新疆天山北坡土壤变性特征与形成

Vertisols is one of the fourteen soil orders in Chinese soil taxonomic classification system, which contents lots of expansible clay minerals. Soil texture of Vertisols is very clay and this soil shrinks when it is dry and expends when it is wet. Currently, dispute on whether there were Vertisols in Xinjiang exists, while field survey data on soil vertic features in this region are still lacking. In northern Mount Tian area of Xinjiang, Tertiary red clay regolithes are wildly distributed, which could form red clay parent material after deluvial or alluvial process and sedimentation. Soils derived on this parent material are normally quite clay, which might be Vertisols. Considering landscape and geological environment, we plan to survey soils from thirty points with varied soil-forming factors in northern Mount Tian area. Soil profiles should be described in the field and soil vertic features indices, such as coefficient of linear extensibility and clay content, should be analyzed in the lab. Whether the surveyed soils were Vertisols could be checked using Chinese soil taxonomic classification system, US soil taxonomic classification system, and the World Reference Base for soil resources. Furthermore, micro-mechanism of soil vertic features could be studied by soil micro-morphological observation and soil mineralogical composition analysis. Key soil-forming factors determining soil vertic features may be examined by studying environmental factors such as parent material, topography, rainfall, and soil erosion condition. Our results might help to understand soil genesis process in Xinjiang, make some preparations for building a universal soil classification system, and offer a new perspective for desertification treatment in arid region of China.

变性土是中国土壤系统分类划分的14个土纲之一，富含膨胀性黏土矿物，质地黏重、干缩湿胀性强。目前，关于新疆是否分布有变性土尚存争议，对该区域土壤变性特征的野外调查数据也很缺乏。新疆天山北坡一带广泛分布有第三纪红色风化壳经过洪积、冲积后再沉积的次生红土母质，其上发育的土壤质地黏重，其中很可能有变性土。考虑景观和地质环境，在天山北坡不同成土环境下布设30个调查点，通过野外土壤剖面描述和室内分析土壤变性特征指标，如线性膨胀系数、黏粒含量等，按照中国土壤系统分类，美国土壤系统分类和世界土壤资源参比基础，明确调查土壤是否为变性土；同时，使用土壤微形态观察和土壤黏土矿物组成分析的方法，研究土壤变性特征的微观机理；结合母质、地形、降水量、土壤侵蚀状况等环境条件，探讨决定土壤变性特征的关键成土因素。研究结果将有助于理解新疆土壤发生过程，为建立统一土壤分类提供准备，还有望为我国干旱区荒漠化治理提供新的思路。

土壤分类是开展高精度土壤调查与制图，指导不同区域土壤资源管理与持续利用的基础。目前，国际上正在建立统一土壤分类（USC）系统。以USC为导向开展土壤分类与参比是我国土壤学优先发展的研究领域之一。近年来有学者认为新疆分布有变性土，但缺少详细的野外实地调查数据。. 本项目主要研究内容有：首先，在新疆天山北坡一带布设土壤剖面采样点，按照中国土壤系统分类（CST）、美国土壤系统分类（ST）以及世界土壤资源参比基础（WRB）等主要的土壤分类系统检索，探明天山北坡是否分布有变性土；同时，用X射线衍射法分析土壤黏土矿物组成，揭示调查土壤变性特征的微观机制；最后，提出定量土壤变性化程度的指数，并结合调查点的成土环境因素，探讨决定土壤变性化过程的关键因素。. 通过项目实施，取得了如下重要结果：（1）在分析历史资料和野外预考察的基础上，完成了31个土壤剖面的野外调查，发现调查土壤的变性化程度发育较弱，按照CST、ST和WRB等土壤分类系统，不能划分为变性土土纲。（2）调查土壤黏土矿物主要成份为伊蒙混层，蒙皂石含量的平均值为38%。蒙皂石含量可解释35.4%的线胀系数的变异，表明较低的蒙皂石含量是导致本研究调查土壤变性化程度不高的内在原因。（3）对裂隙、滑擦面等描述性指标赋值，提出了土壤变性特征指数。发现土壤变性特征指数与黏粒、降雨量之间均存在极显著的线性相关关系，表明土壤变性特征主要受母质和气候的影响。. 本项目比较了CST、ST和WRB等主要土壤分类系统关于变性土的诊断标准，倡导开展全国大学生土壤判读竞赛，这将有助于建立和推广USC。研究中发现历史土壤数据关于黏粒空间分布的不确定性较高，需要结合遥感和数字土壤制图技术，开展高分辨率黏土空间分布研究，以有针对性地进行区域变性土调查。本研究建议未来在新疆调查变性土时，要重点考虑蒙皂石含量高的成土母质分布区。本项目取得的野外调查基础数据还将应用于《新疆土系志》的编写。