不同侵蚀度红壤团聚体中粘粒矿物分布特征及其对团聚体稳定性的影响

论文摘要

本文以第四纪粘土发育红壤为研究对象，选用不同侵蚀程度的土壤团聚体，结合对土壤团聚体理化指标的变化，研究了不同侵蚀度红壤团聚体中粘粒矿物组成特点，探讨了粘粒矿物对于红壤团聚体形成过程及稳定性的影响。取得的主要结果有：1、长沙、咸宁、赤壁三个地区供试样品中层状硅酸盐矿物主要为高岭石、水云母和1.4 nm过渡矿物。侵蚀度不同的土壤表现出不同性质特征，随着侵蚀程度的增加，土壤粘粒含量增加、游离态铁、铝氧化物的含量增大、土壤的电荷零点、比表面积和阳离子交换量也随着变大。2、强烈的侵蚀作用对团聚体内部形态影响较大。随着土壤侵蚀程度的增加，团聚体内部的孔隙数量减少，孔隙百分含量减小。团聚体水稳性随着侵蚀度的增加而增强；团聚体稳定性指标WSA和MWD与土壤中粘粒含量相关系数分别为0.79（p＜0.01n=22）和0.73（p＜0.01 n=22），呈极显著相关；WSA、MWD和游离态铁氧化物含量的拟合曲线相关系数分别为0.73（p＜0.01 n=22）和0.72（p＜0.01 n=22），呈极显著正相关；WSA、MWD和游离态铝氧化物含量的拟合曲线相关系数分别为0.70（p＜0.01n=22）和0.72（p＜0.01 n=22），呈极显著正相关。WSA、MWD与非晶型和晶型的氧化铁、铝含量无显著相关性。3、供试土壤大团聚体外层中铁、铝氧化物含量高于内层，赤壁、咸宁和长沙土壤团聚体外层与内层游离态铁含量差(Feex-Fe（in）)平均值分别为1.34mg／g、1.16mg／g和1.55mg／g，游离态铝含量差(Alex-Alin)平均值分别为0.86mg／g、0.42mg／g和1.11mg／g。严重侵蚀团聚体中外层与内层游离态铁、铝含量差别较轻度侵蚀的团聚体高。其中，咸宁地区严重侵蚀的团聚体与轻度侵蚀的团聚体中游离态铁Feex-Fein平均值含量差别最大，赤壁地区严重侵蚀的团聚体与轻度侵蚀的团聚体中游离态铝含量差别最大。铁、铝氧化物在团聚体中分布不均匀，可能是土壤表面受到较强烈淋溶作用，铁、铝氧化物由结晶态向可溶态转化，进入土壤溶液，吸附在团聚体上，由于团聚体内部缺乏供溶液流动的孔隙，铁、铝氧化物主要被吸附在团聚体外表面。4、赤壁和咸宁（湖北地区）大团聚体样品中，除个别样品外，1.4 nm过渡矿物、高岭石相对含量外层大于内层，水云母相对含量内层大于外层。随着侵蚀度的增加，内外层矿物相对含量差值增大。这可能是由于层状硅酸盐矿物在形成过程中受到母质、风化条件及环境因素的影响，矿物种类和相对含量有较大差异。另外，团聚体形成以后，内外层受到的风化程度有差异，外层粘土矿物更易于向非膨胀型、更稳定的高岭石结构转化；同时铝离子在团聚体的外表面富集，使pH降低，有利于1.4nm过渡矿物的形成；较多的降雨使得外层水云母的形成和转化受到影响，相对含量低于内层。5、侵蚀度不同的微团聚体的形貌具有较大差异。侵蚀严重的土壤中，微团聚体主要为圆形或椭圆形，磨圆度高，棱角较少，这可能是由于微团聚体长期受到水蚀作用造成的。轻度侵蚀微团聚体形貌则相反。6、铁元素在微团聚体表面分布并不均匀，边缘位点的铁氧化物相对含量高于中部位点，表现为富集特征，这与大团聚体中铁分布具有一致性。严重侵蚀的样品边缘与中间位点铁含量差别更显著。铁元素的富集特征在微团聚体某一边面表现的更加显著。同时，胶结在一起的两个微团聚体结合点上铁氧化物的含量远高于其它位点，表明在微团聚体相互胶结成大团聚体的过程中，铁氧化物起到了重要的“桥梁”作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 土壤团聚体的形成
• 1.2 团聚体稳定性的主要影响因子
• 1.2.1 粘粒对土壤团聚体稳定性的影响
• 1.2.2 铁、铝氧化物对土壤团聚体稳定性的影响
• 2 材料与方法
• 2.1 采样点概况
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 pH测定
• 2.2.2 土壤胶体的分离方法
• 2.2.3 阳离子交换量的测定
• 2.2.4 土壤电荷零点的测定
• 2.2.5 铁、铝氧化物含量测定
• 2.2.6 外表面积测定方法
• 2.2.7 X-射线衍射（XRD）分析
• 2.2.8 团聚体稳定性指标的测定
• 2.2.9 层剥法处理
• 2.2.10 土壤切片的制备及数字化
• 2.2.11 扫描电镜（SEM）分析
• 2.3 统计分析
• 3 结果与分析
• 3.1 供试土壤的基本性质特征
• 3.2 土壤粘土矿物组成
• 3.3 团聚体的孔隙特征
• 3.4 团聚体稳定性
• 3.4.1 团聚体稳定性指标
• 3.4.2 团聚体稳定性的影响因子
• 3.5 团聚体内、外层铁铝氧化物含量及粘土矿物差别
• 3.5.1 团聚体内、外层间铁、铝氧化物含量差别
• 3.5.2 团聚体内外层粘土矿物差别
• 3.6 不同侵蚀度铁、铝氧化物在微团聚体表面分布特征
• 3.6.1 铁在微团聚体表面分布特征
• 3.6.2 铁在微团聚体胶结面的分布特征
• 4. 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附表