土壤形态学是土壤学研究的起点^[1]，土壤的形态主要包括颜色、质地、结构、孔隙度等。根据对土壤形态的描述，就能对土壤成土过程进行推断^[1]，了解土壤的基本性质。土壤剖面描述是土壤形态学的基础，土壤剖面的地理位置、立地条件、理化性质、养分分布、发生层次划分及每一发生层的形态描述是保证土壤类型划分、土壤资源调查及土壤健康状况评价工作顺利开展的重要前提。

我国建国以来开展过两次全国性的土壤普查工作，其中第二次土壤普查至今已 40 多年，40 年间，研究者们针对土壤剖面性状及养分分布情况的研究也未曾间断。研究发现，土壤氮、磷、钾养分含量在潮土、红壤中随土层深度的增加呈逐渐降低的趋势^[2-5]，pH 呈逐渐升高最终稳定的变化趋势，而土壤有机碳含量则随着深度增加而逐渐降低^[2，6-8]。李思聪等^[9]和李华芝等^[10]分别针对刺五加和黄芪种植土壤剖面不同发生层次进行了划分和描述，李建维等^[11]针对吉林西部典型风沙土进行了剖面划分描述研究。

松嫩平原位于大、小兴安岭与长白山脉及松辽分水岭之间，主要由松花江和嫩江冲积而成，是我国重要的粮食生产基地，也是中国东北黑土区的重要组成区域。松嫩平原由于其地势及气候特征，土壤发生过程复杂多变，使土壤类型多种多样。目前针对松嫩平原南部黑土区土壤剖面资源的调查较为缺乏，数据集仍以第二次土壤普查为主要参考，缺乏近期的剖面描述、养分分布情况调查及相应数据集的建立，无法为目前国家黑土地保护战略及土壤退化的量化评估工作提供数据支撑。因此，本研究以松嫩平原为研究区域，选取 4 种不同类型土壤在垂直和水平两种空间尺度下进行剖面描述及发生层性状研究，对比彼此差异，为黑土地保护战略及土壤资源调查和健康状况评价工作提供理论依据和数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

4种不同类型土壤剖面于 2022 年 11 月 7 日— 11 日采于松嫩平原南部吉林省境内。试验区气候类型为温带大陆性季风气候，年降水量 400～600 mm，年日照时数 2900 h，年均温 5～8℃，无霜期约 150 d。根据《吉林土种志》^[12]信息，选取不同类型土壤区进行剖面挖掘，每个剖面观察面宽度为 1.2 m，深度为 1.2～1.5 m，长度为 2 m，利用尼康 （Nikon）Z5 微单相机采集影像资料。剖面点基本信息如表1 所示。

1.2 采样、分析与检测方法

剖面土壤样品采集采用由下层至上层的采集顺序，由于不同土壤类型发生层存在显著差异，为统一并直观表征不同土壤类型间剖面理化性质差异，本研究未按照发生层表述土壤理化性质，而按照等深度进行采样分析，分别在 0～20、20～40、 40～60、60～80、80～100 cm 土层进行采样，由下层至上层依次采样，每个层次取 3 个平行样品（每个采样点横向间隔 30 cm 以上），4 种土壤类型，5 个层次，共计 60 份土壤样品。土壤样品利用自封袋包装，带回实验室后自然风干，去除石块、草根等杂物后，过 1 和 0.25 mm 筛以供后期理化性质测定。

土壤容重采用环刀法测定，采样顺序为由深层至表层：针对表层（A 层），垂直于观察面，纵向打入环刀；针对表层以下的其他层次，垂直观察面，横向打入环刀。pH 以水土比 2.5∶1，用 pH 计测定；土壤全氮采用凯氏蒸馏法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用钼锑抗比色法测定；速效钾采用火焰光度法^[13]测定；土壤颜色利用 Munsell 比色卡（Munsell Soil Color Book PN： M50215B）进行比对测定；机械组成采用 Kettler 提出的快速测定法^[14]测定；土壤有机碳利用重铬酸钾外加热法测定。土壤发生层的划分主要依据土壤颜色、结构、质地、紧实度和新生体等特征进行划分。

1.3 数据计算与统计分析

利用 Excel 2010 对数据进行录入及处理计算，利用 SPSS 19.0 进行差异显著性分析，利用 Origin 9.0 进行组图工作。

2 结果与分析

2.1 土壤剖面质地变化

土壤质地分析结果发现，4 种不同土壤中，除风沙土外，土壤质地由表层至深层呈现由“重” 变“轻”的趋势（表2）。HGT、HHT、BHT 中砂粒含量随土层深度的增加分别升高了 21%、125%、 122%。其中 HGT 质地由黏壤土变为砂质黏壤土。

2.2 土壤剖面性状描述

在野外剖面调查及采样过程中，对土壤剖面进行自然发生层划分及表观描述（图1，表3）。结果发现，厚层黑土（HHT）的发育程度最高，风沙土各个土层的发育程度较弱。从土壤颜色变化来看，随土层深度增加，土壤颜色逐渐变浅。不同土壤类型之间土体颜色由深至浅分别为 HHT、BHT、 HGT、FST。另外，土壤在湿润状态下与干燥状态相比颜色较深（表3）。黑钙土剖面除表层 Ap1h 外，其他土层均有盐酸反应。

注：土壤质地根据国际制土壤质地分类三角坐标法进行分类^[15]。

2.3 土壤剖面理化性质及养分分布

土壤理化性质及养分在土壤剖面中的变化具有显著的规律性（图2）。其中，土壤 pH 随土层深度增加呈逐渐升高的趋势，4 种土壤 0～20 cm 土层土壤 pH 由低到高分别为 FST（4.8）<HGT（5.2）<BHT（5.9）<HHT（6.1），随深度增加，pH 逐渐升高， 80～100 cm 土层土壤 pH 分别升高至 7.6、7.5、7.2、 8.4，分别提高了 58%、44%、22%、37%。HHT 土体 pH 显著高于其他类型土壤（P<0.05）。HHT、 BHT、HGT 和 FST 表层（0～20 cm）有机碳含量分别为 26.3、21.6、18.4 和 18.6 g·kg^-1，随土层深度增加分别逐渐降低至 15.4、15.8、14.4 和 14.2 g·kg^-1，降低幅度分别为 41%、26%、21%、23%。HHT 中 0～60 cm 土层的有机碳含量显著高于其他类型土壤 （P<0.05）。4 种土壤类型中，容重随土层深度增加呈先升高后降低的变化趋势，20～40 cm 土层容重显著高于其他土层（P<0.05），与 0～20 cm 土层相比，容重提高 16.1%～51.2%。在养分含量方面，土壤碱解氮、有效磷、速效钾随土层深度增加均呈显著下降的趋势，其中碱解氮和速效钾的降低程度分别为 38.1%～68.2% 和 46.3%～98.3%。而有效磷含量自 40 cm 土层后趋近于 0。

3 讨论

土壤是在气候、生物、母质、地形、时间五大成土因素共同作用下形成的，经历了母岩风化碎裂，“岩漆（自养型微生物附着）”、地衣（异养型微生物）、苔藓植物生长的初始成土阶段。由于苔藓类植株体积较大且生长速度较快，一方面可以增加母质（母岩）表层有机质的积累，另一方面还能提高水分固持能力，加快母质（母岩）物理、化学及生物风化过程，增多细土含量，过程往复循环，细土层不断增厚，并在细土层上形成有机质的积累层，为后续的高等植物生长预备条件。因此，土层由下至上砂粒含量逐渐降低，质地变轻（表2），有机质含量增加（图1）。黑土的成土母质多为黄土状堆积物，并且多形成于历史中的凹陷地带，沉积物积累较多，岩石上部以粘土层为主。黑钙土成土母质多为砂质黄土状沉积物，质地相对较轻，并且地形地势与黑土相比较高。因此，黑土的质地与黑钙土相比较轻。风沙土母质多为砂质冲击或沉积物，经风力搬运重新堆积，因此，风沙土剖面整体质地较为均匀，并且砂粒含量居多。

作物根系在土壤表层的积累也是提高土壤有机质含量的主要因素之一，研究发现，作物根系至上而下呈“T”形分布，主要集中在 0～20 cm 土层，与本研究的结果相同（表3）^[2，16]。本研究中风沙土质地由深至浅变化并不显著（表2），主要原因是由于风砂土母质为风积砂，主要由风力搬运过程形成，成土时间短，因此，质地变化并不显著。长期作物连作和单一的耕作模式使土壤紧实度增加，容重提高，形成犁底层。本研究中，根据不同土层的容重数据可以看出，犁底层集中分布于 20～40 cm 土层（图2）。

母质矿物风化释放出大量易溶性盐基离子影响土壤 pH。何腾兵等^[17]研究发现，以灰岩、砂页岩、河流冲积物为母质的土壤 pH 为中性至微碱性，以黏土、砂岩、页岩为母质的土壤 pH 为酸性。表层土壤受降水淋溶作用影响较强，易溶性碱性盐基离子随水向深层运移，因此，在垂直空间尺度上，土壤 pH 随深度增加而逐渐升高。而在时间尺度上，根据《吉林土种志》^[12]及《吉林土壤》^[18] 的统计数据，吉林省不同类型黑土、黑钙土和风沙土的 pH 分别为 6～7.6、7～9 和 6～9，而本研究中耕层土壤的 pH 为 4.8～6.1，酸化现象显著，耕层土壤的大量氮素积累是造成土壤酸化的主要原因^[19-20]。土壤养分主要来源于化肥及有机物料的投入，养分进入土壤后伴随淋溶过程向下层土壤移动，移动能力受降水量、土壤物理及化学性质的综合影响。

土壤颜色是鉴定不同土壤发生层的主要依据之一，颜色不同则包含的土壤属性不同。土壤腐殖质是土壤主要的致色物质，另外，铁、锰及其他矿物质均在土壤显色中发挥重要作用^[21-22]。本研究中， 4 种不同类型土壤剖面有机质含量随深度增加逐渐降低，相应的腐殖质含量也随之降低，因此，土壤颜色由上至下逐渐变浅（表3）。另外，彭杰等^[23] 的研究发现，土壤水分含量与土壤的光谱发射系数呈负相关关系，即土壤含水量越高，土壤颜色越暗，这与本研究中剖面颜色干湿变化的结果相同（表3），主要原因是土壤颗粒外围的水膜把土壤反射出来的能量再反射回土壤并被部分吸收的缘故^[23]。

土壤健康指标是指可以反映土壤某种健康属性的指标^[24]。土壤有机质、pH、质地、容重、氮磷钾养分含量均是传统的土壤健康指标^[24]。不同的土壤形成过程使土壤类型不同，也意味着土壤不同的“成长过程”，使“自身体质和健康情况”存在差异。黑土由于其特殊的形成过程，有机质含量较高，因此，其保水、保肥及缓冲能力较强，具有较为良好的“体质和健康状况”。本研究中，黑土（HHT、BHT）有机质含量较高，pH 也同样高于黑钙土（HGT）和风沙土（FST），并且趋于中性。因此，在有机质和 pH 两个土壤健康指标方面，黑土优于黑钙土和风沙土。4 种土壤 20～40 cm 土层容重显著高于其他土层，形成了明显的土壤障碍层，影响土壤健康状况。另外，根据历史演变数据^[18]，本研究中 4 种土壤酸化现象显著，健康状况呈下降趋势。

4 结论

（1）在垂直空间尺度上，表层土壤酸化现象较为显著，随土层深度增加，土壤 pH 逐渐升高，有机质及养分含量逐渐降低，质地逐渐变轻，土壤颜色逐渐变浅，土壤发育程度降低。

（2）在水平空间尺度上，厚层黑土（HHT）土体 pH 及土壤有机碳含量均高于其他类型土壤，土壤颜色较深，土壤较为黏重，发育程度较高。

参考文献