Comment#9 Morphology and pedogenesis of placic horizons in podzolic Ultisols with high clay content in humid subtropical forests
2021/07/17
這也是一篇描述有多種成土過程共同作用的土壤，我想大自然的迷人與煩人之處就是一定有多種變異參雜其中，如何提出合理的假說來解釋觀察到的現象便是很重要的問題。
Topic:
Hseu, Z.Y., Wu, S.P., Jien, S.H., Huang, W.S., and Chen, Z.S. 2019. Morphology and pedogenesis of placic horizons in podzolic Ultisols with high clay content in humid subtropical forests. Geoderma, 353, 243-251.
https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2019.07.015
前言
薄膠層 (placic horizon) 是一層黑至棕紅色的氧化鐵硬盤，在土壤中會限制水及根系的穿透性，出現的條件常與水分境況udic至perudic有關。
薄膠層的微型態為包裹在plasma中的skeleton，且plasma傾向填滿所有的空隙，薄膠層中累積的有機碳含量有< 1%也有> 10%，同樣的Feo/Fed的比值也有< 0.1至> 0.9的剖面，這種大範圍的分布代表有些薄膠層是以結晶性差的鐵氧化物為主，薄膠層中除了鐵以外，錳也具累積的現象，但鋁則很少在薄膠層中累積。
形成薄膠層的條件最主要的是滿足上層土壤的還原條件，使鐵還原成移動性高的Fe2+物種，和淋澱化作用 (podzolization) 所需要的有機碳累積並不相同，兩種成土過程的條件與結果具有根本上的不同。
薄膠層常在灰燼土 (Andisols)、有機質土 (Histosols)、弱育土 (Inceptisols) 及淋澱土 (Spodosols) 中發現，但像本文一樣在極育土 (Ultisols) 出現的案例相當少，因此本研究便是要探討在極育土中薄膠層形成的原因。
採樣地點
研究在宜蘭太平山地區採集四個剖面 (TP1、TP2、TP3、TP4)，並在屏東採集另外一個剖面GL1。採樣地點的海拔高度介於1534-2110 m，坡度小於5%，母質為中新世 (Miocene) 累積的板岩夾雜砂岩 (slate interstratified with sandstone)，主要含有的礦物有綠泥石 (chlorite)、雲母類 (mica) 及石英 (quartz) 等，前人研究顯示黏土礦物並未有任何一種含量特別豐富，而是呈現混合的狀態。
植被以針葉樹林 (臺灣紅檜) 及臺灣杜鵑為主，年均溫與年雨量分別為TP：10.7°C及3000 mm，GL：15.5°C及4500 mm，兩地雨量多集中於4-10月。
結果
土壤剖面的層序均包含O/A-E-Bsm-Bt這樣的順序。明顯的E層顯示了強烈的淋洗 (leaching) 作用，構造呈現massive且具value及chroma較高，由鐵累積的的mottle。薄膠層 (Bsm) 緊接在E層下方且均具abrupt wavy的上、下界，厚度小於1 cm，薄膠層內部亦可區分出較為堅硬密實的上半部與較為鬆散的下半部這兩個sub-horizon，由於薄膠層的阻擋故根系在E層底部集中而無法穿透。所有剖面均發現黏粒膜 (clay coating) 故判定為Bt層。
微型態
深黑色的鐵與淺色的coarse grain組成dense plasma共存於薄膠層的孔隙中，這些累積成isotropic膠狀物質。在Bt層則是累積的黏粒膜在正交偏光下具有強烈的雙折射現象，也有發現累積的黏粒與有機金屬錯合物 (organo-metallic complex) 一同出現的現象。
理化性質
薄膠層的黏粒含量均超過35%，而Bt層累積的黏粒含量也達到黏聚層 (argillic horizon) 的分類標準，顯示此地具有黏粒淋洗的成土過程。薄膠層具備比緊鄰的上下化育層更高的pH值與有機碳含量，陽離子交換容量 (cation exchange capacity, CEC) 的分布類似於有機碳含量，整個剖面的鹽基飽和度 (base saturation, BS) 均相當低 (除O層外均小於10%)，這是因為當地的強降雨造成的強淋洗作用，由於具備黏聚層與低BS，可分類為極育土。
鐵鋁選擇性抽出的結果中，薄膠層具備最高濃度的Fed、Feo及Fep，且B層濃度高於E、A層，DCB萃取的錳濃度則並未明顯累積於B層中。
討論
在E層中發現的mottle應屬於氧化還原特徵 (redoximorphic feature)，這些mottle屬於較軟的Fe masses且集中於根孔表面，因此E層的漂白作用是由還原作用造成。
薄膠層的形成與其較高的pH值有關，在表層的鐵、錳在還原狀態下移動到了pH值較高的薄膠層深度而氧化，而薄膠層中Feo/Fed的比值也高於上下相臨的化育層，是因為在薄膠層中較高濃度的有機碳與潮濕的水分較不利於結晶性良好的鐵礦物生成。
薄膠層也滿足淋澱土的診斷標準Alo + 0.5Feo > 0.25且ODOE > 0.12，顯示即使在高黏粒含量下仍具有淋澱化物質的累積，ODOE值 (optical density of oxalate extraction) 是用於檢測fulvic acid的存在，fluvic acid是淋澱化作用中與鐵鋁錯合移動的重要物質。
多樣的成土過程
在本研究的剖面中，包含了黏粒累積、淋澱化物質累積 (但尚未達淋澱土標準) 與薄膠層的形成。
黏聚層與淋澱化作用應早於薄膠層的生成，在研究地區的母質容易化育出細質地的土壤，且氣候適合淋澱化作用，黏粒與淋澱化物質一同洗入下層土壤，故產生了具備高黏粒含量與黏粒膜的淋澱化土壤 (Podzolic soil)。
在距今2-6萬年前更新世 (Pleistocene) 晚期的冰期造成比現今溫度低8-11°C的環境，氣候的改變以及因黏聚層造成的質地差異，使土壤呈現間層飽和 (episaturation) 而處於還原狀態。表層土壤的鐵受到還原後與有機質一同移動到黏聚層的上方，但因黏聚層的細質地而無法向下移動，故形成薄膠層。
多種成土作用造就了如此複雜的土壤，而此地的平緩地形也有利於土壤的穩定化育，由於表土呈現aquic水分境況，故研究土壤可被分類為Epiaquults，然而沒有適合的Subgroup可以描述薄膠層的存在，因此本研究建議增設Placic Epiaquult分類。