征及其与土壤类型分异关系

刘玉晶 陆晓辉 罗丹 张巧灵 尹梅红 蒋佳敏 段兴林

刘玉晶, 陆晓辉, 罗 丹, 张巧灵, 尹梅红, 蒋佳敏, 段兴林. 贵州喀斯特山区典型土壤氧化铁特征及其与土壤类型分异关系[J]. 土壤通报, 2021, 52(3): 505 − 514 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020100901
引用本文: 刘玉晶, 陆晓辉, 罗 丹, 张巧灵, 尹梅红, 蒋佳敏, 段兴林. 贵州喀斯特山区典型土壤氧化铁特征及其与土壤类型分异关 系[J]. 土壤通报, 2021, 52(3): 505 − 514 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020100901
LIU Yu-jing, LU Xiao-hui, LUO Dan, ZHANG Qiao-ling, YIN Mei-hong, JIANG Jia-min, DUAN Xing-lin. Characteristics of Iron Oxides and their Relationship with Soil Types in the Karst Mountainous Areas of Guizhou[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(3): 505 − 514 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020100901
Citation: LIU Yu-jing, LU Xiao-hui, LUO Dan, ZHANG Qiao-ling, YIN Mei-hong, JIANG Jia-min, DUAN Xing-lin. Characteristics of Iron Oxides and their Relationship with Soil Types in the Karst Mountainous Areas of Guizhou[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(3): 505 − 514 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020100901

贵州喀斯特山区典型土壤氧化铁特征及其与土壤类型分异关系

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020100901
基金项目: 国家自然科学基金项目(41867001、41261058)、贵州师范大学学术新苗培养及创新探索专项项目(黔科合平台人才[2018]5769-23)和贵州师范大学博士科研项目(GZNUD[2017]7号)资助
详细信息
    作者简介:

    刘玉晶(1997−),女,内蒙古赤峰人,硕士研究生,主要研究方向为土壤发生与分类。E-mail: 2401828556@qq.com

    通讯作者:

    E-mail: lu_xiaohui@126.com

  • 中图分类号: S155.1

Characteristics of Iron Oxides and their Relationship with Soil Types in the Karst Mountainous Areas of Guizhou

  • 摘要: 以贵州省喀斯特山区30个典型土壤剖面为研究对象,采集土样,测定不同形态的氧化铁含量、计算相应的风化度指标,通过分析不同形态氧化铁含量、风化度指标与土壤类型分异的关系,探讨了氧化铁特征对喀斯特山区典型土壤类型分异的指示作用。结果表明:游离氧化铁是区内土壤氧化铁的主要存在形态(26.62 ~ 75.99 g kg−1);绝大部分土壤的铁活化度 < 30%,游离度 ≥ 50%,游离氧化铁 ≥ 30 g kg−1,均处于中期脱硅富铝化阶段;土壤络合态氧化铁及络合度具有较强的空间异质性。按中国土壤发生学分类土壤(亚类)的氧化铁特征,各石灰土亚类不同形态氧化铁含量及其风化度指标(除非晶质氧化铁和络合度外)均存在显著性差异(P < 0.05);随着晶质态氧化铁含量及游离度、晶化度增加和活化度减少,土壤风化程度逐渐增加,土壤类型有由棕色石灰土到黄色石灰土再到红色石灰土的演化趋势。按中国土壤系统分类土壤(土纲、土类)的氧化铁特征,各土纲、土类不同形态氧化铁含量及其风化度指标(除晶化度外)均有较大差异;随着晶质态氧化铁含量及游离度、晶胶率增加和活化度减少,土壤风化发育程度逐渐加深,存在由淋溶土土纲向富铁土土纲转变、由钙质湿润淋溶土土类到铁质湿润淋溶土土类的演变趋势。
  • 图  1  各石灰土亚类不同形态氧化铁含量及风化度指标

    不同小写字母表示不同类型土壤的氧化铁特征差异在P < 0.05水平上有统计学意义。下同。

    Figure  1.  Contents of iron oxides of various forms and weathering indices in different subgroups of Calcareous soil

    图  2  各土纲不同形态氧化铁含量及风化度指标

    Figure  2.  Contents of iron oxides of various forms and weathering indices in different soil orders

    图  3  各土类不同形态氧化铁含量及风化度指标

    Figure  3.  Contents of iron oxides of various forms and weathering indices in different soil groups

    表  1  供试剖面基本信息

    Table  1.   Information of tested profiles

    剖面号
    Profile No.
    采样地点
    Sampling location
    坡位
    Slope position
    坡向
    Aspect
    坡度(°)
    Slope
    海拔(m)
    Altitude
    经纬度
    Longitude and latitude
    土地利用类型
    Land use type
    1 威宁草海镇赵山 坡腰 南坡 10 2429 26.87694 N,104.33194 E 退耕还林,针叶林及灌丛
    2 坡背 东北59° 0 2429 26.87694 N,104.33250 E 自然,针叶林及灌丛
    3 坡脚 东南50° 22 2361 26.87508 N,104.33055 E 自然,针叶林及灌丛
    4 威宁草海镇上帝庙 坡脚 西南40° 30 2245 26.86604 N,104.29954 E 自然,灌丛及草地
    5 坡顶 西南40° 50 2405 26.86961 N,104.30035 E 自然,草地
    6 威宁小海镇施家营村 坡顶 东北10° 45 2293 26.95177 N,104.15012 E 自然,针叶林
    7 坡腰 东南10° 50 2259 26.95129 N,104.15052 E 自然,针叶林
    8 坡脚 东北10° 55 2209 26.95091 N,104.15073 E 自然,针叶林及草地
    9 威宁草海镇吕家河村 坡顶 东南20° 30 2259 26.80481 N,104.19686 E 自然,草地
    10 坡腰 东南70° 25 2243 26.80732 N,104.19013 E 自然,针叶林及灌丛
    11 坡脚 东北10° 15 2207 26.806902 N,104.19031 E 自然,针叶林及草地
    12 六盘水大湾镇海嘎村袁家口 坡顶 45 2444 26.82268 N,104.67934 E 自然,灌丛
    13 坡腰 45 2396 26.82233 N,104.67970 E 自然,灌丛
    14 坡脚 西 30 2388 26.82189 N,104.68060 E 自然,灌丛
    15 务川县都濡镇榆家村 山间垭口 东南5° 20 766 28.51644 N,107.85448 E 自然,灌丛
    16 坡腰 西南60° 30 753 28.51593 N,107.85510 E 自然,灌丛
    17 坡脚 西南80° 15 689 28.51540 N,107.85711 E 自然,阔叶林及灌丛
    18 务川县都濡镇龙井弯 坡顶 西北10° 45 731 28.53829 N,107.89542 E 自然,针叶林
    19 坡腰 东北50° 30 708 28.53791 N,107.89504 E 自然,阔叶林
    20 坡脚 西 40 675 28.53792 N,107.89336 E 自然,阔叶林
    21 务川县都濡镇山水村 坡顶 东北60° 50 907 28.49094 N,107.88679 E 自然,阔叶林及灌丛
    22 坡腰 东北50° 15 869 28.49192 N,107.88667 E 自然,灌丛
    23 坡脚 东北30° 35 834 28.49154 N,107.88828 E 自然,阔叶林及灌丛
    24 习水县良村镇马山坡 坡顶 东南60° 25 1211 28.35158 N,106.32103 E 自然,阔叶林及草地
    25 坡腰 西南70° 30 1167 28.34998 N,106.32103 E 自然,灌丛及草地
    26 坡脚 东南50° 15 1135 28.34928 N,106.32302 E 自然,草地
    27 兴义市下五屯新发村 坡腰 正北 1241 25.03677 N,104.87813 E 退耕还林,落叶阔叶林
    28 兴义市坪东镇下毛栗寨 坡脚 东北75° 1523 25.14915 N,104.85137 E 自然,灌丛
    29 兴义市坪东镇下毛栗寨 坡脚 西北30° 30 1552 25.14968 N,104.85096 E 自然,灌丛
    30 兴义市老寨 路边 西南75° 30 1610 25.16419 N,104.85713 E 自然,灌丛
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    表  2  供试剖面理化性质

    Table  2.   Properties of tested profiles

    剖面号
    Profile No.
    发生层
    Horizon
    深度
    Depth
    (cm)
    颜色(润态)
    Color(moist)
    pH(H2O)结构
    Structure
    质地
    Soil texture
    黏化率
    Argic rate
    有机碳
    Organic carbon
    (g kg−1
    黏粒阳离子交换量
    CEC7/Clay
    (cmol(+)kg−1
    黏粒实际阳离子交换量
    ECEC/Clay
    (cmol(+)kg−1
    1 A 0 ~ 3 7.5YR2/2 6.54 粒状 黏壤土 1.00 105.60 82.11 52.30
    B 3 ~ 27 7.5YR3/4 7.66 块状 粉砂质黏土 0.75 18.20 70.27 46.31
    2 A1 0 ~ 14 7.5YR2/2 6.75 粒状 黏壤土 1.00 56.20 65.71 61.64
    A2 14 ~ 25 7.5YR2/2 6.81 粒状 黏土 0.95 42.30 61.00 52.70
    AB 25 ~ 54 7.5YR3/4 6.76 团粒状 黏土 1.25 26.30 39.40 28.42
    B 54 ~ 100 5YR2/4 6.43 块状 黏土 1.20 12.60 33.50 21.78
    3 A 0 ~ 16 5YR2/2 6.43 粒状 粉砂质黏土 1.00 29.40 38.70 26.37
    B 16 ~ 60 10YR4/3 6.90 团粒状 粉砂质黏土 1.07 17.60 31.21 25.45
    4 A 0 ~ 12 7.5YR4/4 7.96 粒状 黏土 1.00 31.20 56.36 47.30
    B1 12 ~ 49 2.5YR3/6 8.90 块状 黏土 1.33 5.60 38.86 28.69
    B2 49 ~ 82 5YR2/4 8.55 块状 黏土 0.97 6.50 42.58 28.18
    C 82 ~ 100 5YR2/4 7.74 块状 黏土 1.03 7.50 41.29 21.71
    5 A 0 ~ 20 5YR4/4 6.80 粒状 壤土 1.00 46.90 169.43 128.55
    B 20 ~ 55 5YR5/4 7.15 块状 黏壤土 1.71 15.10 87.60 74.10
    6 A 0 ~ 25 5YR3/2 7.47 粒状 粉砂质黏土 1.00 58.40 60.63 52.62
    B 25 ~ 80 5YR4/6 7.75 块状 黏土 1.10 6.30 45.02 42.49
    7 A 0 ~ 25 7.5YR3/3 7.32 粒状 粉砂壤土 1.00 49.60 201.41 170.96
    B1 25 ~ 55 10YR4/3 7.51 块状 粉砂壤土 1.23 15.50 90.13 75.90
    B2 55 ~ 100 2.5YR3/6 7.66 块状 黏土 2.41 9.90 57.59 35.57
    8 A 0 ~ 19 7.5YR3/3 8.23 粒状 砂质黏壤土 1.00 51.70 77.72 56.40
    B 19 ~ 45 10YR4/3 8.56 块状 黏土 2.31 5.80 42.64 32.35
    BC 45 ~ 75 2.5YR3/6 8.92 块状 黏土 1.09 5.70 42.97 31.34
    9 A 0 ~ 17 7.5YR2/2 7.68 粒状 壤土 1.00 81.70 234.71 157.79
    B 17 ~ 32 5YR4/2 7.70 块状 黏土 1.99 23.50 82.67 59.58
    C 32 ~ 70 2.5YR4/8 7.66 块状 黏土 1.45 9.20 33.12 26.25
    10 A 0 ~ 6 5YR3/2 6.08 粒状 粉砂质黏土 1.00 43.40 39.11 27.16
    B 6 ~ 30 5YR4/6 6.13 粒状 粉砂质黏土 1.03 15.20 30.19 23.11
    C 30 ~ 90 2.5YR4/8 6.14 块状 黏土 1.13 6.20 17.20 15.17
    11 A 0 ~ 4 5YR5/8 6.82 粒状 黏土 1.00 44.20 28.70 45.51
    B 4 ~ 22 5YR4/6 7.35 粒状 黏土 1.00 10.20 15.36 34.19
    C 22 ~ 90 2.5YR4/8 7.75 块状 黏土 0.98 2.40 18.44 31.64
    12 A 0 ~ 19 7.5YR2/2 7.09 粒状 粉沙黏壤土 1.00 120.10 188.60 156.95
    B 19 ~ 70 5YR4/6 7.68 块状 壤黏土 1.37 27.30 165.23 123.68
    13 A 0 ~ 25 7.5YR3/3 7.33 粒状 黏土 1.00 71.40 42.82 36.47
    B1 25 ~ 42 7.5YR3/4 7.61 块状 黏土 1.00 21.30 33.82 23.48
    B2 42 ~ 100 5YR2/4 7.04 块状 黏土 1.16 21.10 31.25 24.56
    14 A 0 ~ 30 7.5YR3/3 6.60 粒状 粉沙黏土 1.00 31.80 76.58 52.12
    AB 30 ~ 51 5YR2/4 6.67 块状 粉沙黏土 0.87 29.10 68.31 49.38
    B 51 ~ 160 7.5YR5/6 5.59 块状 黏土 1.19 6.90 63.25 47.56
    15 A 0 ~ 17 10YR4/4 6.58 粒状 粉沙质黏壤土 1.00 21.60 33.82 23.12
    AB 17 ~ 48 5YR4/2 6.60 块状 粉沙质黏壤土 0.99 12.90 31.95 22.85
    B1 48 ~ 80 7.5YR4/4 6.76 团粒状 粉沙黏土 1.34 10.60 23.30 17.02
    B2 80 ~ 105 7.5YR3/4 6.43 块状 壤黏土 1.49 6.40 21.35 25.36
    16 A 0 ~ 18 7.5YR2/2 6.92 粒状 粉沙黏土 1.00 35.20 38.71 29.16
    B 18 ~ 52 7.5YR4/4 7.24 团粒状 粉沙黏土 1.10 17.90 25.77 21.44
    C 52 ~ 90 7.5YR5/6 7.36 块状 黏土 1.47 16.40 24.65 20.39
    17 A 0 ~ 10 10YR3/3 5.68 粒状 壤黏土 1.00 18.30 30.28 30.75
    B1 10 ~ 36 10YR5/8 5.84 团粒状 黏土 1.18 5.00 18.67 28.47
    B2 36 ~ 106 10YR5/8 6.01 块状 黏土 1.19 2.90 10.68 28.32
    18 A 0 ~ 30 7.5YR4/6 6.19 粒状 壤黏土 1.00 53.90 25.68 28.31
    B 30 ~ 110 5YR4/4 7.03 团粒 壤黏土 0.95 11.70 22.17 23.00
    C 110 ~ 140 5YR5/8 7.00 块状 重黏土 1.59 5.30 18.36 16.35
    19 A 0 ~ 20 7.5YR4/4 6.55 粒状 粉沙质黏壤土 1.00 13.10 26.41 14.50
    B 20 ~ 61 5YR5/6 6.80 团粒 壤黏土 1.09 5.30 19.19 11.22
    C 61 ~ 100 5YR5/8 7.03 块状 黏土 0.48 3.70 18.56 12.36
    20 A 0 ~ 30 7.5YR3/4 6.88 粒状 粉沙黏土 1.00 16.90 33.40 24.20
    B 30 ~ 66 10YR5/8 6.91 块状 黏土 1.24 5.70 19.13 14.03
    C 66 ~ 160 5YR5/8 7.64 块状 重黏土 1.73 6.20 16.35 12.58
    21 A 0 ~ 16 7.5YR3/4 6.87 粒状 黏土 1.00 25.20 32.66 19.56
    B 16 ~ 60 5YR5/8 6.72 块状 黏土 1.08 6.50 13.51 8.61
    C 60 ~ 110 7.5YR5/6 6.96 块状 黏土 1.04 4.90 12.36 7.69
    22 A 0 ~ 20 7.5YR2/2 6.97 粒状 黏土 1.00 28.30 41.38 30.31
    B 20 ~ 80 5YR4/6 7.19 块状 重黏土 1.27 7.30 40.32 28.56
    23 A 0 ~ 22 10YR3/3 7.92 团粒状 壤黏土 1.00 18.70 108.02 95.78
    B 22 ~ 50 5YR5/8 8.77 块状 黏土 1.73 7.70 52.22 45.87
    24 A 0 ~ 10 7.5YR2/2 6.67 粒状 壤黏土 1.00 127.30 92.26 65.48
    AB 10 ~ 30 10YR4/3 7.13 团粒状 粉沙黏土 1.10 25.40 39.26 32.72
    B 30 ~ 55 10YR5/8 7.52 块状 黏土 1.34 9.30 38.36 30.21
    25 A 0 ~ 3 7.5YR3/3 7.62 粒状 黏壤土 1.00 64.30 28.56 136.10
    B1 3 ~ 20 5YR2/4 7.76 块状 壤黏土 1.41 18.30 25.69 76.01
    B2 20 ~ 65 5YR4/6 7.89 块状 粉沙黏土 1.75 6.80 22.36 46.35
    26 A 0 ~ 7 7.5YR2/2 7.47 粒状 黏壤土 1.00 36.90 21.36 35.45
    B 7 ~ 29 7.5YR4/4 7.77 块状 壤黏土 1.31 10.20 19.36 29.36
    C 29 ~ 80 10YR5/8 6.84 块状 粉沙黏土 1.53 6.00 18.56 25.46
    27 A 0 ~ 32 5YR3/2 7.04 粒状 黏土 1.00 45.70 55.22 47.79
    B 32 ~ 47 5YR5/4 7.14 粒状 黏土 1.32 24.80 29.28 21.06
    C 47 ~ 110 2.5YR5/6 7.40 块状 黏土 1.62 16.70 28.52 2.04
    28 A 0 ~ 36 7.5YR2/2 7.03 粒状 粉沙黏土 1.00 75.60 99.25 77.82
    B 36 ~ 79 5YR2/4 7.52 块状 黏土 1.41 33.30 49.57 38.66
    C 79 ~ 110 5YR4/6 7.93 块状 黏土 1.61 21.40 36.58 35.29
    29 A 0 ~ 10 7.5YR3/3 6.05 粒状 黏土 1.00 59.60 37.14 25.18
    B 10 ~ 30 5YR4/6 6.59 块状 黏土 1.33 10.80 16.98 10.15
    C1 30 ~ 90 5YR5/8 6.10 块状 黏土 1.39 6.40 16.69 9.35
    C2 90 ~ 170 10YR7/6 6.72 块状 黏土 1.48 5.50 14.25 6.85
    30 A 0 ~ 8 7.5YR2/2 6.43 粒状 黏土 1.00 83.80 45.36 31.43
    AB 8 ~ 20 5YR4/2 6.49 块状 黏土 0.96 54.70 43.87 28.02
    B 20 ~ 70 5YR5/8 6.96 块状 黏土 1.05 13.30 42.38 21.39
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    表  3  供试剖面的土壤发生学类型和系统分类类型

    Table  3.   Soil types of genetic and taxonomic diagnostic layers

    剖面号
    Profile No.
    中国土壤系统分类
    Chinese soil taxonomy
    中国土壤发生学分类
    Chinese soil genetic classification
    诊断层
    Diagnostic horizon
    诊断特性
    Diagnostic characteristic
    系统分类土类
    Group
    发生学亚类
    Subgroup
    暗沃表层
    Mollic
    epipedon
    淡薄表层
    Ochric
    epipedon
    黏化层
    Argic
    layer
    雏形层
    Cambic
    horizon
    低活性富铁层
    LAC-ferric
    horizon
    碳酸盐岩岩性特性
    L. C. of
    carbonate rock
    铁质特性
    Ferric
    property
    水分状况
    Soil
    moisture
    1 湿润 钙质湿润雏形土 棕色石灰土
    2 湿润 钙质湿润淋溶土
    3 湿润 钙质湿润雏形土
    4 湿润 钙质湿润淋溶土
    5 湿润 钙质湿润淋溶土
    6 湿润 钙质湿润淋溶土
    7 湿润 钙质湿润淋溶土
    8 湿润 钙质湿润淋溶土
    9 湿润 钙质湿润淋溶土
    10 湿润 钙质湿润淋溶土
    11 湿润 钙质湿润淋溶土
    12 湿润 钙质湿润淋溶土
    13 湿润 铁质湿润淋溶土
    14 湿润 铁质湿润淋溶土
    15 常湿 简育常湿淋溶土 黄色石灰土
    16 常湿 钙质常湿雏形土
    17 常湿 简育常湿淋溶土
    18 常湿 简育常湿富铁土
    19 常湿 钙质常湿富铁土
    20 常湿 钙质常湿淋溶土
    21 常湿 钙质常湿富铁土
    22 常湿 钙质常湿淋溶土
    23 常湿 钙质常湿淋溶土
    24 常湿 钙质常湿雏形土
    25 常湿 钙质常湿淋溶土
    26 常湿 钙质常湿淋溶土
    27 湿润 铁质湿润淋溶土 红色石灰土
    28 湿润 铁质湿润淋溶土
    29 湿润 铁质湿润淋溶土
    30 湿润 钙质湿润富铁土
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    表  4  土壤不同形态氧化铁含量描述性统计结果

    Table  4.   Descriptive statistical results of iron oxides of various forms

    指标
    Item
    范围(g kg−1
    Range
    平均值(g kg−1
    Average value
    标准差(g kg−1
    Standard deviation
    变异系数
    Coefficient of variation
    偏度
    Skewness
    峰度
    Kurtosis
    游离氧化铁 26.62 ~ 75.99 47.81 14.40 0.30 0.29 −1.17
    非晶质氧化铁 3.74 ~ 21.62 8.21 4.32 0.53 1.31 1.61
    络合态氧化铁 0.30 ~ 8.11 2.40 2.30 0.96 1.19 0.30
    晶质态氧化铁 1.80 ~ 10.33 6.67 2.16 0.32 −0.29 −0.48
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    表  5  土壤风化度指标描述性统计结果

    Table  5.   Descriptive statistical results of weathering indices

    指标
    Item
    范围(%)
    Range
    平均值(%)
    Average value
    标准差(%)
    Standard deviation
    变异系数
    Coefficient of variation
    偏度
    Skewness
    峰度
    Kurtosis
    游离度 47.60 ~ 76.49 60.91 7.26 0.12 0.22 −0.35
    活化度 9.68 ~ 55.44 17.47 9.21 0.53 2.82 9.82
    络合度 0.45 ~ 20.79 5.33 5.16 0.97 1.46 1.60
    晶化度 0.45 ~ 0.90 0.83 0.09 0.11 −2.82 9.82
    晶胶率 0.80 ~ 9.33 5.67 2.16 0.38 −0.28 −0.48
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-09
  • 修回日期:  2021-01-26
  • 刊出日期:  2021-06-04

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