陕西洛川中更新统下部黄土入渗规律研究

通过对陕西洛川凤栖镇剖面黄土与红色古土壤8个层位的入渗实验及孔隙度与CaCO3含量测定,研究了黄土与古土壤入渗特征和地下水富集条件。结果表明,陕西洛川西沟L4、L5、L6和L7黄土的稳定入渗率较大,4个层位的平均值为0.65 mm min-1;S4、S5、S6和S7古土壤稳定入渗率较小,4个层位的平均值为0.37 mm min-1;黄土层达到稳定入渗的时间较短,一般为60~90 min,红色古土壤达到稳定入渗的时间较长,一般为90~120 min。黄土层含水空间发育好、渗透性强和利于成为含水层,这是冷干的气候动力条件决定的。红褐色古土壤层含水空间发育较差、渗透性弱和利于成为隔水层,这是温湿的气候动力条件决定的。将洛川西沟剖面渗水实验数据用三种入渗公式分别进行拟合得出,通常采用的三个经验公式均适用于描述40万~70万a间发育的黄土和红色古土壤层的入渗规律。本文的研究拓宽了第四纪气候变化理论应用的新领域,表明更新世气候变化在黄土地层土壤水和地下水资源富集条件、富集规律和水资源开发利用研究中有重要应用价值。     

半干旱黄土丘陵区不同坡位退耕还林还草地土壤养分的变异规律

在宁南山区黄土丘陵区开展了退耕还林还草工程效益监测研究,测定了不同坡位退耕还林还草地的土壤养分。对土壤养分单因子分析结果表明:在同一坡面上,随着坡位的降低,退耕还林还草地0—100 cm土层土壤有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷平均含量增加;从不同坡位退耕还林还草地各层土壤养分含量来看,随着土层深度的增加,土壤有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾含量在降低。说明半干旱黄土丘陵区林带间种植的苜蓿经营粗放,加剧了土壤养分的失调。     

岩质边坡植被混凝土肥力时间变异性研究

以水布垭生态恢复工程为对象,研究了植被混凝土肥力的时间变化特性。结果显示:2002—2005年间由于坡面植被大量生长及坡面被冲刷的缘故,基材有机质、速效钾含量在此期间呈差异显著(p<0.05)的下降,碱解氮、速效磷含量下降且在前3年差异显著;2005—2007年间由于坡面植被完全生长形成良好群落,土壤库中养分的释放已能满足根的吸收,各营养元素值略呈上升趋势,但仅与2002、2003年相应值差异显著。整个研究期间基材容重呈现先下降后略上升的曲线,pH值均在8.0以上,变化不明显。研究成果为植被混凝土生态防护基材的改良提供了理论根据。     

坡位对小叶杨人工林生长及土壤养分空间差异的影响

选择毛乌素地区东北部梁地上3种类型的小叶杨人工林,研究了坡位对其生长和土壤养分空间差异的影响。结果表明:整体上,坡位对小叶杨和沙柳的生长均有显著影响。小叶杨人工林植被生长均表现为:坡底>坡顶≥坡中,小叶杨和柠条的混交林比其他两个林型生长好。小叶杨人工林土壤有机质含量在坡底部位多数土层中含量较高,在0.57%~1.09%之间,坡中和坡顶部位含量较小,分别在0.36%~1.07%和0.32%~0.82%之间,这与植被生长较好密切相关;土壤有机质含量在不同坡位均呈波动式减少的趋势,0~10 cm土层中含量均最大,在0.63%~1.09%之间。坡中部位各土层中的速效N、速效P和速效K含量较高,分别在18.82~66.63 m g/kg,24.07~90.06 m g/kg和51.94~190.24 m g/kg,这与坡中植被生长较差有关;而坡底和坡顶较小,速效N、速效P和速效K在不同坡位垂直变化趋势差异较大。另外,小叶杨和柠条混交林的土壤平均养分含量均较高,土壤有机质0.81%,速效N 33.84 m g/kg,速效P 49.03 m g/kg,速效K 104.14 m g/kg。     

赣南红壤丘陵区137Cs示踪土壤侵蚀对土壤养分元素的影响

赣南红壤丘陵区是我国土壤侵蚀与土地退化比较严重的地区,以南丰县为例,应用137 Cs示踪技术探讨不同土地利用方式下土壤侵蚀与养分元素的关系。结果表明:(1)湿地松林、桔园、水田3种土地利用方式作用下土壤中137 Cs与养分元素分布差异显著,在垂直剖面上,湿地松林137 Cs含量呈指数递减分布,水田与桔园137 Cs含量因人为干扰在耕层内均匀分布;有机质与137 Cs有相似的分布特征;全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量均呈现一定表聚性。(2)位于坡地的2种土地利用方式中,湿地松林137 Cs、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质含量均表现为下坡>上坡>中坡;桔园137 Cs活度表现为中坡>下坡>上坡,全氮、碱解氮、速效磷表现为下坡>中坡>上坡,而速效钾、有机质最大值均出现在上坡。(3)相关性分析表明,土壤137 Cs与有机质、全氮、碱解氮显著正相关,表明小流域有机质、氮元素可能与137 Cs有相同的物理运移方式,pH与137 Cs显著负相关,速效磷、速效钾则与137 Cs不相关。(4)3种土地利用方式中位于小流域谷地的水田137 Cs、有机质、全氮、碱解氮含量最高,坡地上桔园坡面137 Cs与土壤养分元素含量均高于湿地松林地,表明一定程度的坡改梯桔园种植模式能有效缓解土壤侵蚀与养分流失,改善区域生态环境。     

不同土地利用方式下坡面土壤养分分布特征

通过土壤养分测定,研究了重庆市长寿区代家沟小流域不同土地利用方式下坡面土壤养分分布特征.结果表明:3种坡位坡耕地的有机质和全量养分含量要远低于有林地,坡耕地和果园的速效养分要远远大于疏林地、荒草地、桑园及有林地的速效养分,果园-疏林地-有林地及有林地-桑园-坡耕地.这两种土地利用结构类型坡面具有较高的土壤养分含量;相同坡位上,土壤养分含量也不同,TP含量虽然在各个坡位中有一定差异,但只在坡顶相差很大,坡中和坡脚的含量不大.坡耕地的速效K含量要远远高于果园和有林地,果园和有林地的速效K含量相差不大.坡面土壤碱解N、有效P、速效K含量与坡位表现出显著相关性.     

黄土高原新近纪红黏土磁性特征研究

黄土高原第四纪黄土之下,埋藏着更加古老的新近纪红黏土。以黄土高原甘肃西峰剖面和灵台剖面为例,采集了两个剖面第四纪黄土和古土壤与新近纪红黏土典型样品,比较了各自风化强度和磁性特征的差异。结果表明,新近纪红黏土样品的风化强度与第四纪古土壤较为接近,远强于第四纪黄土;但新近纪红黏土磁化率显著减弱,在西峰剖面平均只有古土壤的1/5、黄土的1/2;在灵台剖面平均亦不到古土壤的1/2,并小于黄土。两剖面黄土、古土壤与新近纪红黏土磁化率与有机质和活性铁含量呈显著正相关,说明有机质含量与铁活化程度对磁性矿物的含量有显著影响。因此,新近纪红黏土磁性的减弱,可能由于沉积年代久,有机质含量减少,氧化铁矿物老化,磁赤铁矿转化成赤铁矿;也有可能与地下水活动,导致磁性矿物的溶蚀有关。有关机理仍需作进一步研究。     

新集黄土剖面中古土壤初步研究

新集黄土剖面位于陕西扶风县境内渭河第四级阶地上。剖面出露有马兰黄土（Q₃）和离石黄土上部（Q₂²）,厚38m,见有五层古土壤。根据黄土的性质,剖面处于碳酸盐风化壳阶段。黄土中碳酸盐含量10.0—16.5%,古土壤则为0.19—6.0%,全剖面的 SiO₂、Al₂O₃和 Fe₂O₃含量分别为54.0—66.6%、11.6—15.8%、4.8—6.6%。古土壤中的铁铝含量均较黄土为高。但在减去碳酸钙后,差别不甚明显。黄土和古土壤中的粘土矿物主要为伊利石,剖面呈盐基饱和。根据古土壤的结构和性征,这些埋藏的土壤属褐土类土壤。     

哈尔滨荒山岩芯黄土-古土壤的化学风化特征——对古土壤形成环境指示

黄土-古土壤的化学风化特征对于理解亚洲内陆干旱化、东亚季风演化以及全球碳循环等具有重要意义。然而,对于亚洲内陆干旱化东进进程最前缘的哈尔滨黄土-古土壤的化学风化特征一无所知。本文对哈尔滨荒山岩芯的黄土-古土壤进行元素地球化学、磁化率和重矿物分析。哈尔滨古土壤的颜色为灰褐色-灰黑色,不同于其他地区的棕红色。黄土-古土壤的CIA(Chemical Index of Alteration)值为68～74(平均值为72),表明了中等程度的化学风化。然而,古土壤表现出与黄土相近甚至更低的化学风化程度。磁化率和重矿物结果显示,古土壤的磁化率明显低于黄土,铁磁性矿物含量明显低于黄土。因此本文认为尽管哈尔滨古土壤是间冰期气候的产物,但其成壤过程中的气候条件冷湿,导致古土壤层的化学风化甚至低于黄土层。冷湿的成壤环境也使得古土壤层的磁铁矿还原分解,导致古土壤层相对于黄土层具有更低的磁化率。哈尔滨古土壤的形成环境和现在的黑龙江黑土相似,可称之为古黑土。     

黄土丘陵区生物结皮覆盖对土壤团聚体分布特征及稳定性影响

【目的】以吕梁离石区结皮覆盖（藻结皮、藓结皮、藓草混生结皮，裸地为对照）下土壤为研究对象，研究结皮种类对其下层土壤有机碳及土壤团聚体稳定性的影响。【方法】通过干筛和湿筛法对土壤团聚体分级，探究土壤容重、土壤有机碳含量和土壤静水崩解速率与团聚体稳定的相关性。【结果】在0～5 cm和5～10 cm深度，3种结皮下土壤容重与裸地间均达到显著差异；土壤有机碳含量表现为藓草混生结皮和藓结皮分别比裸地显著增加。不同深度土层，团聚体破坏率、分形维数表现为裸地>藻结皮>苔藓结皮>藓草混生结皮；平均重量直径和几何平均直径变化规律正好相反。相关性分析表明，> 0.25 mm土壤团聚体含量与土壤容重呈显著负相关关系；团聚体破坏率、分形维数与土壤容重、土壤静水崩解速率呈极显著正相关关系，与土壤有机碳含量呈极显著负相关关系；平均重量直径、几何平均直径与土壤容重呈极显著负相关关系，与土壤静水崩解速率呈显著负相关关系，与土壤有机碳含量呈极显著正相关关系。【结论】黄土丘陵吕梁随结皮层次提高，土壤团聚体形成能力和土壤团聚体水稳定性逐渐增高，对土壤水稳定性起主导作用的是土壤有机碳含量。     

陕西省洛川县第3-4层黄土和古土壤水分特征研究

通过对陕西省洛川县第3—4黄土层和第3—4红色古土壤层的原状土进行水分特征曲线、田间持水量等项目的实验测定,分析计算了各层土壤的供水储水性能及有效水分含量。结果表明,洛川第3—4黄土层和第3—4红色古土壤土层的水分特征曲线与Van Genuchten模型非常符合,相关系数R2均达0.99以上,说明采用Van Genuchten模型对这4个土层的水分含量和能量之间的关系进行描述是比较准确的。0～30kPa吸力条件下,第3—4黄土层比第3—4红色古土壤层持水量高,黄土层的供水(释水)性能和储水性能强于古土壤。这4个土层随着吸力的增加,在较低吸力段供水性能和储水性能减弱幅度较大,在较高吸力段减弱幅度较小。黄土层所能容纳的有效水含量、饱和含水量与田间持水量均大于红色古土壤层,黄土层的稳定凋萎湿度一般小于红色古土壤的稳定凋萎湿度。     

黄土古土壤的抗剪强度特性

[目的]对原状和扰动古土壤抗剪强度随含水量和干密度的变化进行研究,为黄土地区的边坡工程、隧道工程以及地下建筑工程设计施工中参数的选取提供依据。[方法]分别对相同干密度、不同含水量的原状样,不同干密度、不同含水量的扰动样及与原状样相同干密度、相同含水量的扰动样进行室内直剪试验。[结果]在干密度相同的条件下,原状和扰动古土壤的黏聚力随含水量的增大而减小;在同一含水量指标下,原状古土壤的黏聚力大于扰动古土壤,二者的内摩擦角亦随含水量的增大而减小。[结论]黄土古土壤的抗剪强度指标随着含水量的增大而减小,黏聚力与含水量呈指数函数关系,内摩擦角与含水量呈二次抛物线关系。     

南京附近下蜀土中黄土层与古土壤层的差异性探讨

Xiashu loess strata are widely distributed along the middle-lower reaches of the Yangtze River in East China with the stratum near Nanjing, Jiangsu Province being typical. The cyclic variability of the stratum was investigated through comparison of geological features, chemical composition, and swelling-shrinkage properties between the loess and the paleosol layers. Based on the investigation of such a cyclic variability, soil behavior associated with the unsaturated state of the Xiashu loess stratum and its usefulness for geotechnical design and construction in the Nanjing area was analyzed. The stratum consisted of two types of cyclically alternating soil layers, namely the loess and the paleosol layers, which was the major cause for its cyclic variability. The loess and the paleosol layers were formed in different sedimentary environments. In order to avoid detrimental results from the differential engineering properties between them, this study suggested for the practitioners the importance of inspecting the variation of water content and controlling the downward net fluxes during geotechnical construction in the Nanjing area.     

西安地区全新世气候变化与土壤侵蚀研究

为了揭示西安地区全新世环境变化和黄土地层的侵蚀期,利用野外调查和化学分析等方法,研究了西安地区全新世黄土与古土壤发育时的气候变化和不同气候阶段的土壤侵蚀。通过野外调查,在西安白鹿塬区发现了在黄土塬区很少见到全新世中期古土壤分为3个层次,整个全新世黄土剖面可分为5层,表明黄土塬区全新世气候变化与沙尘暴活动与河谷地区一样可分为5个阶段。土层氧化物、微量元素、CaCO3含量和磁化率测定结果显示,西安白鹿塬区全新世8 500~6 000年和5 000~3 100年古土壤发育时较10 000~8 500年、6 000~5 000年和3 100年以来的黄土发育时夏季风活动强,降水量多,气候湿润,沙尘暴活动弱。中全新世8 500~6 000年间发育的S02古土壤中Fe2O3和Al2O3有一定富集,该层土壤类型相当于黄棕壤,指示当时年平均降水量较现今多150 mm左右。虽然沙尘暴活动很弱的间冰期是黄土地层理论上的侵蚀期,但是实际上这一时期的土壤侵蚀很弱。全新世黄土的侵蚀主要发生在气候冷干时期,不是发生在温湿时期。全新世中期6 000~5 000年间的黄土侵蚀率一般大于堆积率,使得广大地区全新世中期的薄层黄土在绝大多数地区受到侵蚀而消失。全新世中期薄层黄土发育时气候变冷干引起的植被退化是当时土壤侵蚀加强和出现侵蚀期的原因。     

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.     

New insights on the loess/paleosol Quaternary stratigraphy from key sections in the U.S. Midwest

Three key Quaternary loess/paleosol sections were examined in the Missouri Valley (Iowa), Eustis Ash Pit (Nebraska), and in the Wittsburg Quarry (Arkansas) to gain insights into the sedimentation, environment and climate change of the U.S. Midwest. Four loess units are present separated by three well-developed paleosols. Crowley's Ridge Loess (Oxygen Isotope Stage (OIS) 8) is pre-Illinoian in age, and is the oldest loess unit investigated. A well-developed paleosol, interpreted as Yarmouth Soil (OIS 7), is found in this loess in all three sections. Overlying the Yarmouth Soil is Loveland Loess (OIS 6) which has been pedogenically altered by the Sangamon Soil (OIS 5). It has luvisolic properties but a more clayey pedogenic texture than modern luvisols and has no clear eluvial horizon. The overlying Roxana Silt (OIS 4) is pedogenically altered. At Wittsburg and Missouri Valley, the Farmdale Soil (OIS 3) is developed in the Roxana Silt. Based on pedogenic features, we correlate this paleosol to that developed in the Gilman Canyon Formation at Eustis. In Missouri Valley and Eustis sections, the paleosol has chernozemic properties and therefore, the gleyic features observed at Missouri Valley are interpreted as later alterations. Overlying the Farmdale Soil is the widespread Peoria Loess (OIS 2).     

昆山绰墩古土壤粒度特征及母质判别

自第四纪晚期以来,来自黄土高原的粉尘在风力作用下不断向东南扩张,在长江中下游地区形成了下蜀黄土。太湖流域的部分水稻土就是在下蜀黄土之上发育的。本文对绰墩古土壤的粒度组成特征进行了系统的研究。结果表明,绰墩古土壤<5μm粘粒、5~10μm细粉砂和10~50μm粗粉砂组分平均含量分别为22.89%、22.96%和63.52%,其中10~50μm粗粉砂组分为众数粒组。>50μm砂粒平均含量仅为5.10%。绰墩古土壤粒度组成与镇江下蜀黄土粒度组成具高度相关性(r=0.97)。根据粒度分析,我们初步认定绰墩古土壤母质为下蜀黄土。     

李家岗下蜀黄土剖面的反射光谱研究

采用色度学方法,系统研究了下蜀黄土典型剖面的反射光谱特征。结合磁化率、微量元素Ｒｂ、Ｓｒ的含量和比值,讨论了色度参数的古气候意义,初步把下蜀黄土形成以来的古气候划分为３个波动旋回。下蜀黄土和黄土高原色度参数的对比,揭示了长江中下游地区更强的化学风化作用和成壤强度。     

Characteristics and formation mechanism of pedogenic hematite in Quaternary Chinese loess and paleosols

Hematite is an important iron oxide mineral in loess–paleosol sequences in northwest China. Samples containing hematite and related minerals in the loess and paleosol units from Chinese Loess Plateau were investigated using powder X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and high resolution transmission microscopy (HRTEM). The results show that there are at least three genetic types of hematite in Quaternary loess–paleosol sequences of northern China: (1) Weathering products of Fe-bearing silicate minerals, such as chlorite and biotite, that precipitated as aggregates of hematite nano-crystals on mineral surfaces; (2) oxidation products of eolian magnetite grains with hematite nano-crystals closely associated with magnetite; (3) coarse (silt-sized) hematite grains present in the fresh loess. Hematite with a nanoporous texture indicates that dehydration of iron hydroxide ferrihydrite is the main mechanism for the formation of hematite coating during chemical weathering of Fe-bearing silicates. It is proposed that nano-phase hematite is primarily responsible for the red color of the paleosol units. Paleosol layers are also characterized by higher magnetic susceptibility and increased oxidation of eolian magnetite. It is proposed that the major contribution to magnetic susceptibility is from the nano-phase magnetite that may be related to microbial activity. This research demonstrates that the study of mineral characteristics, formation mechanisms and the relationship between hematite, other iron oxides, and Fe-bearing silicate minerals helps to understand better the geochemical process in loess, both before and after dust deposition. In addition our study helps to explain the correlation between magnetic susceptibility and paleoclimate in northern China during the Quaternary.     

长江下游地区下蜀黄土成土发生学研究

通过对长江下游地区一个典型剖面的系统研究,探讨了长江中下游地区下蜀黄土成土特点。研究结果表明,长江下游地区全新世最适宜期形成的古土壤层(黄棕壤)是在末次冰期下蜀黄土堆积成壤基础上的再发育,与下伏下蜀黄土之间基本具备发生学联系。