[科普中国]-钙积土

钙积土是指碳酸钙在土壤剖面中明显累积的土壤，包括的土类由黑钙土、栗钙土、棕钙土和黑垆土等。黑钙土相当于美国土壤分类中软土纲的冷冻性冷凉软土（Cryoborolls）、粘淀冷凉软土（Argiborolls）、弱发育冷凉软土（Haploborolls）、粘淀半干润软土（Argiustolls）、弱发育半干润软土（Haplustolls）、动物扰动半干润软土（Vermustolls）等。联合国土壤分类中亦称为黑钙土（Chernozems）。

地理分布钙积土主要分布在温带、暖温带半湿润、半干旱向干旱气候过渡区。在欧亚大陆的温带和暖温带内陆地区，从黑海以西向东延伸越过巴尔喀什湖，略呈东北-西南向的带状分布；在北美，大致位于落基山以东的美国东部大平原的西缘；南美阿根延潘帕斯草原等。在中国，分布于东北西部、内蒙古、新疆、宁夏、甘肃等地。钙积土在全球分布面积约1727.7万平方公里，占世界陆地面积的12.5%，在中国，面积约1142327平方公里，占国土面积的11.90%。1

成土条件气候钙积土分布区的年降水量比较少，降水年变幅大，区域内分布不均匀，季节性干旱明显，干燥度由半湿润区向内陆干旱区增大，例如，中国钙积土分布的温带季风气候区，夏季温暖多雨，冬季严寒少雪，一月均温-16--26℃，土壤冻结期长，冻结层深度为1.3-1.5米，北部可达3米以上；7月均温19-21℃，无霜期110-140天，年均降水量350-450毫米。在半干旱的内陆，东部受东南季风影响，6-8月分降水量占年降水量的三分之二，冬春两季雨雪少，西部的新疆地区，受西风影响，降水均匀，冬季降雪较东部稍多，夏季也较干燥。

钙积土各类型生物气候比较：

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植被随着降水量从半湿润区向干旱区减少，植被亦逐渐稀少，由黑钙土分布区的草甸草原、草原向栗钙土分布区的干草原和棕钙土、灰钙土分布区的荒漠草原逐渐演化。

黑钙土植被以半旱生的针茅和兔毛蒿等草原植物为主，也有草甸草原植物，覆盖度60-70%。

栗钙土上的植被属草原类型，由旱生多年生的草类组成，以丛生禾本科为主，其次为走茎和根茎草类，草原灌木与半灌木也占相当比重。其主要建群种，东部地区以大针茅，阿尔泰针茅与贝加尔针茅为主，次为羊草，糙隐子草与冷蒿等，春生短命植物很少；西部地区以孤茅、长芒针茅为主，次为糙隐子草、冷蒿以及某些春生短命、类短命植物，草层高度为5-30厘米，覆盖度达20-50%。

棕钙土的植被是温带草原向荒漠过渡类型的植被，包括荒漠化草原与草原化荒漠两个类型，均以蒿属和针茅属为主要成分。荒漠化草原的建群种为小针茅和旱生或超旱生的小半灌木。草原化荒漠植被类型中，小禾草成分加大，东部主要为藏锦鸡儿和江沙等小半灌木与小禾草成分参半；西部地区则由无叶假木贼、蒿属、小蓬为主的小半灌木以及东方针茅、齿丝庭荠、四齿荠、囊果苔草等短命、类短命植物组成群丛。在植被生长季相上，东部地区和西部地区与栗钙土类似，不同的是具有大量春生短命与类短命植物。

灰钙土的植被为多年旱生丛生禾草、旱生灌木、小半灌木组成的荒漠草原，其建群种以本氏针茅、短花针茅、戈壁针茅、沙生针茅为主。并有骆驼蓬与耐旱蒿属。在旱生灌木与小灌木中有猫头刺、猪毛菜与麻黄等。

黑垆土天然植被以草原成分为主。农作物以冬春小麦为主。1

地形母质钙积土分布的地形以平原、高原、台地、阶地为主。成土母质以黄土状沉积物为主，但亦有差异，以中国为例：

黑钙土所在地形为平原、河谷阶地和山麓地带，成土母质以黄土状沉积物为主，及各种基岩风化残积物、坡积物。松嫩平原属砂性堆积物。

栗钙土所处地形有剥蚀和侵蚀的高原、丘陵和低山，也有冲积平原和洪积平原，但以平坦地形为主，成土母质有黄土状沉积物、各种岩石风化物、河流冲积物、风沙沉积物、湖积物等。

棕钙土大部分地处平坦的剥蚀地形，如台地、高原、残丘以及山前洪积-冲积平原。母质系以残积物、洪积-冲积物、风成砂为主，也有部分黄土，共同特点是质地较粗，且含碳酸盐。

灰钙土所处地形主要是高原状丘陵、山前阶地与山麓洪积-冲积平原，成土母质以黄土状物质为主。也有洪积-冲积物和各种风化物。

黑垆土所处地形多为侵蚀较轻的黄土塬区、河川台地及盆谷高阶地。在黄土丘陵区则残存在梁、峁顶部和分水鞍及沟掌等处。

成土过程钙积土的成土过程的特点石腐殖质积累过程和钙积过程并存。

腐殖质积累过程钙积土的重要特征之一是它具有暗色表层，是草本植物生根的习性、有机质贮存能力、草类生长以及腐解循环与地区水分状况独特组合的产物。

草原植物在土体内所含有机质的总量及其在整个剖面上的分布都与森林不同，在森林下土壤腐殖质主要来源于地表的凋落物，凋落物的腐质物通过雨水渗透或土壤动物所进行的机械混合，有机物残体渗入剖面。草原植物根部以上的部分，凋落物分解累积的结果，也产生有机质层。但是草本植物根系与树木根系结构大不相同，草根以密集的须根群大量渗入并均匀分布在整个剖面上，据研究，黑钙土分布的草原区，在剖面上部0-15厘米土层内的根量占1米土层总根量的85%，15-25厘米内的根量占5-6%，25厘米以下的根量则下降到1%，草甸黑钙土0-60厘米土层内的有机质贮量每公顷可达127.5-240吨。随着水分的减少，栗钙土、棕钙土和灰钙土的生物累积量虽然比黑钙土低，但植物的地下部分相当发育，一般可超过地上部分的3-8倍，高者可达30倍。根系主要集中于50厘米以上的土层，在20-30厘米以上尤为集中，可占总根量的75%。因此，土壤中的腐殖质积累主要靠草类地下发达的根系和残体的分解。

草本植物另一特点是化学组成中含氮量高，一般占干物质重量的0.5-0.8%，最高可达2.2%。草类形成的腐殖质组成一般以胡敏酸占优势，例如黑钙土的腐殖质组成中胡敏酸与富里酸之比约为2.0，胡敏酸的分子量与芳构化程度较大，大部分胡敏酸与土壤矿物质紧密结合，活性胡敏酸量在25%以下。栗钙土中胡敏酸与富里酸之比可大于1.0，只有棕钙土与灰钙土多小于1.0。

草本植物夏季生长繁茂，由于冬季严寒漫长，土壤冻结，春季解冻，地表潮湿，微生物活动微弱，死亡的有机质得不到充分的分解，年复一年腐殖质积累于土壤中，使土壤表层的颜色越来越变黑，形成明显的暗色表层。由于草类有机质含有丰富的盐基，养分在矿化过程中不断归还土壤，使土壤保持较高的盐基饱和度。

钙积土的腐殖质层的厚度和有机质含量在欧亚大陆中、东部由东向西，自北向南明显变薄，变少。表层的颜色也由暗色层向单色层变化，这与其水分和植物分布的规律基本是一致的。

钙积过程在半湿润和半干旱条件下，由于降水量不足，降水只能淋洗易溶性的氯、硫、钠、钾等盐类，而钙、镁等盐类只部分淋失，部分残留于土中，而硅、铁、铝等基本上未移动。因此，土壤胶体表面和土壤溶液为钙、镁所饱和，钙积过程十分明显。在雨季，表土层水分溶解有二氧化碳气体及大量生物活动产生的二氧化碳和水分子作用，形成碳酸，碳酸解离成H+和重碳酸根阴离子，重碳酸根阴离子与土体中的碳酸钙和植物残体分解释出的钙作用，形成重碳酸钙，另方便碳酸钙在水中溶解，解离成Ca++和碳酸根阴离子，而碳酸根与水分子作用，形成重碳酸根离子和氢氧根离子。

氢氧根离子产生碱性反应，pH10左右。空气中的二氧化碳以及土壤生物作用形成的二氧化碳不断补充使碱性降低，促使碳酸钙不断溶解形成重碳酸根，在为二氧化碳饱和的土壤微区内（如表土层），土壤溶液可达到微酸性反应，并且在有固体碳酸钙存在时，Ca粘粒可能转变成部分的酸粘粒。当重碳酸钙随水分下渗时，由于下层生物活性的降低和因蒸腾作用造成水分减少而是盐类淀积，下渗水分因蒸发作用和蒸腾作用在上升时，很少含有碳酸钙，干湿交替作用结果，钙盐逐渐积累在心土层，其深度与水分到达的深度一致。

石膏与盐分的积累程度，由黑钙土、栗钙土、灰钙土到棕钙土依次增强，黑钙土中除了部分草甸黑钙土有明显的盐渍化现象外，一般黑钙土无石膏与盐分的积累。栗钙土的积累亦较弱，只局部地区出现深位石膏与盐分积累。灰钙土在局部地区的剖面底部出现石膏晶族与盐渍化，棕钙土中石膏与盐渍化特征较为明显，在有些剖面上部即见有石膏晶族与中位盐化，碱化作用则甚为普遍。

主要性状诊断层和诊断特性钙积土最主要的特征是具有饱和暗色表层，剖面中具有钙积层或强石灰性特征，有的还有盐化层、碱化层以至石膏层。

形态特征钙积土具有明显的腐殖质层（Ah）和钙积层（Bk），剖面层次十分明显，土体构型为Ah—Bk—C型。

理化性质钙积土一般具有石灰反应，土壤中易溶盐含量较少，pH8.0以上，土壤交换量和盐基饱和度很高，主要为钙离子所饱和，土壤矿物组成中二氧化硅和三氧化物在土体中无明显移动，粘土矿物以蒙脱石或水云母为主。土壤有机质含量自表层向下逐渐减少，颜色也相应地变淡。1

土壤分类黑钙土黑钙土是钙积土中具有湿态彩度≤1.5或有机质含量≥40克每千克的饱和暗色表层、有腐殖质向下淋溶的舌状物、从地表至100厘米范围内有钙积特征的土壤。

黑钙土具有黑色深厚的腐殖质层（Ah）和舌状腐殖质淋溶层（AhB），厚度约30-50厘米，或50厘米以上，钙积层（Bk）多出现在50-90厘米深度。

黑钙土腐殖质含量20-40克每千克土，有良好的团粒状结构，腐殖质层的阳离子交换量较高，多在30-40厘摩尔（+）每千克土之间，盐基饱和度一般在90%以上，并以钙、镁为主。表层呈中性，向下逐渐变为碱性，剖面下部有石灰假菌丝体和粉状石灰结核。质地多为粉壤土到粘壤土，粉粘粒占30-60%，高者可达70%左右，粘粒含量在10-35%之间，心土层的粘粒含量一般高于表土层和底土层，这种趋势与石灰淋溶淀积情况一致。剖面中硅、铁、铝氧化物移动不明显，但氧化钙和氧化镁的含量向底部有增加的趋势，粘土矿物以蒙脱石为主。

黑钙土分为下列亚类：

1、黑钙土具有黑钙土典型特征。

2、淡黑钙土分布于半干旱区，腐殖质层小于30厘米，全剖面有石灰反应，土壤含石灰50-100克每千克，局部见少量石灰假菌丝体。

3、石灰性黑钙土全剖面有石灰反应，腐殖质层下有明显的钙积层。

4、草甸黑钙土分布在台地缓坡下部或平地，底土有锈斑，全剖面有石灰反应。

5、盐碱化黑钙土与草甸黑钙土不同点是，有季节性盐斑。

栗钙土栗钙土是钙积土中具有湿态彩度>1.5或有机质含量≧20克每千克的饱和暗色表层、无腐殖质舌状物、地表至50厘米范围内有钙积特征的土壤。

栗钙土具有栗色腐殖质层，厚度约20-30厘米，钙积层一般出现在30-50厘米处，呈层状、斑块状、网纹状形态积累，厚度约30-40厘米，底部碱化层（Btn）性状显着。

栗钙土腐殖质含量15-25克每千克土，向下逐步过渡，土壤呈细粒状、团块状或粉末状结构，土壤阳离子交换量一般为10-25厘摩尔（+）每千克土，土壤盐基已饱和，全剖面有石灰反应，pH8.0-8.5左右，剖面中易溶盐类基本淋失，易溶盐含量多低于1克每千克土，石膏含量很低，碱化层交换性钠可达6-22%，土壤质地较轻，多属粉砂土，砂与粉砂共占60-90%，细砂与粗粉砂约占50%左右，粘粒为10-20%，粘粒在剖面中分布的曲线与石灰积累的曲线比较一致，但粘粒的淀积不很明显，粘粒的硅铁铝在剖面中各层间变化不大，变幅为2.5-3.7，粘粒矿物以蒙脱石为主。

栗钙土分为下列亚类：

1.栗钙土具有栗钙土的典型特征。

2.暗栗钙土同黑钙土毗邻，具有厚的棕色表层。腐殖质含量高，为25-35克每千克土，钙积层出现层位低，多在50厘米以下，全剖面pH8.0左右，石灰含量平均为130克每千克土。

3.淡栗钙土向棕钙土过渡，腐殖质层变薄，为20-30厘米，有机质含量小于15克每千克土，石灰积累层层位升高，约30厘米左右，石灰含量约190克每千克土，且形成层盘状，pH8.5左右。

4.草甸栗钙土地势稍低，低土层有锈纹锈斑，有时钙积层不明显，表层有机质含量20-40克每千克土。

5.盐化栗钙土受地下水位影响，土表有积盐现象，含盐量