黄土高原淋溶土黏粒、氧化铁与颜色的关系及发生学解释——以山西土系调查的31个黏化层为例

以黄土高原山西省14个淋溶土剖面的31个偏红的黏化层(Bt)为研究对象,分析了其全铁、游离氧化铁、无定形态氧化铁的含量与土壤颜色参数、黏粒含量之间的相关性,并建立了定量关系模型。结果表明:Bt的黏粒含量与氧化铁含量之间呈极显著正相关(P0.01);颜色的红度与全铁、游离氧化铁和无定形氧化铁含量之间均呈极显著正相关(P0.01),其中游离氧化铁是最直接的土壤红色"染色剂";其他色调、明度与彩度等颜色参数与土壤全铁、游离氧化铁含量之间亦呈现出显著的相关性,这也间接说明了黏粒含量与土壤颜色具有一定相关性。野外观测发现,某些黏化层结构体表面颜色较结构体内基质颜色更红,证实了在土壤结构体表面氧化铁随着黏粒在土壤空隙中的迁移淀积。黄土高原淋溶土偏红的黏化层多是来自由于土壤侵蚀而出露地表或接近地表的第三纪保德红土和第四纪红黏土,其黏粒含量、土壤颜色等指标均表明第三纪的古气候条件较第四纪更为湿热。     

分形理论在土壤肥力研究中的应用与前景

分形理论的提出对于定量描述复杂的、高度不规则的系统特征与机理提供了方法.本文从土壤腐殖质、土壤微生物、土壤团聚体等方面回顾了分形理论在土壤肥力研究中的主要结果:土壤腐殖质胶体在不同条件下形成不同分形特征的聚合物;同一种微生物可能形成具有不同分形特征的结构;土壤中的有机无机胶体在不同条件下凝聚成不同的团聚体,从而形成不同的土壤结构并对其肥力功能产生影响.我们认为分形理论在探索土壤的形成过程和肥力功能上将具有重要的应用前景:如团粒结构体的形成可能是由土壤胶体分形凝聚而成;土壤中的活性有机质有逐渐老化的现象,可能和腐殖质胶体由结构疏松的分形结构向普通团聚体过渡的过程有关;土壤微生物在不同微环境下具有不同的分形特征,可以推测在各种土壤过程(包括物理、化学以及生物化学过程)中它们的功能也可能是不一样的.此外,土壤结构的开放程度决定孔隙、水分以及空气的分布,从而决定了微生物的生存空间.所以土壤结构体对微生物空间分布的影响也是将来该领域值得研究的内容之一.     

土壤中铁形态转化的根际效应

氧化铁是土壤胶体的重要组成部份,它在中性和酸性水稻土及红壤的结构体中起着重要作用,还影响着土壤中离子吸附与解吸,沉淀与溶解等物理化学平衡,特别是含氧酸根及重金属离子的专性吸附作用,进而影响土壤中养分的有效性及污染物的生物毒性。     

几种氧化铁的离子吸附特性研究

氧化铁是土壤中常见的氧化物,其中较为普遍的是针铁矿和赤铁矿,在某些土壤中也含有纤铁矿和无定形氧化铁.它们通常以极小的颗粒单独存在,或以胶膜状包裹在其它矿物颗粒的外面,有较大的比表面积,易受环境的影响,因此具有较高的活性,并对许多土壤的物理化学性质产生重要的影响.某些重金属离子和某些污染物进入土壤后的动向和行为也深受土壤中氧化铁的影响.     

土壤中氧化铁的转化及其对土壤结构的影响

氧化铁虽是土壤粘粒中的次要矿质成分,但它具有较高的活性,对土壤性质有重要的影响。作为胶结物质之一,氧化铁的形态及其含量,对土壤团聚体的形成,亦起重要作用^[4,8]。某些水稻土中细孔隙增多,土块趋向紧实等问题^[1,2],似乎与土壤中氧化铁存在形态有关。     

硼酸共沉淀法合成含硼氧化铁的结构状况解析

在水合法制备针铁矿过程中添加HBO3,对合成的样品作红外光谱和比表面积分析.结果表明,共沉淀法合成的样品在1343 cm处有特征吸收峰,说明在针铁矿形成过程中,如果有H3BO3参与,则形成的氧化铁中存在Fe-O-B键结构,可能在氧化铁内部有一种新硼铁化合物生成.比表面积测定表明,含B氧化铁比表面积增加4倍以上,反映了氧化铁与H3BO3并非机械混合物,其表面性质因为Fe与B反应而发生改变,B阻止氧化铁向高聚合态转变.     

冻融作用对棕壤水溶性盐和土壤氧化物的影响

为了解沈阳棕壤水溶性盐和土壤氧化物在冻融条件下的变化规律,采用冻融模拟试验研究了冻融作用对棕壤水溶性盐和土壤氧化物的影响。结果表明,(1)冻融作用促进了土壤K+、Na+、Ca2+、Mg2+的释放,有机质和黏粒含量是影响其释放的重要因素。(2)冻融作用促使土壤中CO2含量增加,促进了HCO3-的形成。虽然SO42-、Cl-性质稳定,但冻融作用中水分和温度的变化,致使SO42-、Cl-随着冻融次数的增加呈先增加后稳定的趋势。(3)冻融作用促进土壤铁结晶老化形成氧化铁,且氧化铁含量随土壤深度增加逐渐增加;氧化锰主要受冻融条件下土壤pH影响,pH上升氧化锰含量增加。(4)土壤氧化硅和氧化铝受pH影响,pH降低其含量增加,pH增加其含量降低。此外,有机质含量较多的土层不易形成硅铝氧化物,土壤铁锰氧化物的增加不利于土壤硅铝氧化物的形成。     

机械耕作土壤结构体的数字图像分析

合理的耕作是创建土壤良好耕层结构的手段,精确定量描述土壤结构体可为采取有效措施改善土壤结构体提供科学的指导。本文使用数字图像分析技术,分析和比较了不同茬口水稻土在犁耕和旋耕条件下生成的土壤结构体的棱角性、形状指数以及矩形度。结果表明旋耕生成的土壤结构体的棱角性、形状指数高于犁耕,相同耕作机具下稻茬口土壤结构体的棱角性和形状指数高于麦茬口。显著性差异分析表明,棱角性、形状指数能较好地区分不同耕作方式的土壤结构体。数字图像法可以从土壤结构体的矩形度、形状指数和棱角性这些具有"视觉"效果的形态学指标中更为准确定量和直观地表征土壤结构体。     

冻融交替对土壤中不同形态氧化铁的影响

通过人工控温,室内模拟方法(-30℃冻结24 h,20℃融化24 h,作为一个周期,共设0,1,3,6,9次,5个冻融交替梯度,含水量分别为田间持水量的10%,40%,70%,100%,120%)对比研究了冻融交替作用下东北地区棕壤不同形态氧化铁的含量。结果表明:土壤含水量、冻融次数及二者的交互作用对游离氧化铁、无定形氧化铁和晶质氧化铁含量的影响均达到极显著水平(P0.01)。随着土壤含水量的增加,游离氧化铁和晶质氧化铁含量波动式增加,无定形氧化铁含量波动式降低。随着冻融次数的增加,游离氧化铁和晶质氧化铁含量的变化趋势相似,均表现出先降低、然后上升、之后趋于平缓,无定形氧化铁含量随冻融次数的增加呈波动式降低的趋势。冻融对土壤中硅酸盐中铁的游离情况处于波动式影响,冻融促进了游离出的氧化铁的晶质化,降低了氧化铁的活化度,促进了氧化铁的老化。土壤氧化铁中无定形氧化铁含量对冻融处理最为敏感,可以作为不同冻融处理对土壤氧化铁影响大小的一个较好的指标。     

不同耕种年限红壤性水稻土理化性质的变化特征

以江西省余江县不同种植年限的红壤性水稻土为对象,研究了土壤有机质、pH、阳离子交换量(CEC)、游离氧化铁含量和氧化铁活化度随时间变化趋势;选择耕种7、22和80年的土壤剖面,研究了游离氧化铁和无定形氧化铁在剖面不同层次的分布。结果表明,耕层(0～20cm)土壤有机质含量随着水稻种植年限的增加而增加,淹水种稻导致土壤pH升高,但主要发生在种稻的前7年,7～80年间土壤pH变化不大。土壤CEC随着种植年限的增加而增加,在17年达到最大,然后随种稻时间的进一步增加而减小。土壤游离氧化铁含量随种稻时间呈下降趋势,但种稻后土壤氧化铁的活化度高于母土旱地红壤。对7年和80年水稻土,表层土壤游离氧化铁的含量低于底层土壤,说明铁在剖面中存在淋溶迁移。7年和22年水稻土表层土壤无定形氧化铁含量高于底层土壤,但对80年水稻土,土壤无定形氧化铁随采样深度的增加而增加。     

福建三个垂直带谱中土壤氧化铁的研究

应用穆斯堡尔谱分析、化学分析和光学显微镜分析，对福建三条最有代表性的土壤垂直带谱中的粗粒及粘粒氧化铁矿物进行研究。结果表明，赤铁矿从黄壤－黄红壤－红壤－赤红壤逐渐增多而针铁矿逐步减少，粗粒原生矿物组合类型从复杂趋向简单。铁的游离度及晶胶比从黄壤－黄红壤－红壤逐渐升高而活化度逐渐下降，但赤红壤例外，这可能与其成土年龄有关。本文还讨论了土壤分类的有关问题。     

有机肥(物)对土壤中磷的活化作用及机理研究──Ⅰ.有机肥(物)对土壤不同形态无机磷的活化作用

采用逐级去磷的土壤研究在好气与淹水条件下猪粪、稻草和纤维素对土壤中不同形态磷的活化作用。结果表明,在好气条件下,猪粪、稻草和纤维素均能对土壤中各种形态的无机磷起活化作用,其效果为猪粪＞稻草＞纤维素。在淹水条件下,有机肥则表现为明显增加土壤对磷的固定,这主要是土壤中的铁氧化物强烈吸附磷所致。但当土壤去除Fe－P和O－P后,有机肥则能对土壤磷起明显的活化作用。采用人工合成磷酸铁加入去磷、去铁氧化物土壤的试验表明,有机肥对磷酸铁的活化率可高达30％。由于土壤中存在的铁氧化物对活化的磷起掩盖作用,因此,有机肥对土壤磷,尤其对Ca2－P、Ca8－P、Al-P和Fe－P的实际活化作用有可能比测定值还要高。     

有机肥(物)对土壤中磷的活化作用及机理研究──Ⅰ.有机肥(物)对土壤不同形态无机磷的活化作用

采用逐级去磷的土壤研究在好气与淹水条件下猪粪、稻草和纤维素对土壤中不同形态磷的活化作用。结果表明,在好气条件下,猪粪、稻草和纤维素均能对土壤中各种形态的无机磷起活化作用,其效果为猪粪＞稻草＞纤维素。在淹水条件下,有机肥则表现为明显增加土壤对磷的固定,这主要是土壤中的铁氧化物强烈吸附磷所致。但当土壤去除Fe－P和O－P后,有机肥则能对土壤磷起明显的活化作用。采用人工合成磷酸铁加入去磷、去铁氧化物土壤的试验表明,有机肥对磷酸铁的活化率可高达30％。由于土壤中存在的铁氧化物对活化的磷起掩盖作用,因此,有机肥对土壤磷,尤其对Ca₂－P、Ca₈－P、Al-P和Fe－P的实际活化作用有可能比测定值还要高。     

平原区水田改林地后土壤黏土矿物及氧化铁的变化

近年来水田改为林地在我国南方地区非常普遍,为了解这种转变对土壤矿物(黏土矿物和氧化铁)演变的影响,在浙江省平原地区构建了4个水田改林地系列土壤,采用野外调查和室内分析相结合的方法,研究水田改林地后土壤剖面中氧化铁形态和黏土矿物类型的演变规律。结果表明,改林地后,土壤剖面中全铁含量变化不明显,耕作层和犁底层土壤游离氧化铁有轻微增加趋势。改林地15～20 a后,4个系列土壤耕作层活性铁和活化度降幅分别在18.0%～38.4%和24.7%～48.9%;耕作层土壤铁氧化物的晶胶比增幅在0.73倍～1.62倍;耕作层土壤亚铁含量明显下降,降幅最高达95.8%,变异系数达到143.9%;耕作层络合铁降幅在21.3%～36.2%,并与有机质呈极显著正相关(P0.01)。改林地后,犁底层土壤中绿泥石相对含量及其与高岭石的比值都呈降低趋势,其他黏土矿物相对含量变化规律不明显,土壤有机质显著下降,土壤明显酸化。土壤铁氧化物形态和数量的变化对土壤结构以及土壤重金属的迁移转化等产生重要影响。     

有机质对土壤光谱特性的影响研究

为了探明土壤有机质的光谱特征及其影响作用,从而为有机质土壤铁氧化物的定量反演提供理论依据。利用去有机质前后土壤的光谱数据,研究了有机质对土壤反射率、土壤线参数、土壤铁氧化物定量反演的影响。研究结果表明,去除有机质后,能明显提高土壤反射率,变化最明显的为可见光橙黄光波段,即570～630 nm。相关性分析也显示橙黄光波段反射率的相对变化量或差值与有机质去除量之间的相关系数要比其他波段高,相关系数最大值在600 nm。因此,建议采用570～630 nm的光谱数据进行有机质的反演;土壤线斜率在去有机质后明显降低,截距显著增大,二者变化量与有机质去除量呈极显著相关关系,可用土壤线参数预测有机质含量。有机质对铁氧化物的反演具有明显影响,特别是有机质大于20 g kg-1的土壤,在进行反演时应考虑有机质对反演精度的影响,需采取有效地技术手段消减其影响作用,才能达到较好的效果。     

Ferric iron transformation in soils with rotation of irrigated rice-upland crops and effect on soil tillage properties

We examined the relationship between the form of iron and the tillability (defined as the degree of ease of pulverizing a soil into small clods) of soils in upland fields that had been converted from paddy fields. The amount of iron (Fe.e) extractable with acetate buffer (pH 3.0) decreased from 0.959 g kg_-1 in a field that has been continuously used as a paddy field to 0.104 g kg-I in a field that had been converted into an upland field for a period of 5 y. There was no significant change in the free iron oxide content under upland conditions. These results indicate that ferric iron oxides are gradually crystallized to less reactive forms after the conversion of a paddy field into upland conditions. Both soil tillability (represented by the mean clod diameter after tillage) and the stability of the soil microstructure (represented by the sediment volume) also increased during the 3-y period after conversion and then remained constant for the last 2-y period of the study. On the basis of these results, two mechanisms for the improvement of soil tillability can be proposed as follows: crystallization of ferric iron oxides increased their resistance to microbiological reduction and due to this stabilization the iron oxides as a cementing reagent that contributed to the soil microstructure, which in turn affected the soil tillability. During the first year after drainage, however, there was no significant correlation between the soil tillability and amount of Fe_ac, presumably because the soil was not sufficiently dry in the first year after conversion, and the iron oxides did not affect appreciably the soil structure.     

Testing a mechanistic model. VI. Molecular modelling of the effects of pH on phosphate and on zinc retention by soils

Both phosphate and metal cations such as zinc can be retained by oxides of iron and aluminium. Yet the phosphate-retaining and zinc-retaining materials in soil appear to differ in their behaviour from that of pure oxides of iron and aluminium. In most soils, the electrostatic potentials of retaining materials appear to be negative at normal soil pH values. The changes in potential with pH, and consequent change in retention, also appear to differ from those of pure oxides. A model of a pure oxide was modified in an attempt to simulate the observed behaviour of soil. The most effective modification was to include a negative charge in the oxide. Such a charge could have arisen from solid–state diffusion of anions into the oxide, or by close association with permanently charged clays. The inclusion of this charge changes the direction of the effect of pH on phosphate retention. If the amount of negative charge is large enough, the paradoxical situation can arise in which the potential of a ‘variable-charge’ surface is not affected by pH. This is consistent with observed effects of pH on zinc retention by soils.     

利用稀土元素示踪法研究黄土高原土壤侵蚀空间分布规律

本介绍一种利用核素示踪技术研究黄土高原不同地形部位土壤侵蚀量的监测新方法。试验结果表明，与中子活化分析技术相结合的ＲＥＥ示踪法可以定量地测定坡面不同地形部件瓣相对侵蚀量，且有较高的精确度及灵敏度，同时也可揭示侵蚀过程中相对锓蚀量沿坡面的变化趋势；还可反映野外全坡长小区土壤锓蚀的分布模式。室内我试验证明，该方法为土壤侵蚀的量化研究开辟了新的途径。     

干湿交替过程中水稻土铁形态和磷吸附解吸的变化

采用室内培养试验 ,经过连续 3次淹水 落干处理 ,研究了干湿交替过程中土壤中氧化铁形态的变化以及对土壤磷吸附和解吸的影响。结果表明 ,淹水使土壤中结晶态氧化铁含量明显减少 ,无定形氧化铁和土壤对磷的吸附量急剧增加 ,磷解吸下降 ;落干则使之发生相反的变化。土壤中的无定形氧化铁含量与土壤对磷的吸附之间存在着密切的相关关系。因此 ,淹水 落干过程中无定形氧化铁的变化是影响水稻田磷有效性的一个主导因子。     

铁氧化物与土壤表面电荷性质的关系

The relationship between iron oxides and surface charge characteristics in variable charge soils (latosol and red earth) was studied in following three ways.(1)Remove free iron oxides (Fed) and amorphous iron oxides (Feo) from the soils with sodium dithionite and acid ammonium oxalate solution respectively.(2) Add 2% glucose (on the basis of air-dry soil weight) to soils and incubate under submerged condition to activate iron oxides,and then the mixtures are dehydrated and air-dried to age iron oxides.(3) Precipitate various crystalline forms of iron oxides onto kaolinite.The results showed that free iron oxides (Fed) were the chief carrier of variable positive charges.Of which crystalline iron oxides (Fed-Feo) presented mainly as discrete particles in the soils and could only play a role of the carrier of positive charges,and did little influence on negative charges.Whereas the amorphous iron oxides (Feo),which presented mainly fas a coating with a large specific surface area,not only had positive charges,but also blocked the negative charge sites in soils.Submerged incubation activated iron oxides in the soils,and increased the amount of amorphous iron oxides and the degree of activation of iron oxide,which resulted in the increase of positive and negative charges of soils.Dehydration and air-dry aged iron oxides in soils and decreased the amount of amorphous iron oxides and the degree of activation of iron oxide,and also led to the decrease of positive and negative charges.Both the submerged incubation and the dehydration and air-dry had no significant influence on net charges.Precipitation of iron oxides onto kaolinite markedly increased positive charges and decreased negative charges.Amorphous iron oxide having a larger surface area contributed more positive charge sites and blocked more negative charge sites in kaolinite than crystalline goethite.