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| 灰化土 | |
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灰化土，寒溫帶針葉林 植被下發育的土壤。廣泛分布於歐亞大陸北部和北美洲的北部，東西呈連續帶狀，南半球僅見于山地垂直帶中。約占地球陸地面積的9%。在中國，主要分布於大興安嶺北端和青藏高原 邊緣山地。[1]
在冷濕針葉林下，土壤終年處於濕潤狀態，從而創造了還原淋溶的條件;以真菌為主體的微生物分解林下凋落物，產生以富里酸占優勢的大量有機酸，而又得不到中和，使土壤溶液保持酸性至強酸性。在強酸性條件下，有機酸使土體發生螯合淋溶和澱積作用，形成灰化土。
基本信息
中文名 灰化土 [2]
詞語釋義 寒溫帶針葉林植被下發育的土壤
分布地區 歐亞大陸北部和北美洲的北部
面積比例 約占地球陸地面積的9%
氣候特點 冬長而寒冷
酸鹼程度 酸性至強酸性
簡介
寒溫帶低溫潮濕氣候和針葉林植被下發育的強酸性、底層有鐵鋁澱積的土壤。中國也稱漂灰土。在歐亞大陸北部和加拿大呈連續帶狀分布，在中國大興安嶺中北部和青藏高原東南邊緣的高山、亞高山垂直地帶有小面積分布。在冷濕的針葉林下，土壤上層具有深厚的枯枝落葉層(01)和半分解的枯枝落葉層(02)。
凋落物分解形成的強酸性有機酸，破壞了硅酸鹽，使之以腐殖質、鐵鋁氧化物狀態向下淋溶澱積，形成灰白色、氧化硅相對富集的灰化層(A8sub>2)。在地表常有滯水，土壤處於濕潤狀態時，又伴有嫌氣還原，亞鐵淋溶，出現離鐵現象，灰白色土層中具有銹色斑紋。其下有暗色腐殖質澱積層(Bh)和鐵鋁氧化物澱積層(Bir)。
灰化土具有質地上粗下粘特徵，呈強酸性反應(pH4.0~5.5)，鹽基飽和度低，剖面分異明顯的基本特徵。若A2層更加灰白，底層(B層)鐵鋁、腐殖質結合成盤狀，稱灰壤。美國土壤系統分類中稱之為灰土。灰化土分布區是中國重要的林木生產基地，那裡氣候冷濕，土層淺薄，肥力較低，不宜大面積農用，局部墾殖可栽種春麥、馬鈴薯。 灰化土亦為灰化土大類下的一個亞類名。
灰化土可分灰化土、棕色灰化土、潛育灰化土三個亞類(據中國科學家劃定的分類方法)。其中灰化土亞類灰化程度較強，剖面構型為0-AH-E-Bsh-C型，剖面中有明顯而較連續的灰白色灰化層，並有明顯的鐵、鋁澱積層，腐殖質亦有一定澱積。分布於海拔較高或緯度較高的地區。
地理分布
灰化土廣泛分布在北半球的北部，在歐亞大陸北部和北美洲北部，呈緯向綿延展布，其中包括歐洲的挪威、瑞典、芬蘭、波蘭和前蘇聯歐洲部分，亞洲的西伯利亞，北美的加拿大和美國中北部都有分布。
在南半球由於相應的緯度地帶為水域所占據，缺乏廣闊的灰化土發育地區，因而沒有灰化土分布，據統計，本類土壤在全世界分布的總面積約1283萬平方公里，占世界陸地總面積的9.3%，此外，世界各地高山地區亦有分布，其面積約900萬平方公里，占世界陸地總面積的6%，前蘇聯境內的灰化土面積最大，占灰化土類面積的50%以上。
中國灰化土面積較小，只在大興安嶺北端與青藏高原某些高山亞高山垂直帶中有所發現。但面積未有很好統計。
成土條件
氣候
灰化土分布在寒溫帶濕潤氣候區，其南界大致與北緯50°線相當，氣候的特點是冬長而寒冷，氣溫的季節變化很大，降雨集中在夏季。歐亞大陸東西部氣候有很大差異，大陸西岸屬常 濕溫暖氣候，年平均溫度在0℃左右;大陸西部較暖，年均溫4-5℃，東部較低，低至-7~-8℃，自西而東遞降;一月平均氣溫，西部-5~-15℃，東部-18~-20℃;7月平均氣溫，北部10~12℃，南部16~20℃。
年降水量自西向東遞減，西部沿海1000毫米以上，中部300~600毫米，東部300~400毫米，東北部最少為200~300毫米。在北美洲灰化土分布區內，1月平均氣溫在-20℃以下，7月平均氣溫16~18℃，年降水量西部和北部為250~500毫米，東部可達500~1000毫米。在中國灰化土分布區，年平均溫度-1~-5℃，1月均溫-30℃，絕對低溫-50℃，≥10℃積溫為1500~1700℃，年降水量400~500毫米，乾燥度<1.0，凍層深度2-3米。
寒溫帶雖然降水量不多，但低溫冬凍，積雪很厚，大大降低了水分蒸發作用，永凍層廣布，地表水分充足，利於淋溶和潛育作用的進行。
植被
灰化土的植被以針葉林為主，主要樹種如雲杉屬、冷杉屬、松屬、落葉松屬等。在歐亞大陸，西歐的森林成分比較單純，以雲杉和松構成單一的景觀，向東則由西伯利亞松、雲杉、落葉松、矮小的西伯利亞松等替代。在北美針葉林比較複雜。排水良好的地帶有雲杉、冷杉等;排水不良的地帶則有黑冷杉、傑克氏松、落葉松和美洲落葉松為主。
在中國，大興安嶺北端的針葉林區，以杜鵑、落葉松或樟子松為主，西南高山，亞高山地帶則以杜鵑、冷杉及雲杉為主，灰化土南部，闊葉樹種成分增多，構成混交林亞帶。由於灰化土區的土壤凍結期比較長，結凍和解凍時對植物根系的影響，加上在針葉林下光線不充足，致使林下草本植被稀少，地被植物多數是苔蘚、地衣或蕨類等低等植物生長，林下亦常常引起沼澤化現象。
地形，母質
灰化土分布區的地形多為山地和丘陵或平原，一般坡度較平緩，成土母質多為更新世冰川沉積物，還有砂岩、泥岩、粘土以及石灰岩風化物，在中國亦有母質為火山灰的。一般在滲透性強的砂性母質上灰化土發育最快。
成土過程
灰化土最大的特點是具有灰化澱積層，因此其成土過程主要是灰化層形成過程和澱積層形成過程。
灰化層形成過程
在冷濕針葉林下，微生物對有機質的分解緩慢，凋落物層逐年增厚，加之泥炭層發育，其含水量可高出其本身重量的兩倍以上，從而創造了還原淋溶作用的有利條件。針葉林凋落物中含單寧、樹脂、蠟質等較難分解的物質較多，導致半腐解凋落物在地表積累，而這些物質鹽基含量很少。
凋落物分解所形成的有機酸不能完全被鹽基中和，造成很強的酸性環境，適於真菌生活，在真菌為主的微生物作用下，一方面使有機質礦質化，釋放出各種鹽基，同時產生了富里酸，這是灰化澱積過程的主要條件。富里酸的酸性很強，離解度大，親水性強，溶液滲入土體，由於氫離子的代換，使鹽基被代替並淋失。
在低溫潮濕條件下，有機質分解緩慢，釋放的鹽基不足以中和富里酸，游離的氫離子隨着下滲的水分大量進入殘落物層以下的礦質土層中去，從而引起灰化過程的進行，灰化過程大致可分為下列四個階段:
第一階段，碳酸鹽分解淋溶階段氫離子進入礦質土層後，首先與土壤中的碳酸鹽發生作用，引起鈣、鎂等鹽基的分解，形成富里酸鈣和富里酸鎂，隨水淋溶到剖面下層;
第二階段，代換性鹽基分解淋溶階段當碳酸鹽分解淋溶後，富里酸繼續與土壤礦物質中的代換性鹽基相互作用，使鹽基被氫離子代換淋溶，並使粘粒不斷分散和淋溶;
第三階段，鐵、鋁、錳分解淋溶階段在冷濕嫌氣條件下，鐵、錳被還原為Fe++、Mn++並與下滲的腐殖酸形成絡合物而發生淋溶，使紅、黃色的氧化鐵和黑色的氧化錳轉化成Fe++、Mn++淋失後，在腐殖質層之下，土壤顏色逐漸變淺。
由於不斷進行酸性淋溶的結果，表層細顆粒被淋溶造成土壤質地逐漸變粗，在鐵錳不斷還原淋溶的同時，因土壤膠體逐步為氫所飽和，並使高嶺石破壞，形成可溶性的鐵，鋁、硅等富里酸絡合鹽，以膠體溶液或真溶液的狀態下淋，並析出非晶質粉末狀的二氧化硅，形成白色片狀結構或無結構的灰化淋溶層。
澱積層的形成
從灰化層下淋的富里酸鈣、鎂、鐵、錳等鹽類和少部分無機酸的鹽類以及鐵、鋁、硅酸膠體等到了下層，由於酸性溶液受到愈來愈豐富的鹽基的中和而使鹽類澱積，由於上層真菌分解過程中消耗了大量的氧氣及灰化層潮濕狀態造成的不透氣性，在其下土層中氧氣不足，嫌氣微生物的活動以及溶膠物質的凝聚而使澱積下來的各種鹽類形成紅棕色或紅褐色的澱積層，甚至形成鐵磐或粘磐層。在澱積層以下，由於通氣不良，有可能有帶灰白色或灰綠色的潛育層形成。一般情況下，在灰化澱積層形成的同時，還進行着腐殖化過程。
世界上灰化土呈巨大的水平地帶狀分布，南北跨度大，許多高山垂直帶譜中亦有分布，各地區灰化土形成的自然條件的差異亦是很大的。因此，其成土過程中反映出來的土壤性質亦有許多差異。例如，中國大興安嶺北端的灰化土與前蘇聯和北美灰化土有所區別，就是與中國高山地區灰化土亦有差別，大興安嶺北端地處高緯地帶，海拔較低(800米上下).
氣候寒濕，受永凍層頂托，淋溶作用較弱，雖有Bt層，但腐殖質澱積層不發育，而在西南高山地區，海拔高，雨量大，氣候濕冷，土壤粘粒略有下移，但無粘粒澱積，腐殖質淋溶澱積作用強，多形成腐殖質漂灰土。
由於地區性差異，各國的分類指標和土壤的命名上也有所不同，例如，美國土壤分類系統的灰土分類指標中，漂白層和灰化澱積層的全部土層，游離鐵百分數與碳百分數之比小於6，灰化土的陽離子交換量很低，灰化層陽離子交換量美國約7厘摩爾(+)每千克土，前蘇聯0.8-12厘摩爾(+)每千克土。
鹽基飽和度也低，美國約29%，前蘇聯為20-29%，有些層次鹽基飽和度經常小於10%等，這和中國大興安嶺北端的灰化土陽離子交換量高(灰化層為19~22厘摩爾(+)每千克土)鹽基飽和度高(灰化層一般<40%，高山達70~85%)就有很大區別。在命名上，傳統稱為灰化土，而中國則稱為漂灰土(Bleachedpodzolicsoil)，這也反映了各地區灰化土的成因上有某些實質上的差異。
主要性狀
診斷層和診斷特性
美國灰土的特徵是有粗暗色表層，漂白層和灰化澱積層的全部亞層，通常游離鐵百分數與碳百分數之比小於6。灰化澱積層是灰化土的診斷層。
形態特徵
灰化土剖面分異明顯，土體構型為O-Ah-E-Bsh-C型。表層為暗色凋落物層(O);有機質澱積層(Ah);灰白色淋溶層(E)，此層含硅質白色粉末多，薄片狀結構，在森林植被下有些漂白層呈粉紅色，在酸性灌叢下呈灰色;澱積層(Bsh)呈黃棕色，有鐵錳膠膜，有的還有硬磐和鐵磐;剖面中下部多為冰凍風化產物，在30-50厘米處即出現凍層或碎屑狀冰塊。
理化性質
1.表層有機質含量高，可達400克每千克以上，向下銳減。腐殖質組成中以富里酸為主，胡敏酸與富里酸比值低於1.0，在底土層可低於0.3。
2.土壤呈酸性反應，pH常低於5.5或5.0。
3.交換性酸量較高，高者達10厘摩爾(+)每千克土以上，且以灰化層最多，可達15厘摩爾(+)每千克以上，表土層交換性氫占交換性酸量的40-50%以上，而淋溶層和底土層約占10~13%。
4.陽離子交換量低，一般低於12厘摩爾(+)每千克土以下，而中國大興安嶺北端的漂灰土則較高，達19-22厘摩爾(+)每千克。鹽基飽和度低，一般低於29%，而中國灰化土<40%，高山灰化土則達70~85%。
5.整個剖面中各種氧化物均有明顯的流失，尤以Ah和E層最顯著，除了鈣、鎂、硅等大量淋失外，鐵、鋁有明顯的淋溶澱積。
6.粘粒含量從表層向下明顯增高，澱積層粘粒含量有些可為灰化層的兩倍左右，質地有明顯的突變性。粘土礦物沿剖面有明顯的變異。土壤薄片顯微觀察發現:原生礦物如長石、雲母等在風化中遭受凍裂、絹雲母化、鐵質化及水化等，由此導致次生粘土礦質蝕變，形成新的粘土礦物，而粘土礦物沿剖面分布亦有極大的變異，灰化層和表層以蒙脫石與高嶺石為主，而底層則以水雲母、蛭石及綠泥石為主，說明灰化土形成過程中，發生了水雲母→蛭石→蒙脫石→高嶺石、由2∶1型向1∶1型的蝕變過程。此外，灰化土的貯水能力也是有限的，所以對大部分作物來說，灰化土是天然的瘦土。
分類
中國的灰化土，只分出一個正常灰化土亞綱和正常灰化土一個土類，美國土壤系統分類中在灰土綱之下分為潮濕灰土，鐵質灰土，腐殖質灰土和正常灰土四個亞綱，然後再依據診斷層性質與生物氣候帶劃分出土類，如正常灰土亞綱分為薄層鐵磐正常灰土，脆磐正常灰土、冷凍正常灰土、熱帶正常灰土、弱發育正常灰土等土類。現將各種分類歸納為四個亞類:
1.灰化土(Typicpodzolicsoil)相當於美國土壤分類的冷凍正常灰土(Cryorthods)，聯合國土壤分類中的典型灰壤(Orthicpodzols)、不飽和灰化淋溶土(Dystricpodzoluvisols)。具有灰化土的典型特徵。
2.生草灰化土(Podzoluvisols)相當於美國分類的冷凍腐殖質灰土(Cryohumod)，聯合國分類的腐殖質灰壤(Humicpodzols)、飽和灰化淋溶土(Eutricpodzoluvisols)。分布在森林變稀疏、草本植物發展的地帶。其特點是在50厘米深度內缺水，土壤有機質含量增加，胡敏酸加多，代換量較大，鹽基飽和度提高，酸性降低。
3.潛育灰化土(Glegicpodzolicsoil)相當於美國分類的部分冷凍潮濕灰土(Crya-quods)，聯合國分類的潛育灰壤(Glegicpodzols)。土壤上層出現潛育化特徵，在灰化澱積層中或在其上缺少薄鐵磐。剖面呈O-Ah-Eg-Bgs-Cg型。
4.棕色灰化土相當於正常灰土亞綱的部分正常灰土(Orthod)，聯合國分類的弱發育灰壤(Leplicpodzols)。灰化過程較弱，剖面構型為O-Ah-E-Bs-C型，無明顯灰白色層次，呈淺棕色，鐵鋁澱積較明顯，腐殖質的澱積不明顯，分布於海拔與緯度稍低的地區。
利用與改良
世界上灰化土分布區大多為天然林地，作為森林、牧地、乾草地(haylend)和種植農作物，而中國灰化土分布區是中國重要林業生產基地之一。在森林採伐時，應儘量減少土被的破壞，以免引起水土流失和降低土壤肥力。由於氣候冷濕，土層淺薄，強酸性，結構差，植物養分缺乏，肥力低，一般不宜於大面積農用。