典型土垫旱耕人为土主要常量元素的迁移富集特征、成因及其意义

土壤中元素含量的分布特征反映了多个成土因素综合作用下土壤演变过程的结果。研究在黄土高原区关中平原西部地区采集两个典型的土垫旱耕人为土剖面,研究常量元素K、Na、Ca、Mg、P、Fe、Al、Ti的分布特征及其成因。结果表明,土垫旱耕人为土剖面中,K、Fe、Al、Ti呈中高型分布,Ca、P、Na、Mg呈中低型分布。各元素的迁移能力表现为:Ca最强,P、Na、Mg、K次之,Fe、Al、Ti比较稳定。Ca、P、Na、Mg在剖面上的中低型分布主要是由自然环境下元素自身的淋溶迁移引起;稳定元素Fe、Al、Ti和弱迁移元素K在黏化B层(2Bt1层、2Bt2层)和干润淋溶土表层(2A层)的峰值则主要是由于暖湿气候条件下碳酸盐的强烈淋溶而呈现的相对富集。研究表明,关中地区典型土垫旱耕人为土元素地球化学特征的形成主要受控于气候的变化,人为作用的影响主要体现在有机碳和磷等养分元素在表层的富集上。     

豫中黄土地区全新世黄土剖面成壤作用与古气候研究

通过对河南豫中黄土地区黄土剖面化学元素的深入研究认为:在该地区全新世中期风化成壤过程中,Al、Fe、K、Ti、Rb、Ba等元素在古土壤中相对富集,表现出残留富集的特征;而Si、Ca、Na、Sr等元素则在风化剖面中淋失。而Al、Na在成壤过程中因具有不同的地球化学行为,从而产生显著的分异现象,并且随着成壤作用的增强分异加剧。因此,Al/Na值在黄土剖面中的变化反映了风尘堆积物成壤强度的变化,能够作为成壤作用、气候变化的替代指标。     

雷州半岛玄武岩发育的时间序列土壤的发生演变

采集了广东省南部热带地区雷州半岛第四纪以来不同时代(0.58～6.12 Ma)喷发的玄武岩上发育时间序列土壤剖面样品,分析了一些理化性质的变化趋势。结果表明:(1)容重随深度增加而增大,与成土年龄有较好的相关性,说明容重在一定程度上可以指示土壤的发生层次和发育程度。(2)游离铁(Fed)、铁游离度(Fed/Fet)、活性氧化铝(Alo)和铝活化度(Alo/Ald)与成土年龄有着较好的相关性,可以指示土壤的发育程度和相对成土年龄;而无定形铁(Feo)、游离铝(Ald)和无定形硅(Sio)与成土年龄的关系不明显,尚难于指示土壤的发育程度。(3)常用的黏粒风化发育指标,如硅铝率Sa(SiO2/Al2O3)、硅铁铝率Saf(SiO2/(Al2O3+Fe2O3))、风化淋溶系数ba((Na2O+K2O+CaO)/Al2O3)、A指数((SiO2+CaO+K2O+Na2O)/(Al2O3+CaO+K2O+Na2O))、B指数((CaO+K2O+Na2O)/(Al2O3+SiO2+CaO+K2O+Na2O))、WI指数([(2Na2O/0.35)+(MgO/0.9)+(2K2O/0.25)+(CaO/0.7)]×100)、CIW指数([Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O)]×100)、CIA指数([Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O+K2O)]×100,与成土年龄之间相关性不显著,难以指示土壤的风化程度,但黏粒的Sa、Saf和元素Si迁移率的变化在一定程度上揭示了土壤中生物复硅的存在。     

湖南张家界典型植烟土壤地球化学特征研究

为了研究张家界山地植烟区域土壤的成土环境及地球化学元素的丰缺状况和迁移富集规律,为烟区优质特色烟叶的生产和布局提供科学依据,本文采集23个长期耕种的典型植烟土壤剖面样品,测定分析了25种地球化学元素(氧化物)的含量,并对土壤的风化发育状况和元素(氧化物)的迁移富集特征进行了研究。结果表明,张家界烟区主要成土母质如石灰岩、板页岩、紫色砂页岩风化物均受到了较强的风化作用,化学风化指数(CIA)介于73.19～88.03之间,总体上土壤具有Ca、Na贫乏而Fe、Al相对富集的化学组成特征。其中紫色砂页岩风化物发育形成的紫色土的风化作用较强,土壤的淋溶作用较强;石灰岩风化物发育形成的土壤富铝化程度较低。黄壤、水稻土、紫色土中地球化学元素多数表现出一定的富集特征,大量有益营养元素的富集对于提高烟叶产量具有重要作用。土壤剖面淋溶层中元素(氧化物)P、B、Se、Mn、Zn、Cu、Ni、Y、Sc、La、Fe2O3、SiO2的含量均高于中国或世界土壤元素(氧化物)中值(均值),而N、S、Cl、Mo、Co、Sr、Br、I、CaO、MgO、K2O、Na2O、Al2O3的含量偏低,其中元素(氧化物)N、P、S、Mo、Se、Mn、Zn、Br、I、CaO、MgO在土壤剖面中的含量变化较大。通过对元素(氧化物)富集系数的聚类分析,将元素(氧化物)分为3类:呈较强富集特征的元素N、P、S、Se;呈较强迁移特征的元素(氧化物)Br、I、Mn、CaO;变化较稳定的其他元素。微量元素B、Zn、Cu和稀土元素Y、Sc、La含量较丰富且变化相对稳定,表明除了常量元素N、P、S以外,微量元素Se、B、Zn、Cu和稀土元素Y、Sc、La可能是影响张家界烟区烤烟品质的重要特征元素。     

西安地区第5层古土壤中的铁质薄膜类型与水文特征

揭示西安地区第5层古土壤中还原层的类型和水分平衡,对认识西安地区S5古土壤发育时的气候和植被以及地下水补给来源具有重要科学意义。通过对西安地区第5层古土壤(S5)的调查和多个剖面的观察,在西安东郊任家坡剖面、南郊双竹村剖面和蓝田田家坡剖面首次发现该层古土壤黏化层中含有1~5mm大小的低价氧化铁的灰绿色斑点。低价铁的灰绿色斑点是在地势较高和地下水位较深的还原作用下形成的,属于高位还原层,不同于以往认识的潴育化类型。灰绿色斑点指示S5古土壤发育时土壤中上部出现了雨季积水并处于还原环境,当时雨季还原层含水量达到了饱和状态,土壤中上部含水量为42%左右,土壤水分非常充足。该层古土壤的红色铁质胶膜迁移到了上部古土壤黏化层顶界之下6.3 m深的黄土中,表明当时高含量重力水分布达到了6.3 m左右深度,至少出现过较长时期适于茂盛森林植被发育的气候。在西安地区S5古土壤发育时,土壤水分的收入量大于支出量,土壤水分为显著正平衡。当时大气降水在经过蒸发、蒸腾与地表径流损失之后,还有较多剩余的水分通过入渗补给深部土层水。S5古土壤发育时降水较丰富是导致该层古土壤出现高位还原层的主要因素。     

金衢盆地红土地球化学特征

用X射线荧光光谱法(XRF)对金衢盆地的5个剖面127块样品进行测试,分析结果表明:主量元素组成以SiO2、Fe2O3、Al2O3为主,K、Na、Ca、Mg等易溶组分的含量很低,TiO2含量的平均值高于UCC值;Fe2O3、MnO含量在沉积型红土网纹和均质红土的交界处明显聚集,推测与不同沉积层交界处理化性质突变有关,而基岩风化壳型红土则逐渐过渡;SiO2、Fe2O3、AL2O3等化学成分和硅铝系数等化学风化指标指示沉积型红土由网纹至均质红土风化强度减弱的趋势,而基岩风化壳型红土的K、Na、Ca、Mg及TiO2含量均呈现从基岩到红土层风化强度逐渐增大的趋势。     

老挝南部Antoun地区花岗闪长岩风化壳中常量和稀土元素分布

应用岩石薄片鉴定、X射线粉晶衍射、X射线荧光光谱和ICP-MS等分析方法,研究了热带季风型气候条件下老挝Attapeu省Antoun地区二叠纪花岗闪长岩上发育的砖红土型风化壳矿物组成、常量元素和稀土元素地球化学特征。结果表明,风化产物呈酸性,风化壳表土上形成薄层硅质壳层,表土中石英含量最高、铁氧化物含量低和高岭石含量低,符合典型的灰化土特征。随着风化作用加强,Fe2O3、TiO2和Al2O3出现富集,K2O、Na2O、CaO和MgO出现淋失。石英出现富集原因可能是雨季降水冲刷和酸性水淋溶掉高岭石等黏土矿物,而旱季SiO2含量上升至地表富集形成硅质薄壳缘故。剖面稀土元素分布型式为轻稀土富集型,∑REE在风化壳中部达到最高值318 mg kg-1,剖面上Ce和Eu均呈正异常-负异常-正异常变化趋势,∑REE最高值出现在Ce和Eu负异常和(Fe2+/Fe3+)较高层位,∑REE与Fe2O3显著正相关。REE富集与铁铝氧化物和黏土矿物吸附有关,也与相对还原的酸性环境有关。     

古人类活动对土壤发育的影响——以河南仰韶村文化遗址为例

选择在河南仰韶村文化遗址内,分别选取一个受到古人类活动干扰的土壤剖面(简称文化剖面)和没有受到古人类活动干扰的土壤剖面(简称自然剖面),通过分析和比较两个剖面中炭屑、各种氧化物含量和土壤发育指标数值,研究古人类活动对土壤发育的影响。研究结果显示,在古人类用火形成的灰烬层中,炭屑含量达到最大值2.38×105粒g-1,约为自然剖面最高值的12.35倍,这使得Si O2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Mg O和Na2O含量相对减少,均达到最小值,而Ca O、Mn O含量达到最大值,表明古人类用火产生大量含Ca和Mn物质;而在古人类居住形成的文化层中,除Si O2几乎无变化外,其余物质均出现最大值或达到波峰,表明古人类居住活动有利于各种氧化物的富集。文化剖面发育指标数值总体高于自然剖面,在文化剖面内,文化层和灰烬层的上覆和下伏自然土层中各种元素物质含量基本相同,表明古人类活动阻碍了各种元素物质向下迁移和聚集,使下伏自然土层保持在一个相对封闭的环境中,由此推测古人类活动基本阻碍了土壤发育进程。     

末次间冰期以来临夏地区气候变化的黏土矿物学及地球化学记录

临夏盆地塔湾剖面黄土-古土壤沉积物的黏土矿物学及常量元素特征分析表明,末次间冰期以来临夏地区气候变化经历了从相对温暖湿润(Ⅰ阶段:92.4～78.8 ka)—寒冷干燥(Ⅱ阶段:78.8～59.8ka)—相对温暖湿润(Ⅲ阶段:59.8～47.7 ka)—寒冷干燥(Ⅳ阶段:47.7 ka以来)等4个阶段的演化。黄土-古土壤中黏土矿物以伊利石、绿泥石、伊/蒙混层及坡缕石等为主,并且坡缕石在沉积物中广泛发育,表明末次间冰期以来临夏地区总体上以相对干燥为主。w(TiO2)/w(Al2O3)比值表明沉积物剖面中黄土-古土壤层可能具有相同的物源,黄土-古土壤交替的发育特征应该为不同时期风化程度差别所致,与当时的大气降水量及温度密切相关。在相对温暖湿润的时期,黏土矿物相对含量、化学蚀变指数CIA值及w(Al2O3)/w(Fe2O3)、w(SiO2)/w(Al2O3)、w(SiO2)/w(Fe2O3)和w(MgO)/w(Al2O3)等氧化物比率变化波动较大;在寒冷干燥的时期,黏土矿物相对含量、CIA值及各氧化物比率较为稳定。黏土矿物学及常量元素变化特征共同揭示92.4～78.8 ka期间和47.7 ka以来出现明显的降温事件,说明临夏地区末次间冰期以来气候环境的不稳定性,可能与高原冬、夏季风的此消彼长密切相关。     

金属元素对木屑快速热解的影响

采用傅立叶红外光谱（FTIR）分析,以木屑为研究对象,在管式炉中研究了Al/Ca/Fe/K/Na/Zn金属元素对生物质快速热解过程中热解速率以及CO和CH4析出规律的影响。FTIR分析表明：加入含金属元素添加剂抑制了CO和CH4的产量,添加剂对CO产量和CH4产量的抑制能力依次为Fe2O3＞ZnO＞NaCl＞CaO＞KCl＞Al2O3;Al2O3/ Fe2O3/ ZnO作为添加剂可缩短CO和CH4的析出时间,其中Fe2O3作用最为显著,其他添加剂对析出时间的影响相对较小。对热解速率的统计分析表明：加入金属元素降低了生物质的快速热解速率,热解反应速率大小依次为：不加添加剂＞Al2O3＞ Fe2O3＞ZnO＞KCl＞CaO＞NaCl。     

侵蚀性花岗岩坡地不同地貌部位土壤剖面风化特征研究

为揭示发育于侵蚀性风化花岗岩坡地上不同地貌部位土壤剖面的风化发育特征,在浙江省选择了典型的风化花岗岩坡地:浙江省嵊州市水土保持监测站为研究区,在监测站同一坡面不同侵蚀强度的坡顶、坡中、坡底选取3个典型的土壤剖面(140 cm),从下至上等距离(20 cm)采集土壤样品,共采集21个土样。进行了各层土壤基本理化特性和化学全量的分析,并分别计算了3个剖面不同层次的主要化学风化系数及总的风化强度,结果表明:(1)在强烈侵蚀的花岗岩风化残积坡地发育的土壤,总体发育成熟过程较弱,其进一步的发育与典型的地带性土壤的发育有很大的差异,侵蚀过程严重地影响了土壤的进一步成熟,侵蚀强度越大,则土壤发育越差。(2)土壤剖面总的风化强度不大,上下层的递变差异很小,脱硅富铝化过程随着剖面深度的增加风化程度越来越弱。(3)土壤剖面的化学分层不明显,各种风化指标均在60 cm左右形成了一个分界层,其上受水力侵蚀影响明显,其下呈现出的特性以继承残积母质为主。(4)不同地貌部位的风化发育程度排序为:坡底坡中坡顶,其与采样坡面的侵蚀强度排序正好相反。(5)风化程度与有机质和黏粒含量具有较为明显的正比关系,在侵蚀环境下,土壤的物理特性对风化的影响明显,在沉积环境下土壤有机质的影响大于黏粒含量的影响。总之,由于受侵蚀的影响,坡地土壤剖面的淀积层不发育,剖面呈现出的假淀积层不是由淋溶作用形成的,而是具有一定风化程度的风化残积层,结果导致发育于山地丘陵侵蚀性坡地的土壤层次划分不同于常规的土壤层次划分。     

古土壤地球化学的某些问题——黄土风化过程中元素的变化

对黄土中埋藏古土壤的研究有过许多报道^[2,5,8].但对黄土风化过程中元素的变化讨论则不多.笔者是在近年来对陕西洛川黄土剖面工作的基础上,讨论了不同类型古土壤中元素的含量与分布,古土壤剖面中元素的变化.并将古土壤的化学组成与黄土母质进行比较,进而论述了在古气候变迁的影响下,黄土剖面中元素迁移、积聚的地球化学特征.这对探讨黄土的堆积环境和生物气候条件的演变,以及地层划分等均有十分重要意义.     

甘肃东部地区黑垆土的发育演化模式与发生学特性的时空差异

本文研究了甘肃东部(亦称陇东)黄土塬区黑垆土的发育演化模式及成土速率与成土作用强度的时空变异规律。提出黑垆土叠加剖面的形成依次经历了古土壤发育、新冰期黄土粉尘堆积覆盖、人类耕作堆肥熟化三个阶段。埋藏古土壤普遍形成于距今7500-3500年高温期的温湿草原环境中,南部粘化黑垆土带还存在距今约13800-7500年的古土壤发育阶段,但此时的成土速率比中全新世小。同一阶段的成土速率和成土作用的强度南部比北部大。在新冰期(距今约3000-2500年)中黄土粉尘的加速堆积,是古土壤层被掩埋以及形成覆盖层的直接原因。具有普遍性的人为耕作熟化是在全新世黄土覆盖层上进行的,黑垆土剖面中不可能普遍存在古耕层。     

太湖地区水耕人为土中漂白层的成因探讨

采集太湖地区4个具有漂白层的水耕人为土剖面(E-A1、E-A2、E-A3、E-A4)及1个发育于相同母质上的一般水耕人为土剖面作为参照(Ref),描述了土壤剖面的形态特征,分析了土壤颗粒组成、黏粒矿物组成、铁氧化物以及大量和微量元素等,并探讨了漂白层成因。5个剖面土壤颗粒组成以粉粒为主,在60%~75%之间,且剖面中各层次变异系数较小,小于10%;大量元素和微量元素在剖面各层次间变异系数也小于10%,指示漂白层与上覆和下伏土层发育在相似物质来源的土壤母质上;而E-A1剖面漂白层中较高的粉粒含量(75.04%)、较大的中细粉粒和中细粉粒/粗粉粒比值的变异系数(38.05%、61.85%)表明该剖面母质具有不均一性。说明E-A2、E-A3、E-A4、Ref剖面土壤性质的变化主要是由于成土作用形成的,而E-A1剖面土壤的性质变化除受成土作用影响外,还受沉积环境的影响。E-A2、E-A3、E-A4剖面的漂白层中蒙脱石和蛭石、粉粒和粗粉粒、SiO2、CaO、Zr等含量高于上下土层,而水云母和绿泥石、游离铁、Al2O3、Rb、Li、Ba、稀土元素(Rare earth element,REE)等则相反;同时,参照剖面亦有与E-A2、E-A3、E-A4剖面类似的特点,只是漂白作用出现在耕作层,不能定义为漂白层;而E-A1剖面的部分性质则显示出空间上的不一致性,其粉粒含量并非漂白层最高,而是随剖面土层深度向下越来越大。这些变异表明,太湖地区水耕人为土漂白层的形成,可以由黄土性泻湖相沉积物经过水耕过程中水分的周期性淹水和排干,通过机械淋洗和活性铁的淋溶而形成(剖面E-A2、E-A3、E-A4),也可以是母质沉积的过程中受湖水水面升降,导致机械淋溶,然后水耕过程叠加活性铁的淋溶而形成(剖面E-A1)。     

云雾山自然保护区土壤发生特性与系统分类研究

对黄土丘陵区典型草原带宁夏云雾山自然保护区不同演替阶段植被下土壤的发生特性及系统分类进行了研究。结果表明:保护区内土壤保持有完整的发生层次,有明显的A层、过渡层(AB)、淀积层(B)与母质层(C);土壤颜色、结构和养分在剖面层次上明显差异;土壤有机质含量较高,最高可达到31.5g kg-1;土壤碳酸钙有明显的淋溶淀积,在剖面中下部形成淀积层;颗粒组成以0.05-0.01mm粒级的细砂粒为主,其次为<0.002mm的粘粒;土体矿质全量中,S iO2占绝对优势,A l2O3次之,化学元素的含量顺序依次为S i A l>Ca>Fe>K≈Mg>Ti>Mn。土壤发育处于物理风化为主阶段,化学风化较为微弱,矿质元素的移动不明显。供试土壤共分属2个土纲,2个亚纲,3个土类和3个亚类,其中YW-2、4属于钙积暗厚干润均腐土,YW-3、5属于普通简育干润雏形土,YW-6属于钙积暗沃干润雏形土。     

Some properties of a chrono-toposequence of soils from granite in New Zealand, 1. profile weights and general composition

A chrono-toposequence of five soils formed in strongly weathered granite in the South Island of New Zealand was described on the basis of soil profile morphology, landscape position, and the degree of weathering of the underlying granite. The sequence contains five progressively younger soils on increasing slopes from crest to backslope formed in a Parent Material of originally uniform mineralogical and chemical composition as Parent Rock under a uniform climate and vegetation. All profiles of the sequence are strongly weathered and leached with the final member of the sequence being considered to represent a terminal steady-state system.Changes in a number of chemical and physical soil properties were described with the increasing soil development (i.e. increasing weathering and leaching) represented in the sequence profiles. Profile soil weights (< 2mm) remained approximately constant, once weathering of stone material (> 2 mm) to fines was completed. An initial increase in profile silt and clay content was followed by a decline in both fractions with a corresponding increase in the sand fraction. Proportions of kaolin/metahalloysite initially increased and 2:1–2:2 Al intergrades decreased, but the final three sequence profiles had similar clay mineralogies with kaolin/metahalloysite being the main component. Profile weights of oxidisable carbon and total nitrogen followed an exponential decline after an initial increase between the first two sequence profiles. Profile cation-exchange capacity, total exchangeable bases, percent base saturation, and exchangeable cations showed no trends with increasing soil development. Depth-gradients of these parameters together with oxidisable carbon and total nitrogen became less pronounced, with the apparent tendency towards a steady-state system in the final sequence profile. Multiple regression analysis indicated that oxidisable carbon was the main contributing factor to cation-exchange capacity followed by clay content.Profile weights of total calcium and potassium were closely correlated and showed an approximately exponential decline with increasing soil development, whereas total magnesium showed a relatively linear decline. Total aluminium and iron both showed an initial increase and then declined. The relative rates of loss of the five total elements studied were in the order: Ca > Mg > K, Fe > Al.