镇江下蜀黄土的稀土元素地球化学特征研究

稀土元素(REE)作为示踪元素在各种岩石的成因、物源、演化及形成环境等方面均具有重要意义。对镇江大港下蜀黄土-古土壤剖面中稀土元素含量和分布特征的研究结果表明:镇江下蜀黄土-古土壤剖面∑REE变化于193.7~214.9μg g-1之间,平均值为207.7μg g-1。下蜀黄土REE绝对丰度明显高于黄土高原黄土,这主要是由于下蜀黄土中粘粒组分含量较高,对REE特别是轻稀土元素(LREE)产生较强的吸附作用造成的。镇江下蜀黄土和黄土高原黄土的REE特征参数及配分模式具有很好的相似性,它们均与上陆壳(UCC)具有相近的REE组成;下蜀黄土剖面不同时代样品的REE分布模式几乎完全一致。这些特征为下蜀黄土的“风成说”提供了新的地球化学证据,并揭示了下蜀黄土的物质来源区可能是一个广泛而开放的空间范围,下蜀黄土粉尘颗粒在搬运过程中经过了高度的混合。镇江下蜀黄土的稀土元素特征主要继承了原始物质的特征,粉尘物质堆积后虽经过较强的风化成土作用,轻重稀土间的分馏强于黄土高原黄土,但总体来说化学风化对REE的分馏作用并不十分显著,古土壤层与黄土层样品的REE组成差异不大,没有产生明显的Ce和Eu再分馏。     

下蜀黄土组成特征研究

本文研究了下蜀黄土的颗粒、矿物和化学组成,并对下蜀黄土的成因作一初步探讨。研究表明,下蜀黄土物质组成以粉砂和粘粒为主,并存有一定量的>0.25mm粗颗粒;粗颗粒中重矿物含量很少,轻矿物以石英、长石为主;粘粒矿物以水云母为主;伴有绿泥石、蛭石、高岭石、2:1/1:1型不规则混层矿物、无定型物质、氧化铁(针铁矿、赤铁矿)和石英,矿物结晶较差。下蜀黄土存在较弱的脱硅富铝化作用(SiO₂/Al₂O₃为3.29±0.19),且有东南部高于西北部趋势。     

南京老虎山黄土-古土壤剖面不同粒级组分的磁化率及其古气候意义

利用沉降离心法将老虎山黄土-古土壤的酸不溶相分离成<2μm、2～45μm和>45μm三个粒级组分,并分别测定了这些组分和全岩的磁化率。结果表明,无论是全岩,还是三个不同粒级组分,它们的磁化率都可以单独作为长江中下游地区古气候演变的参考指标。其中,<2μm粒级的质量磁化率明显大于全岩和2～45μm、>45μm两粒级,而且其分辨率也明显高于2～45μm和>45μm这两个粒级组分。本实验结果还显示,虽然<2μum的质量磁化率最大,但对全岩质量磁化率的贡献率与2～45μm粒级相当,>45μm粒级的贡献率较低。     

黄土丘陵区植被恢复中不同粒级土壤团聚体有机碳分布特征

对黄土丘陵区土壤有机碳在不同粒级团聚体中的分布特征及其对植被恢复的响应进行了研究。结果表明：（1）黄土丘陵区不同植被覆盖条件下,土壤有机碳的分布具有一定的表聚性,0～20 cm土层中有机碳的含量均高于20～40 cm中有机碳的含量,不同植被群落下有机碳的含量大小为：大针茅群落〉长芒草群落〉铁杆蒿群落〉百里香群落;（2）同一深度土壤各粒级团聚体中有机碳的分布特征是：0.5～0.25 mm与1～0.5 mm两个粒级中有机碳的含量最高,〉1 mm的团聚体中有机碳的含量有随粒级增大而减小的趋势;（3）恢复年限对不同粒级土壤团聚体中有机碳的含量影响很大,有机碳的含量随恢复年限的增加总体呈上升趋势。黄土高原沟壑区土壤有机碳的积累与土壤团聚体的粒级和植被恢复的类型、年限等有明显的关系。     

黄土丘陵区植被恢复中不同粒级土壤团聚体有机碳分布特征

对黄土丘陵区土壤有机碳在不同粒级团聚体中的分布特征及其对植被恢复的响应进行了研究。结果表明:(1)黄土丘陵区不同植被覆盖条件下,土壤有机碳的分布具有一定的表聚性,0~20 cm土层中有机碳的含量均高于20~40 cm中有机碳的含量,不同植被群落下有机碳的含量大小为:大针茅群落>长芒草群落>铁杆蒿群落>百里香群落;(2)同一深度土壤各粒级团聚体中有机碳的分布特征是:0.5~0.25 mm与1~0.5 mm两个粒级中有机碳的含量最高,>1 mm的团聚体中有机碳的含量有随粒级增大而减小的趋势;(3)恢复年限对不同粒级土壤团聚体中有机碳的含量影响很大,有机碳的含量随恢复年限的增加总体呈上升趋势。黄土高原沟壑区土壤有机碳的积累与土壤团聚体的粒级和植被恢复的类型、年限等有明显的关系。     

土壤剖面不同粒级中氨基酸组成特征

本文研究了黑钙土，暗棕壤和红壤性水稻土剖面不同粒级中的氨基酸组成。结果表明，水解液中氨基酸含量均以粘粒为最高，其次为粉粒，而砂粒中最低。各级粒中的氨基酸含量均随粒径增大而降低。它们有相似的氨基酸组成。组成中均以甘氨酸，天冬氨酸，谷到，丙氨酸，亮氨酸和异亮氨酸等的相对含量较高。     

不同形态河谷沉积物中稀土元素的粒径分布特征

稀土元素（REE）作为一种重要的土壤侵蚀示踪元素，明确其含量随土壤颗粒粒径的变化特征，对准确量化土壤侵蚀速率具有重要意义。本研究基于Samonova等采样测定的不同粒径范围（<1、1~10、10~50、50~250和250~1 000 μm）土壤/沉积物颗粒中的REE含量，分析了俄罗斯普罗特瓦河左岸河谷形态（“U”和“V”形谷）、地貌部位（坡面、沟坡/沟壁、沟道底部和洪积扇）、侵蚀（坡面、沟坡/沟壁）和沉积（沟道底部和洪积扇）环境对土壤/沉积物REE含量、富集系数等的影响。结果表明：（1）“U”和“V”形谷四类地貌下，轻稀土（LREE）、重稀土（HREE）和总稀土（?REE）含量均随颗粒粒径变粗呈降低趋势。在相同地貌部位，“U”形谷细颗粒中（<50 μm）中LREE、HREE和?REE含量较“V”形谷分别低14.6%~24.7%、10.0%~33.5%和14.2%~21.1%。（2）无论河谷形态和地貌部位，LREE和HREE均明显富集在细颗粒中，尤其是“V”形谷，LREE和HREE主要富集在<10 μm的颗粒中。（3）对比侵蚀和沉积区，“U”和“V”形谷沉积区细颗粒中LREE和HREE的富集程度均显著（P<0.05）大于侵蚀区。可见，无论河谷形态、地貌部位和侵蚀沉积区，REE均主要富集在细颗粒中；但河谷形态和侵蚀、沉积对REE含量的粒径分布有重要影响。     

贵州省喀斯特山区不同石漠化等级土壤粒级特征研究

对贵州喀斯特山区不同石漠化等级土壤粒级进行了研究。结果表明,在贵州省喀斯特山区不同石漠化等级土壤垂直断面(A—B—C)<0.001mm黏粒增加;0.01～0.05mm,0.05～0.25mm细砂粒和0.25～1mm粗砂粒减少。随着石漠化程度增强土壤表层(0—20mm)黏粒含量减少,砂粒增加。在贵州省西部地区,<0.005mm的土粒随着石漠化程度的加剧含量减少。不同石漠化等级中<0.005mm土粒与有机质成极显著正相关关系,相关系数为0.95;0.05～1mm土粒与有机质成显著负相关关系,相关系数为0.63。     

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。     

黄土路堑边坡土壤水分空间分布特征及影响因素

基于西安市三条道路黄土路堑边坡植被防护调查和室内土壤含水率测试结果,研究分析了坡位、坡度、坡向、植被类型和植被防护模式对黄土路堑边坡土壤水分空间分布特征的影响。结果显示,中坡位土壤含水率大于下坡位,下坡位大于上坡位;高坡级边坡土壤含水率大于低坡级;小坡度边坡土壤含水率大于大坡度;阴坡土壤含水率大于阳坡;贴地植被土壤含水率大于直立植被土壤含水率;草灌结合模式的边坡土壤含水率小于灌木单一模式,但前者的生长状况优于后者。     

草萘胺在黄泥土不同粒径微团聚体上的吸附行为

采用超声分散法提取了太湖地区黄泥土中不同粒径的团聚体颗粒,用批次吸附试验的方法研究了除草剂草萘胺在各团聚体颗粒组上的吸附特点。结果表明,不同粒径微团聚体的草萘胺吸附等温线均可用Freundlich方程定量描述,Kf值介于5.56~11.40之间,以粒径<0.002mm和2.00~0.25mm两个粒组吸附容量最大,粒径0.25~0.02mm和0.02~0.002mm两个粒组吸附容量较小。在各团聚体粒组中对土壤吸附草萘胺相对贡献率最大的是粒径<0.002mm粒组。由于颗粒细小的微团聚体更易于在土壤-水环境中迁移,因此,草萘胺在黄泥土上的这种分布特点对环境的潜在影响不容忽视。     

Loess particle size data indicative of stable winter monsoons during the last interglacial in the western part of the Chinese Loess Plateau

Particle size data from the western part of the Chinese Loess Plateau do not support the last interglacial correlation, suggested by the data from the central part of the Loess Plateau, between the high dust-influx events in the Loess Plateau and the cool events in the high northern latitudes. The lack of marked oscillations in the particle size of the last interglacial paleosol S1 in the western part of the plateau is interpreted as an indication of stable winter monsoons. It is thus inferred that the teleconnection between the northern high latitudes and the Chinese Loess Plateau evident in the last glacial might not have existed during the last interglacial. It is argued that the western part of the plateau is a better place to establish synchroneity between parent material (eolian) deposition and S1 paleosol formation (6–8 m thick) under such cooler and drier conditions. However, to assume synchroneity between parent material (eolian) deposition and S1 paleosol formation (only 2.5 m thick) under the warmer and moister interglacial conditions in the central part of the plateau is a questionable practice. Thus, the high-resolution correlation with the data from the North Atlantic area remains problematic.     

Geographic variations in particle size distribution of the last interglacial pedocomplex S1 across the Chinese Loess Plateau: Their chronological and pedogenic implications

Due to northwestward attenuation of the summer monsoon and northwestward intensification of loess deposition during the last interglacial, the last interglacial pedocomplex S1 gradually differentiated from the northwest to the southeast. The three paleosols (S1S1, S1S2, S1S3) corresponding to the marine isotope sub-stages 5a, 5c, and 5e and the two intercalated loess units (S1L1, S1L2) corresponding to the marine isotope sub-stages 5b and 5d are completely preserved at northwestern sections. Towards southeast, both the S1L1 and S1L2 were annexed by the subsequent paleosol development (S1S1 and S1S2) and the three paleosols (S1S1, S1S2, and S1S3) were partially welded. At the southeasternmost site, the three soil-forming events (S1S1, S1S2, and S1S3) repeatedly occurred in a single paleosol profile. The three observed orders of particle-size variations are interpreted to have imprinted important chronological and pedogenic signatures. First-order variations, i.e., a remarkable difference between the interglacial pedocomplex S1 and the glacial loess units (L1 and L2), implies that the S1 parent material was considerably finer in the source areas or/and the proximity to the source areas was much farther during interglacial period than during the preceding (L2) and following (L1) glacial periods. Second-order variation, i.e., the parenthetical trends in > 63 μm and < 10 μm fraction curves, might have resulted from the delayed response of the source material supplies to the climate changes. The third-order variations in < 10 μm fraction correspond well to the variations in frequency-dependent magnetic susceptibility, suggesting that pedogenically formed finer particles (i.e., < 10 μm fraction) and the associated ultra-fine paramagnetic minerals as expressed by the frequency-dependent susceptibility occurred only as a minor component of the < 10 μm fraction. The third-order variations seem to be obscured by soil welding and annexation at southeastern sections where the paleosols within the S1 were partially or completely welded. The laboratory data-indicated < 10 μm fraction peaks of the third-order and field-observed clay coatings on ped-faces, together with carbonate leaching and accumulation, in the paleosols within the S1 indicate occurrence of within-S1 material translocation. To sum up, it is unrealistic to reconstruct high-resolution climatic records from the S1 pedocomplex because a number of factors might have undermined the validity of the particle size as a winter monsoon proxy. These factors include weathering in the source areas, in situ post-depositional weathering and fine fraction translocation, and downward penetration of soil formation into underlying previously deposited materials on stable land surfaces.     

黄土高原典型植被根系对土壤团聚体及其有机碳组分的影响

为探究植被根系作用下不同粒径团聚体内碳组分含量的相对变化及其主要影响因素,以黄土高原地区自然生长的直根系植物铁杆蒿(Artemisia gmelinii Web.)和须根系植物长芒草(Stipa bungeana Trin.)典型植被为研究对象,以退耕1年撂荒地为对照样地(CK),测定各粒径团聚体质量占比及其土壤有机碳(SOC)、颗粒态有机碳(POC)、矿物结合态有机碳(MAOC)含量,分析土壤基本理化性质和根系特征参数与不同粒径团聚体碳组分特征间的相互关系。结果表明:(1)与撂荒地相比,铁杆蒿和长芒草样地均显著提高POC和MAOC含量,POC含量变化幅度均大于MAOC。铁杆蒿和长芒草样地显著提高各粒径团聚体碳组分含量,＞0.25 mm大团聚体中POC和MAOC含量增幅较微团聚体更大,分别为7.44~8.26倍和3.76~4.37倍。(2)大团聚体有机碳含量与POC、MAOC均为极显著相关,小团聚体有机碳含量与POC显著相关,微团聚体有机碳含量与MAOC显著相关。团聚体对POC的包裹和对MAOC的结合作用共同存在,同时二者以不同的影响方式作用于团聚体有机碳变化,继而影响土壤总有机碳,其中,小团聚体有机碳含量是最主要的影响因素。(3)土壤团聚体碳组分与植被根系参数显著相关,根表面积密度(RSAD)和根生物量密度(RWD)是影响团聚体碳组分的主要因素,其解释方差分别为50.5%,17.0%。通过碳组分对各粒径土壤团聚体有机碳的影响,植物根系能够有效提升土壤有机碳含量并改善土壤质量。该研究结果为黄土高原地区土壤固碳与植被恢复提供参考。     

禁牧对黄土高原半干旱草地土壤粒径多重分形特征的影响

研究半干旱地区草地禁牧后土壤粒径分布非均匀性和异质性的变化特征,揭示禁牧对草地土壤粒径分布的影响,为退化草地的恢复治理及科学合理利用提供理论支撑。以宁夏云雾山不同禁牧草地（0,10,15,27,35年）为研究对象,运用多重分形理论,探讨禁牧对草地不同土层（0—10,10—20,20—40,40—60 cm）土壤颗粒分布的影响,明确粒径分布变化的主要影响因素。结果表明：草地禁牧降低土壤容重,增加地下生物量、土壤养分（包括土壤有机碳及全氮）及土壤含水量,在禁牧27年达到峰值。多重分形谱函数Δf > 0,表明土壤结构特征由占比偏大的粒级主导,禁牧后期（35年）砂粒含量达到69.29%,显著高于禁牧前期（10年）;容量维数D₀变化幅度为0.866~0.891,并随禁牧年限递增;信息熵维数D₁和关联维数D₂随禁牧年限均呈先增加后减小的趋势,且在禁牧10年和15年时随土层深度递增,但在35年时随土层深度递减;D₁/D₀范围为1.012~0.904,随土层深度递减。土壤粒径分布与土壤有机碳呈显著正相关,表明土壤有机碳是影响颗粒分布的主要因素。结果表明,禁牧可以改善土壤养分及结构,但长期禁牧不利于半干旱区退化草地的恢复。     

黄土高原植被恢复对不同粒径土壤团聚体中酶活性的影响

[目的]研究不同植被恢复方式下土壤酶活性以及在不同团聚体中的分布特征,为黄土高原植被恢复和管理提供理论依据。[方法]通过野外调查与室内实验相结合的方法研究不同植被恢复方式对土壤团聚体酶活性的影响。[结果]天然草地、15年和25年柠条林地土壤酶活性较高,而坡耕地土壤酶活性较低。土壤酶活性在不同粒径土壤团聚体中,随着团聚体粒径的增大而增大,在1~2,2~3和3~5mm粒径土壤团聚体中逐渐达到最大,之后又随土壤团聚体粒径的增大而减小。土壤酶活性主要分布在粒径1~2,2~3和3~5mm团聚体中,而小团聚体(<0.25,0.25~1mm)和大团聚体(>5mm)中土壤酶活性较低。在0—20cm土层中,土壤酶活性表现出随恢复年限的增大而增加,在20—40cm土层则表现出随恢复年限的增大而维持稳定。[结论]随着人工林种植年限的增加,土壤酶活性逐渐加强,而坡耕地不利于土壤酶活性的提高。因此,未来该区的植被建设中应该加强对天然草地与柠条林地的保护,这有利于土壤酶活性的改善。     

不同管理模式下干旱草地粒度特征

土壤粒径分布及空间变化对土壤溶质和水盐运移、土壤肥力状况等有重要意义,是土壤重要物理特性之一。基于新疆准噶尔北部、阿勒泰山南麓不同管理模式下的草地(荒漠草地、天然草地、弃耕草地、季节草地和禁牧草地),运用质地分类和分形理论探讨草地粒度特征。结果发现:研究区土壤颗粒中黏粒含量最低,最小值仅有0.17g/kg,砂粒含量最高,最大值可达900.37 g/kg,粒径分布呈现单峰特征,表明土壤发育较差;砂粒和粉粒含量之间呈极显著负相关关系,相关系数为0.999 8(P0.01),推测成土母质和地域差异导致土壤中砂粒和粉粒几乎占了全部;荒漠草地、天然草地和弃耕草地黏粒含量的平均值随着土层深度增加而减小,呈现出负相关特征,而季节草地和禁牧草地并无此特征;荒漠草地的分形维数D值最大,可能是因为灌木作为该生态系统中的优势植物,能有效地减缓荒漠草地逆向演替和消亡的进程,对土壤颗粒具有一定的细化作用;所有土壤样品分形维数D与黏粒含量均具有较强相关性,天然草地、荒漠草地和弃耕草地的分形维数D分别与粉粒和砂粒含量的相关性较强,与禁牧和季节草地的相关性较差,说明春、秋轮牧对土壤的干扰可能超过了土壤本身承载能力,对土壤颗粒组成破坏比较大,影响了土壤发育,放牧向禁牧转化时期的长短可能决定了土壤的发育是否良好。