海南岛北部玄武岩上土壤发生研究Ⅲ. 元素地球化学特征

对海南岛北部玄武岩上不同风化成土年代的土壤研究发现 ,随风化成土年龄增加 ,土壤具有Sr、Ba含量减少 ,Sr/Be比值降低 ,而Ni、Cr、Co、V、Sc以及Fe/Ni和Fe/Co比值有增加的趋势。Ba/Nb与风化成土年龄相关性极好 ,可作为反映土壤风化程度的良好指标。运用质量平衡原理 ,以Ti为非移动元素探讨元素的迁移 ,发现元素淋溶作用在土壤发育初期最强烈。 90 %以上的Ca、Mg、K、Na在新成土阶段淋失 ,P的淋失也基本发生在此阶段 :约 60 %Si至雏形土阶段时已遭淋溶。     

海南岛北部玄武岩上土壤发生研究Ⅲ.元素地球化学特征

对海南岛北部玄武岩上不同风化成土年代的土壤研究发现，随风化成土年龄增加，土壤具有Sr、Ba含量减少，Sr/Be比值降低，而Ni、Cr、Co、V、Sc以及Fe/Ni和Fe/Co比值有增加的趋势。Ba/Nb与风化成土年龄相关性极好，可作为反映土壤风化程度的良好指标。运用质量平衡原理，以Ti为非移动元素探讨元素的迁移，发现元素淋溶作用在土壤发育初期最强烈。90％以上的Ca、Mg、K、Na在新成土阶段淋失，P的淋失也基本发生在此阶段：约60％Si至雏形土阶段时已遭淋溶。     

基于高光谱的土壤游离铁随机森林模型估算研究

土壤游离铁反映了土壤成土过程的特点,常用作土壤风化发育程度的指标。本研究以陕西省西安市周边的21个干润淋溶土剖面的97个土壤样品为例,在测定土壤游离铁含量和采集350～2500 nm波段的反射光谱数据的基础上,对光谱数据进行反射率、反射率一阶微分和二阶微分以及连续统去除4种处理形式,分析了土壤游离铁含量与土壤光谱的关系,采用多元逐步线性回归(MLSR)和随机森林回归(RFR)算法建立了游离铁含量的估算模型,并分析不同形式光谱数据的建模估算效果。结果表明:原始光谱数据的二阶微分变化显著提高了土壤游离铁与土壤反射光谱的相关性,MLSR和RFR两种模型在游离铁含量估算中,RFR的估算精度相对较高;运用土壤反射光谱二阶微分变换的RFR模型可以较好地估算土壤游离铁含量。     

典型亚热带花岗岩地区森林流域岩石风化和土壤形成速率研究

岩石风化和土壤形成是地球表层物质循环的重要环节,了解岩石风化和土壤形成速率对土壤资源可持续利用和流域管理具有重要意义.本研究以位于我国亚热带的皖南花岗岩地区森林流域为例,通过野外监测其主要矿质元素输入输出量,应用流域中元素地球化学质量平衡原理,估算岩石风化和土壤形成速率.研究结果表明,在目前的降雨和酸沉降条件下,我国亚热带森林流域中,花岗岩的平均风化速率为0.696 t hm-2 a-1,土壤平均形成速率为0.598 t hm-2 a-1,所以需要经过2万年以上才能形成1 m厚的土壤.研究发现,大量输入土壤系统的H+由于被土壤风化和阳离子交换所消耗,径流水不至酸化,但是从长远来看,这会带来土壤的酸化.研究还表明根据当前的土壤形成速率,土壤允许流失量标准需要重新制定.     

黄土高原褐土和黑垆土剖面中Rb和Sr分布与全新世成土环境变化

对黄土高原 3个土壤剖面Rb和Sr分布规律的研究表明 ,全新世不同阶段的黄土和土壤中Rb和Sr分布存在明显的差异 ,Rb/Sr比值的变化反映了成土环境和成土作用强度的变化。全新世早期 ,气候比较温和干燥 ,风尘堆积速率降低 ,土壤发育表现为边沉积边成土 ;全新世中期 ,气候温暖湿润 ,沙尘暴很少发生 ,风尘堆积速率极低 ,生物风化成土作用达到最强 ,以至于在黄土高原面发育黑垆土 ,在关中盆地形成褐土。到了 3 10 0多年前 ,气候恶化变干 ,风尘堆积速率加快 ,土壤严重退化。从区域上看 ,冬季风对黄土高原南部的环境效应比夏季风对北部的环境效应要强 ;黄土高原南部季风场强的变化较北部大。     

模拟酸雨淋溶下强风化土壤矿物风化计量关系研究

矿物风化计量关系对于定量土壤酸化速率至关重要。我国亚热带地区矿物风化强烈,土壤的酸敏感性高。为获取强风化土壤在矿物风化过程中元素释放特征及其化学计量关系,选取花岗岩发育的富铁土,先用EDTA-乙酸铵溶液洗脱土壤胶体上吸附的盐基离子,然后采用改进的Batch法,将洗脱盐基土壤与未洗脱盐基土壤同时进行模拟酸雨淋溶。结果表明:(1)洗脱盐基土壤与未洗脱盐基土壤的盐基离子(K~+、Na~+、Ca~(2+)和Mg~(2+))释放情况存在显著差异,洗脱盐基后土壤在淋溶中释放的盐基来源为矿物风化,释放缓慢而平稳;(2)未洗脱盐基土壤在淋溶初期,盐基的释放量较大,随着淋溶的进行,释放量迅速下降,淋溶后期的释放速率与洗脱盐基土壤接近,这说明未洗脱盐基土壤在淋溶初期释放的盐基主要来源于阳离子交换过程,后期则主要来源于风化过程;(3)洗脱盐基土壤和未洗脱盐基土壤经酸雨淋溶释放的各盐基化学计量关系(K~+∶Na~+∶Ca~(2+)∶Mg~(2+))以及盐基离子与硅的化学计量关系(BC∶Si)差异较大,由于未洗脱盐基土壤受到阳离子交换的影响,因此只有洗脱盐基土壤的矿物风化计量关系可以作为定量估算土壤酸化速率的依据。     

贡嘎山海螺沟冰川退缩区土壤序列矿物组成变化

阐明土壤中矿物随时间变化的机制是理解矿物风化和土壤发育的基础。利用X射线衍射法对贡嘎山海螺沟冰川退缩区土壤矿物组成随成土作用时间变化进行了定量分析。结果表明,冰川退缩区成土母质的矿物组成同质性较高,以硅酸盐矿物为主(约90%),包括:斜长石(28.5%)、石英(24.5%)、黑云母、钾长石、普通辉石、角闪石、绿泥石、蛭石;并有少量碳酸盐矿物,如方解石(8%)、白云石(2.3%);以及磷酸盐矿物磷灰石(2.1%)。退缩区土壤的矿物组成总体呈新发育土壤特征,随着成土年龄的增加,方解石逐渐被风化成为草酸钙石,角闪石、黑云母、磷灰石和绿泥石含量逐渐降低,长英质矿物的相对含量有所增加。成土作用中矿物组成的变化受植被原生演替和土壤p H的影响,快速发育的植被导致土壤p H迅速降低,风化程度增强。     

广东北江第四纪沉积物发育土壤的矿物特性

本文分析了粤北武水、北江、横石水和连江各级阶地及河漫滩上各时代沉积物发育土壤的粘粒矿物和原生矿物。结果表明,不同河流流经地区不同,物质来源不同,其矿物组成有别;同一河段,形成于早更新世的三级阶地(T₃)上的土壤矿物组成与形成较晚的各级阶地差异甚大,这是母质来源和风化成土条件不同所致;二级阶地(T₂)、一级阶地(T₁)及河漫滩(T₀)上的土壤矿物相似,只是风化程度有异,随着阶地升高,形成年代愈老,富铝化程度愈强烈;但各级阶地之间差异程度不均等,T₂至T₁之间变幅大,T₁至T₀之间差异较少,这是时间因素和古气候波动性叠加所致。     

火山喷出物发育土壤的比重及颗粒组成测定

利用比重瓶法对火山喷出物发育土壤的比重进行测定,结果表明:玄武岩质火山喷出物发育土壤的比重大于粗面岩质火山喷出物发育土壤的比重;基于粒径小于1 mm土粒测定的比重,玄武岩质火山喷出物和粗面岩质火山喷出物发育土壤的比重均小于一般土壤的平均比重2.65 g cm~(-3);基于粒径小于0.1 mm土粒测定的比重,除个别玄武岩质火山喷出物发育土壤外也小于2.65 g cm~(-3)。分别取比重值为2.65 g cm~(-3)、粒径小于1 mm土粒的实测比重和粒径小于0.1 mm土粒的实测比重,计算不同粒级土粒的沉降时间,并进行颗粒组成的实验研究表明:取不同比重值测定的土壤颗粒组成含量相差较大而且影响土壤质地定名。由于成土母质的矿物组成决定土壤的比重,且土壤颗粒组成的静水沉降实验是在粒径小于0.1 mm土粒的悬液中进行的,所以,准确测定土壤颗粒组成含量,需要区分成土母质的矿物组成,并测定其小于0.1 mm粒径的土粒比重,重新计算沉降时间。     

生物结皮发育对风沙土盐基离子释放和矿物风化的影响

为探明生物结皮发育对风沙土盐基离子释放和矿物风化的影响,以进一步明确生物结皮的风化成土作用。以典型风沙土上发育的生物结皮为对象,通过模拟淋溶试验比较不同类型生物结皮(藻结皮、藻—藓混生结皮和藓结皮)覆盖土壤的盐基离子释放规律,探究盐基离子释放量随淋溶液pH的变化趋势,以及量化生物结皮覆盖土壤的矿物风化速率。结果表明:矿物风化反应阶段不同种类盐基离子的淋出量均较为平缓,生物结皮覆盖土壤的各盐基离子总淋出量表现为Ca²⁺＞K⁺＞Mg²⁺＞Na⁺,其中藻结皮覆盖土壤的盐基离子总淋出量最高,比无结皮、混生结皮和藓结皮分别增加了112.0%,31.2%,27.1%。淋溶液pH显著影响盐基离子的淋溶释放,且其作用程度因离子种类和结皮类型而异。生物结皮覆盖提升了土壤的易风化矿物含量、风化程度和速率,藻结皮、混生结皮和藓结皮覆盖土壤的风化速率相比无结皮分别提升了61.2%,27.1%,152.6%,并且风化速率随淋溶液pH降低而提升。综上,生物结皮能显著促进风沙土矿物风化,其对风沙土改良和修复具有积极意义。     

模拟酸雨淋溶下不同母质发育雏形土矿物风化中的盐基离子与硅计量关系

土壤矿物风化过程中释放的盐基离子(BC)与硅(Si)的比值(BC︰Si)是定量评估土壤矿物风化对土壤酸化过程缓冲作用的基础,是准确估算当前环境下土壤酸化速率的依据。本研究以云母片岩、片麻岩和安山岩3种母质发育的湿润雏形土为研究对象,测定了其土壤物理、化学和矿物学性质。通过洗脱实验除去土壤交换性盐基以消除土壤胶体吸附的交换性盐基离子对矿物风化计量关系的影响,再利用模拟酸雨淋溶实验,采用Batch方法获取3种不同母质发育土壤的盐基离子和硅的释放量,进一步估算BC︰Si值。结果表明,由于母岩不同,土壤黏粒、pH、有机质、交换性盐基(K⁺、Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺)、阳离子交换量(CEC)和土壤矿物含量存在差异。在模拟酸雨淋溶实验条件下,未洗脱盐基土壤的BC︰Si值为洗脱盐基土壤的3倍以上,因此只有洗脱土壤交换性盐基才能获得来自风化过程的BC︰Si值。同一母质发育土壤的腐殖质表层(Ah)BC︰Si最小,母质层(C)最大。不同母质发育土壤的BC︰Si值表现为：片麻岩>云母片岩>安山岩,土壤中斜长...     

花岗岩崩岗区土壤可蚀性因子估算及其空间变化特征

土壤可蚀性K值是土壤侵蚀模型的必要参数,研究花岗岩崩岗区土壤可蚀性K值有助于宏观判断和定量分析崩岗区土壤侵蚀的空间变化特征.采集湖北通城花岗岩典型崩岗淋溶层、淀积层、母质层土壤,运用5种土壤可蚀性K值估算方法分析各层土壤可蚀性差异,通过室内人工模拟降雨实验验证花岗岩风化土可蚀性K值的有效性及5种估算方法的灵敏度.结果表明:花岗岩风化土的各层土壤可蚀性差异显著,母质层平均K值最大,是淋溶层的1.20倍,淀积层的1.03倍,且各层土壤的稳定含沙率和各粒径流失量差异显著;诺莫法估算的各层土壤的可蚀性K值与40 min每层土的稳定含沙率之比最接近,诺莫法估算各层土壤可蚀性K值的灵敏度最高,为修正诺莫的1.5倍,EPIC模型法的6倍.因此,针对南方花岗岩风化土可采用诺莫法准确评价土壤可蚀性K值.通过估算崩岗不同层次土壤的可蚀性K值及其空间变化特征,对针对性地研究崩岗形成机制及其治理具有一定指导意义.     

茶叶与产地环境中稳定同位素和矿物元素特征及其相关性研究

为探究茶叶与茶园土壤、灌溉水源等产地环境中稳定同位素和矿物元素特征及其相关性,采用元素分析同位素质谱联用仪(EA-IRMS)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对山东日照和崂山的茶叶、栽培土壤及灌溉水源中4种稳定同位素比率(δ¹³C、δ¹⁵N、δD和δ¹⁸O)和23种矿物元素含量(Na、Mg、Al、K、Ca和Sr等)进行测定。结果显示,两地区中稳定同位素和矿物元素具有区域性特征,通过对茶叶中4种稳定同位素与栽培土壤(δ¹³C和δ¹⁵N)、灌溉水源(δD和δ¹⁸O)分别进行线性相关分析,结果表明,茶叶与栽培土壤中的δ¹⁵N相关性最大,R²为0.450 7,其次分别为栽培土壤中的δ¹³C(R²=0.289 5)、灌溉水源中的δ¹⁸O(R²=0.156 2)和δD(R²=0.021 4);同时,利用热图技术对茶叶与栽培土壤、灌溉水源中稳定同位素和矿物元素进行差异性及多重相关性分析,结果表明,茶叶与栽培土壤中δ¹³C呈较强负相关,而与灌溉水源中δ¹⁸O则无明显相关性。同时茶叶与栽培土壤中矿物元素也存在一定差异性,而茶叶中Cd、Li、Co、Sr、Mo与栽培土壤中相应矿物元素相关性较大。本研究初步揭示了稳定同位素在茶叶与栽培土壤、灌溉水源间的分馏情况以及与矿物元素的相关性,对研究农产品与环境因素间同位素分馏和元素累积规律具有一定的参考价值。     

土壤分化促成与改良研究进展综述

岩石风化成土作用是生态系统矿质元素的重要来源,也是全球矿质元素生物地球化学循环的重要环节。介绍了道库恰耶夫创立的五大成土因素学说,分析了影响山地土壤成土过程的主要驱动因子,针对目前国内外土地破坏与退化情况,介绍了不同材料对退化山地风化土壤促成和改良的作用,提出通过物理、化学、生物方式加速成土过程机理和技术的研究来解决退化土壤恢复过程中的难题。     

荒漠草原不同土壤类型水分入渗特征

为了研究荒漠草原不同土壤类型对降水的响应过程,在宁夏盐池县皖记沟村选取分布较广的灰钙土、风沙土和基岩风化残积土为研究对象,采用双环法测定其入渗过程,分析并比较三者的入渗特征,利用模型拟合土壤入渗过程。结果表明:研究区内3种类型土壤入渗过程大致可分为3个阶段,0~5min入渗速率急剧下降阶段,5~10min入渗速率逐渐变缓并趋于稳定及30min后入渗速率达到相对稳定的状态。通过对不同土壤初始入渗速率、稳定入渗速率及60min累积入渗量对比分析,发现不同土壤类型的入渗特征存在差异,风沙土的入渗性能最好,基岩风化残积土次之,灰钙土入渗性能最差,原因是由于不同土壤结构的差异所导致。各土壤类型物理性质的差异性分析表明,土壤的机械组成和非毛管孔隙度是影响研究区土壤入渗的主要因素。利用4种土壤入渗模型拟合不同类型土壤的入渗过程,通用经验模型更适宜于描述研究区内土壤入渗速率随时间变化的情况。     

论紫色岩性土的发生与分类

用土壤、母质、岩石分析对比进行研究,结果表明,高速的物理风化,微弱的元素损失或富集,偏低的铁游离度、粘化系数,较高的粉粘比以及土体、母质、母岩间硅铝率相似性等,标志着紫色岩性土的发生过程.紫色岩性土的土类,应以土壤、岩石(或母质)的游离铁、粘粒硅铝率比值近于1划分;以风化度大小划分亚类;以母质的机械组成、化学组成和矿物组成组合类型划分土属;以土层厚度、夹砾量、土壤侵蚀程度和水分状况差异划分土种.     

植物根系强化黄土土层化学风化速率的作用

黄土的风化主要为植物群落根系的物理作用及其所引起的生物化学作用。利用原状土柱淋滤实验装置及大型挖掘剖面壁法,在陕北黄土丘陵沟壑区进行野外实验研究,定量分析了林、草和农地土壤化学风化的剖面特征及动力学过程。研究结果表明,黄土土层的化学风化具有明显的垂直剖面分异特征,即风化速率随土层深度增加而递减。土壤化学风化的动力学过程可划分为急剧减小和稳定状态两个阶段。不同植被类型土壤风化速率及主导风化矿物组合类型的剖面差异主要受制于直径≤1mm的须根在剖面中的缠绕分布特征。植物根系对土壤风化作用的强化效应为油松林群落>白草群落;油松林群落和白草群落根系显著提高矿物风化速率的稳定土层深度范围分别为0～45cm和0～30cm,有效根密度分别在17根/100cm2和60根/100cm2以上。     

风蚀水蚀交错区黄土粘土矿物特征及环境意义

为理解风蚀与水蚀过渡区黄土的形成特征,采用X射线衍射分析方法,对风蚀水蚀交错区不同黄土剖面的粘土矿物特性及其环境意义进行研究。结果表明:风蚀水蚀交错区黄土粘粒的矿质元素组成以SiO2、Al2O3、Fe2O3和MgO为主,Sa、Sf和Saf分别变动于3.33~6.83,16.71~35.94和2.99~5.58之间,盐基指数ba大部分在0.5~0.8之间,黄土成土过程中没有硅、铝、铁等氧化物的迁移和富集,土壤风化仍然以由粗变细的物理风化为主,化学风化仍然微弱。水蚀风蚀交错区黄土粘土矿物组合与典型黄土一致,以伊蒙混层矿物为主,占50%~55%,其次为伊利石,高岭石稍低,但由于经常处于扰动状态,剖面不同层次之间具有一定的差异。这种粘土矿物组成预示着矿物的形成处于温带半湿润-半干旱的气候条件,土壤发育过程还处于幼年性阶段,并有局部向脱钾阶段过渡,但未达到黄土高原主要土壤的脱钾阶段。     

上海城市土壤磁化率的垂向分布特征及环境指示意义

土壤含有各类磁性矿物。土壤磁性矿物可区分为自然成因或人为成因:自然成因的磁性矿物主要来源于母岩,风化成土过程或生物成磁作用;而人为成因的磁性矿物通常产生于工业活动(化石燃料燃烧,钢铁厂、水泥厂、发电厂等)和交通     

土壤风化速率研究及其应用

土壤矿物风化是土壤、也是整个生态系统中无机矿质养分的最重要来源,不仅为植物长期提供养分和保持土壤的化学平衡稳定性,并缓冲土壤和地表水的酸化,还影响全球气候变化。风化速率在全球碳循环、酸临界负荷和土壤侵蚀等研究中都是非常重要的参数。土壤化学风化是一个不断进行的自然释放过程,气候是最主要的驱动力,而矿物本身的稳定性也影响了风化速率的快慢。由于人为影响下的大气酸沉降和农业活动已经非常普遍,目前的土壤风化速率也因此而改变。本文从风化速率的研究方法、风化速率的影响因素以及风化速率在全球变化中的应用3个方面介绍了近年来在风化速率方面的研究进展,并探讨了相关研究未来的发展趋势。