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美国土壤系统分类

/Soil Taxonomy/
条目作者王秋兵

王秋兵

最后更新 2023-09-05
浏览 335
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由美国土壤学家主导建立和应用的以诊断层和诊断特性为基础的土壤系统分类。此分类系统在国际土壤学界具有广泛而深刻的影响,是世界土壤分类的主要流派之一。

英文名称
Soil Taxonomy
所属学科
农业资源与环境

20世纪20~50年代,美国采用的土壤分类系统,受苏联土壤发生学分类思想的影响。虽然经过多次修改(1935,1938,1949),土壤发生学分类的多种缺陷(见土壤发生分类)逐步显现。

同时,美国随着土壤调查范围的不断扩大,土壤调查成果应用领域也从传统的植物生产扩展到工程应用等多个领域。土系的定义越来越定量化,并且越分越细,造成土系数量激增,至1951年全国被承认的土系就有5500多个。如此巨量的土系不能很好地按顺序归并到一个总分类系统的各个连续的高级分类单元中去。

另一方面,土系的分类在人们头脑中根深蒂固,要全盘地改变土系的概念不但不稳妥,也不会被接受。美国基于土系的土壤分类不仅受从事土壤调查人们,也受使用土系的人们的维护。在当时,出售农场的广告、公路设计土地课税、土壤养分速测结果说明中,都采用土系的名称。土系是经过考验的,且被认为是有用的。但是,其数量之大令人无法处理。这是土壤调查组在1951年所面临的难题。

基于形成背景,土壤调查组决定放弃土壤发生学分类,建立全新的土壤分类系统。1951年,美国农业部土壤保持局以G.D.史密斯为首的土壤科学家着手研究建立基于土壤本身属性的、定量化的、全新的土壤分类系统。到1975年《土壤系统分类》(第一版)正式发表,经历了四个阶段:

为建立新的土壤分类系统,从1951年开始首先制定了统一的调查规范——《土壤系统分类》(Soil Survey Staff),总结了美国近半个世纪以来在土壤调查分类方面的经验教训及存在问题,之后进行了多次的草案讨论与修改,到1959年先后共提出了六个土壤分类草案。此阶段的主要做法:①坚持将土系作为最重要的基层分类单元。②调整分类逻辑,确定了以土壤性质作为划分土壤类别的分类思想。他们认为,土壤特性是由土壤成土过程产生的,它比成土过程更容易定量化。史密斯认为土壤发生对土壤分类很重要,但土壤发生本身不能用来定义土壤分类单元;成土因子并不会出现在分类单元定义中,而是隐藏在分类单元背后。③灵活采用综合归纳法尝试将土系按根据土壤性质确定的新土纲定义进行归并,建立从土系到土纲完整的土壤分类草案,逐步完善土壤分类等级和类别设置。④发展中心概念(或模式概念),明确边界定义。在各级分类单元的设置过程中,如果发现上一级土壤分类单元的定义与一般土系界限不一致而使土系产生全盘分裂时,就试图修改上一级定义,以适合土系界限。当然,对土系做些细小的改变也是难免的。⑤实践检验。通过讨论制定的每一个草案,都要在美国进行试验,把已建立的土系根据所提出的分类定义放到高级分类单元的具体类别中。美国希望所建立的土壤分类系统不但在美国国内对传播农业生产经验有用,而且有利于把其他国家的农业生产经验引入美国。于是,美国土壤学家还把制定的土壤分类草案应用到欧洲以及其他国家和地区进行田间试验和实践检验,并邀请许多国家的土壤学家对土壤分类草案进行讨论。

经过多次讨论、试验、修改之后,1960年在美国威斯康星大学麦迪逊分校举行的第七届国际土壤学大会上,美国以农业部土壤调查组的名义公布了第七次分类草案。此次草案带有若干革新,主要体现在如下几点:①除发生层性质外,增添使用整个土壤的特性。土壤湿度和土壤温度就是一例。②不把水成土单独划为个土纲,而根据它们在排水后所固有的特性,把它们划分到各个不同土纲中。③引用划分具体类型的标准,以连接土系和土类,解决脱节问题。④具体类型的定义既能应用于耕种土壤,又能应用于未经人为搅动的土壤。目的是尽可能地把耕种的和侵蚀的土壤与其自然土壤放在一起。此在土系的分类中做了实践,但对土系和土类的描述是集中在未受扰动的土壤剖面上。⑤完全放弃使用根据A、B、C发生层命名的分类,而应用了诊断层和诊断特性的名称。⑥引用单个体作为采样单位,以便于对具有间断(指水平方向)发生层的土壤进行分类。着重把根据剖面的分类改为按照聚合土体的三维客体的分类,从而明确了土壤分类的对象。⑦引用了新的术语,使用希腊文和拉丁文字根创造新的名称。诊断层和诊断特征的名称具有与由它所诊断的土纲的名称相同的字根,如Oxic horizon与Oxisols中的“Oxi”、Spodic horizon与Spodosols中“Spod”及Mollic epipedon与Mollisols中“Molli”等等。

此方案公布后,在世界土壤学家中引起强烈反响,既有高度评价,也有尖锐的批评。之后,参与制定新分类草案的主要土壤学家们相继发表多篇文章,对新分类系统的原则、目的、理论基础和逻辑方法等进行解释说明。在草案公布之后,继续对土系界限继续进行试验,使土系的定义愈来愈定量化,同时在命名上也做了许多修改。土壤调查组1964年发表了一个补充说明,罗列了所有已取得一致意见的更改,并决定从1965年起正式使用此分类系统,作为当时美国官方正式的土壤分类系统。通过实际应用,对土系规定进行更严格的试验和解释说明,在定义上做了补充修改。

至1970年,美国农业部土壤保持局土壤调查组正式编成《土壤分类学》一书,为适应新确立的土系,进行了一些小修改。1975年正式出版发行。

在1976~1999年,相继成立了低活性黏粒土壤、氧化土、土壤水分与温度状况、火山灰土、干旱土、变性土、潮湿水分状况、灰土、土族、人为土、永冻土等11个国际委员会,邀请各国专家定期举行会议,不断改进。其研究成果集中反映在不定期出版的《土壤系统分类检索》(Keys to Soil Taxonomy)中,此书的第一版于1983年出版,之后两三年更新一次,到1998年出版到第八版。美国农业部总结多年的研究成果,于1999年更新出版了《土壤系统分类》(第二版)(Soil Survey Staff,1999)。之后继续组织专家修订完善,截至2019年《土壤系统分类检索》已出版到第12版(2014),此书吸纳了1999年《土壤系统分类》第2版出版以来所有的已被确认的修改内容。

美国土壤系统分类是一个六等级的多级土壤分类系统。从最高分类等级到最低分类等级依次是土纲、亚纲、土类、亚类、土族和土系。前四级为高级分类单元,后两级为低级分类单元。各分类等级的划分原则和划分依据为:

土纲。系统中最高级别分类单元。根据主要诊断层或诊断特征的存在与否来确定《土壤系统分类》(第二版)中共有12个土纲。

亚纲。反映控制现代成土过程的成土因素,一般依据土壤水分状况划分。

土类。综合反映在成土条件(包括古成土条件)作用下成土过程的综合作用结果,根据诊断层的种类、排列和发育程度以及其他诊断特征划分。

亚类。反映次要的或附加的成土过程的结果。因此,亚类根据对土类来说不是主要的,但对其他土类或亚纲或土纲来说是重要的土壤性质划分。亚类的划分一般有三种情况,即典型亚类,与土类中心概念一致;过渡亚类,向其他土纲或亚纲或土类过渡的亚类;其他亚类,所具有的某些性质既非土类的典型特征,又非向任何其他土壤过渡的中间特征。

土族。在一个亚类中由具有相似的物理性质和矿物学组成的土壤归并而成。主要根据剖面控制层段内的颗粒大小级别(与质地分级不同)、矿物学特性、土壤温度状况等性质划分。

土系。土壤系统分类最基层的分类单元。具有相同土层排列顺序和区分特性的一组土壤。土系的划分依据主要是在土族和土族以上各级分类中还未使用过的土壤性质,这些性质与土壤利用的关系更为密切。

美国《土壤系统分类》的土壤分类单元的命名采用的是一种连续命名法。即以拉丁文及希腊文词根连续拼缀,土纲名称的词根前累加形容词或副词,分别依次构成亚纲、土类、亚类、土族的名称。此种连续命名法最好地体现了分异特性逐级累积的分类逻辑。因为每一个形容词都赋予了一定的意义,所以从名称上不但可以知道该分类单元的分类等级,而且可以由名称联想到它上属的分类单元以及各级分类所使用的分类性质。如loamy、mixed、mesic、typic paleustalf(粉砂黏壤质的、混合矿物的、中温的,典型的强发育半干润淋溶土)。其中Alf取自土纲名称Alfisols(淋溶),作为土纲词根,ust表明该亚纲的土壤水分状况是半干润的(ustic),pale表示该土壤的黏化层发育程度高、深厚;typic表示亚类是典型亚类,loamy、mixed和mesic则分别表明土族所用的分类标准中颗粒大小级别是壤质的,矿物学类别是混合型的,土壤温度状况是中温性的。土系的名称用首先发现它的地方命名(如miami loam,迈阿密壤土土系)。

美国《土壤系统分类》为谱系式分类。共分土纲(order)、亚纲(suborder)、土类(great soil group)、亚类(subgroup)、土族(family)和土系(series)等分类级别。其中最高一级共分12个土纲,土纲名称由土壤诊断层的基本名词构成,这些名称均系新创,但都有其一定的来源和含义。在实际分类时,根据土壤的检索系统找到其在分类中的位置,首先把待查土壤按顺序找到其在分类中的土纲,然后再依次往下检索土纲内,根据其性质决定其所属的亚纲,按同样的方法检索土类、亚类。在命名上,土纲由一个表示土壤诊断层的基本名词构成。在土纲字根的基础上,依次拼接不同含义的字根,构成续分的各级单元的土壤名称;因此,从一个土壤名称所含的字根即可明了此土壤的主要性状。例如,聚铁网纹腐殖质老成土[注]即指老成土纲中,富含有机质,下有聚铁网纹体诊断特性的一个土类。

美国《土壤系统分类》采用谱系式分类,即根据土壤的发生演变、亲属关系进行分类。为便于应用,土壤系统分类还采取排除分类法设计一个检索系统,避免了由于土壤具有多种诊断层或诊断特征时不好确定土壤的分类地位问题。如冻土是第一个检索出的土纲,只要土壤剖面一定深度内有永冻层,无论它还有什么其他诊断层或诊断特性,都先把它分类为冻土。有机土是第二个检索出的土纲。只要一个土壤具有有机土壤物质,而且该有机土壤物质的累积达到一定厚度,无论它还有什么其他诊断层或诊断特性,都先把它分类为有机土纲,它所具有的其他诊断层或诊断特征放在土纲以下分类等级中作为分类依据,当然有机土不能具有冻土所要求的永冻层。以下依次按此种排除法检索出灰化土火山灰土、氧化土、变性土干旱土、老成土、软土、淋溶土、始成土、新成土。新成土是最后一个检索出来的土纲,它不具有上述其他11个土纲定义中所具有的诊断层或诊断特性。土纲以下的亚纲、土类、亚类都是采取检索排除分类法,确定某一具体土壤的类别。

①引用了单个土体和集合土体的概念,明确了土壤分类对象——土壤个体。②土壤系统分类以土壤发生学理论为基础,强调以土壤本身属性(土壤发生的结果)为依据确定土壤类型,而非过去强调的土壤形成环境。③建立了有一系列定量说明的土壤诊断层和诊断特性,根据土壤是否具有特定的诊断层和诊断特性来确定土壤类型,明确了土壤类型之间的边界定义,使土壤分类走向定量化。④按照严密的分类逻辑,建立了一个多级(六级)土壤分类系统,从最高分类等级到最低分类等级依次是:土纲、亚纲、土类、亚类、土族和土系。⑤土壤分类单元的命名。在土纲字根基础上,采用拉丁文及希腊文词根拼缀连续命名,依次拼接不同含义的字根、构成续分的各级单元的土壤名称。此种命名方法既有利于土壤分类的国际化交流,也很好地体现了分异特性逐级累积的分类逻辑。从一个类型名称即可了解到此土壤所处的分类等级及其所包含的主要性状。⑥采取排除分类法设计了一个检索系统,既便于应用,也可以避免当土壤具有多种诊断层或诊断特征时不好确定土壤分类地位的问题。

美国土壤系统分类的形成在世界上引起了强烈的反响,影响着世界上不同的分类学派。土壤系统分类的指导思想和分类标准已逐步被国际土壤学界所接受,成为当今世界土壤分类的主流分类体系。许多国家直接采用美国系统分类,一些国家在应用本国分类的同时应用美国系统分类,还有一些国家从自己本国实际出发以诊断层和诊断特性为基础建立土壤分类,如加拿大、英国、法国、罗马尼亚、澳大利亚、日本等国。即使像俄罗斯那样传统的土壤发生分类的国家,也开始转变观念,尝试定量分类,抛弃了以前纯地理发生分类中以地带划分的土类和以亚带划分的亚类以及类似景观分类的名称。美国土壤系统分类中多数诊断层和诊断特性已体现在国际土壤科学联合会(IUSS)和联合国粮食及农业组织(FAO)制定的世界土壤资源参比基础(WRB)中。在美国和国际上土壤分类的大趋势推动下,中国自1985年起开始研究土壤系统分类,经过多次修改后,于2001年建立了中国土壤系统分类。

  • 中国科学院南京土壤研究所土壤地理研究室.国际土壤分类述评.北京:科学出版社,1988.
  • STAFF S S.Soil taxonomy, a basic of soil classification for making and interpreting soil survey.Washington DC:Agriculture Handbook No. 436,1975.
  • SOIL  S S.Keys to Soil Taxonomy.12th ed.Washington, DC:USDA-Natural Resources Conservation Service,2014.
  • SOIL S S. Soil taxonomy: a basic system of soil classification for making and interpreting soil surveys.2nd ed.Washington, DC:USDA/NRCS, Agriculture Handbook No. 436,1999.

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