Comment#6 Characteristics and pedogenesis of podzolic forest soils along a toposequence near a subalpine lake in northern Taiwan
2021/07/15
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這篇很神奇的找不到doi，但網路上可以找到全文公開。
Topic:
Jien, S.H., Wu, S.P., Chen, Z.S., Chen, T.H., and Chiu, C.Y. 2010. Characteristics and pedogenesis of podzolic forest soils along a toposequence near a subalpine lake in northern Taiwan. Botanical Studies, 51(2), 223-236.
https://ejournal.sinica.edu.tw/bbas/content/2010/2/Bot512-11.pdf
前言
本篇開宗明義是研究淋澱化土壤 (podzolic soils)，亦即具有淋澱化作用 (podzolization) 但卻不一定能被分類至淋澱土綱 (Spodosols) 的土壤。淋澱化土壤多因為強烈的風化 (weathering) 及淋洗 (leaching) 作用形成有機-金屬錯合物 (organo-metallic complex)，稱為淋澱化物質 (spodic material)。
在臺灣的高山與亞高山地區可以發現淋澱化土壤的生成，這些地方的細質地母質 (shale, slate) 常會讓淋澱化作用減慢。質地較細的在水份境況為perudic至aquic的地區也會見到生成薄膠層 (placic horizon) 的土壤，薄膠層會阻礙水及根系的穿透，進而造成土壤浸水，使土壤呈還原狀態。
本文利用在具有週期性水位的高山湖泊旁的土壤，研究變動性的地下水位帶來的影響。
採樣地點
採樣地點位於中央山脈上的加羅湖地區 (24°28’26’’ N, 121°28’42’’ E)，土壤母質主要為sandstone, shale及slate，一共有超過18個湖泊分布，在颱風或雨季時期水位上漲，會結合成數個較大的湖泊，其中最大的加羅湖長300 m寬150 m，海拔高度2250-2300 m，年均溫10°C而年雨量為3200 mm，林相為針葉樹林，也含有較低矮的植被，隨海拔高至低逐漸轉變成湖畔的植物。
在此地區沿著海拔高至低採集四個土壤剖面JL-1、JL-2、JL-3及JL-4，除了基本土壤性質與鐵鋁選擇性抽出外，另有水可溶性有機碳 (water soluble organic carbon, WSOC)、fulvic acid (FA)、humic acid (HA) 的萃取。
結果與討論
形態特徵
四個土壤剖面中，JL-1的層序為O-A-AE-Bs1-Bs2-BC，位於summit，是四個剖面中海拔最高的，AE層為massive構造，Bs1有出現氧化還原特徵 (7.5YR 6/8及10YR 7/1 mottle)，代表此地有perched water (滯留於此處的水)。JL-2位於footslope，海拔高度次之，層序為O-A-AE-Bsm-Bs1-Bs2，AE層的顏色 (7.5YR 6/1) 與JL-1一樣顯示浸水還原狀態，此剖面的薄膠層 (Bsm) 滿足了淋澱層所需的顏色標準 (此層顏色為2.5YR 4/6) 但僅具3 mm厚度故不足以歸類為淋澱層。然而，在薄膠層之下的Bs1及Bs2卻發現了氧化還原特徵，一般具備薄膠層的土壤並無法讓水下滲到薄膠層之下，更不用說造成還原現象，因此Bs層的氧化還原特徵較可能是由加羅湖的週期性水位變化造成的，週期性水位變化也可能促進了薄膠層的形成。
JL-3的層序為O-A-BE-Bs-BC，位於相對較低且平坦的toeslope，由於夏季較溫暖，有機質分解較快，其O、A層的厚度較前兩個剖面薄，BE層同樣具有氧化還原特徵 (10YR 6/3與7.5YR 5/6的mottle) 由於此地位於JL-2剖面的坡下，物質可能由JL-2移動至JL-3，也就是可能發生了lateral podzolization (側向的淋澱化作用)，此地同時受到perched water與週期性水位上升的影響。JL-4位於加羅湖畔，層序為O-Bg1-Bg2-Bg3-BC，構造均為massive，在整個剖面中均可發現depletion colour (chroma ≤ 2)，代表有長時間還原導致漂白的現象，這是由於湖水長期使此地土壤保持浸水狀態的原因，JL-4的水分境況應屬於endoaquic。
JL-1至JL-4屬於一toposequence，從summit的JL-1、footslope的JL-2、toeslope的JL-3到最低點位於湖畔的JL-4，由地形造成的差異是本次研究討論的重點。
理化性質
由於母質含有shale及slate的關係，土壤黏粒含量約在35-50%，土壤pH以JL-1為最低 (< 4)，這是因為其O層極高的有機碳 (46.7%)，陽離子交換容量CEC與有機碳的趨勢同樣隨著深度降低，在JL-1極酸性且強降雨的環境下鹽基流失嚴重，鹽基飽和度BS < 5%。
JL-2的土壤質地在薄膠層之上為silty clay loam，但薄膠層之下變成了silty clay，雖然沒有發現clay coating卻有明顯的黏粒含量增加，這應該是由母質風化產生的黏粒。土壤pH以薄膠層為最高 (5.09)，由於pH值較高的緣故使Fe, Mn沉澱，JL-2同樣具低鹽基飽和度，此地位於footslope且發生lateral leaching，因此鹽基飽和度低。
JL-3的土壤性質與JL-2類似，除了累積的有機碳較JL-1及JL-2低，由於加羅湖水位上漲時會淹過JL-3，植物生長不易。
JL-4則處於長期浸水狀態，與其他剖面的土壤性質較不相同，土壤pH值因還原狀態的緣故高於其他剖面 (> 4.6)，JL-4也接收由其他剖面經lateral leaching流失的鹽基離子而使pH提高，但這些鹽基離子也可能進一步流失至湖中，故土壤pH仍呈現酸性。
鐵鋁選擇性抽出的結果顯示JL-1、JL-2及JL-3剖面內鐵鋁主要的移動是由A或E層流失並累積至Bs層，尤其是JL-2的薄膠層。JL-1內Bs層的Fep/Fed比值相當高 (> 0.5)，這代表在JL-1中的游離鐵有很大部分是以有機錯合態的形式存在，顯示JL-1剖面發生了淋澱化作用。同樣的趨勢在JL-2剖面也存在，但是有機錯合態的鐵含量較JL-1為低，因為薄膠層的形成阻礙了淋澱化物質的移動，
而JL-3的Bs層則以結晶性的鐵為主 (Feo/Fed < 0.27)，但Alp/Ald比值較高 (0.61)，顯示在JL-3內仍具有機錯合態鋁的移動，但移動的速度又較JL-1及JL-2慢。JL-4的可萃取性鐵鋁含量相當低且在剖面內無明顯變化，其chroma < 2的顏色也顯示了鐵的流失。
腐植質的移動
除了JL-4以外FA均呈現向下淋洗的趨勢，以Bs層的含量最高，E層最低，且FA為B層最主要的有機碳來源 (佔32.7-52.6%)。FA的含量與黏粒含量具顯著相關性 (r = 0.63, p < 0.05)，在pH < 5的環境下FA的官能基保持不解離，降低其所帶的負電荷，因而使FA可被可膨脹收縮 (expand) 的黏土礦物固定在層間，此外FA也是與鐵錯合的主要角色，與Fep具顯著相關性 (r = 0.68, p < 0.01)，顯示FA是攜帶Fep移動的物質。JL-4的FA含量較低，且集中在O層。
HA則多累積於O、A層土壤並隨深度減少。在JL-1及JL-2並未受地下水位影響的剖面中累積於A層，但在JL-3及JL-4剖面中卻主要位於O層，在夏季土溫較高且水位尚未上漲的時期，JL-3剖面的有機質被快速分解，而JL-4則因為長期浸水而使有機質僅累積於O層。
在較低pH值的條件下HA較易沉澱，且HA與Fep和Alp均呈顯著負相關，因此HA並未扮演與鐵鋁錯合的角色。
化育過程與分類
此一地形序列的土壤中，JL-1、JL-2與JL-3具不同程度的淋澱化作用，但均未出現顏色、厚度滿足條件的淋澱層，故不足以被歸類於淋澱土。JL-1及JL-2被分類為Typic Epiaquept，Epi-這個Great Group被用於描述其具有episaturation的特性 (在200 cm內有浸水呈現飽和的化育層，但在層下也還有未飽和的化育層，若整個剖面都呈現水飽和則稱endosaturation)，這兩個剖面中母質風化產生的高黏粒含量阻礙了淋澱化作用的進行，JL-2中除了淋澱化作用也因為perched water導致的還原狀態而同時形成薄膠層，然而分類並無法表示其具有薄膠層的特性，因此建議於Epiaquept新增subgroup來描述這樣的土壤。
JL-3受到地下水位浮動的影響，但亦有少量淋澱化物質的形成 (5-10%)，地表植被與JL-1、JL-2不同，屬於較低矮的植物，JL-3亦被分類為Typic Epiaquept，但此地的氧化還原作用相較於淋澱化作用更為明顯。JL-4則以還原狀態為主，由於不斷處於浸水條件，鐵被還原流失而呈現漂白，JL-4被分類為Typic Endoaquept。
Comment
這篇文章很優雅的呈現並描述了一段地形序列上的土壤化育作用以及化育的結果，讓人身歷其境。在山頂平坦處受到淋澱化作用影響較大，但在海拔逐漸降低，接近加羅湖的土壤因為受到地下水位變動的影響出現還原狀態，這兩種作用以不同程度存在於地形序列中的土壤，還原狀態與薄膠層也會阻礙淋澱化作用的進行，這樣的交互作用形成四種有點像又有點不像的土壤，真的非常優雅。