喀斯特地区风化与成土过程特征:黄壤和石灰土剖面Sr同位素地球化学研究

西南喀斯特山地土壤(主要有黄壤和石灰土)的母质来源和形成过程至今存在较多争议.本研究选择黔中地区喀斯特典型的黄壤和石灰土土壤剖面作为研究对象.以Sr同位素为主要研究手段探讨了喀斯特地区风化成土过程特征.不同土壤母质来源及不同类型土壤的相互成因关系.研究发现:石灰土与砂岩黄壤具有明显不同的Zr/Nb和Th/Nb比值:石灰...     

茂兰喀斯特地区常见蕨类植物根际土氮、磷、钾营养元素含量特征

为探讨喀斯特地区植物根际土壤的养分含量特征及植物的适生机制,本文以茂兰喀斯特地区的专性钙生植物种、厌钙植物种和广布种三类对石灰土环境适生能力不同的蕨类植物为研究对象,采用剥落分离法收集根际和非根际土壤,分别对其氮、磷、钾元素进行测定分析。结果表明:(1)研究区土壤全氮含量无论是根际土还是非根际土均较高,根际土为专性钙生植物种广布种厌钙植物种,非根际土为石灰土酸性土,不同种(类)植物根际土壤间差异显著(p0.05)。全磷和有机磷含量均是石灰土显著高于酸性土(p0.05);石灰土非根际土全P含量处于较高水平,有效P偏低,酸性土非根际土有效P处于极低水平;不同种(类)植物根际土各形态磷素含量变异特征与非根际土各形态磷素含量变异特征基本一致。全钾含量无论根际还是非根际均是酸性土稍高于石灰土,而速效钾含量却是石灰土显著高于酸性土(p0.05);各植物种根际土壤速效K含量多处于中等偏低水平,而在不同类植物根际土壤中,除厌钙植物种处于较低水平外均达到较高水平,在石灰土非根际土壤和酸性土非根际土壤中也达到高到极高水平;各类土壤全钾含量均处于较低水平。(2)专性钙生植物种根际土壤较厌钙植物种根际土壤对土壤全N、全P、全K、有机P、有效P和速效K的根际效应均要强,其中,专性钙生植物种根际土壤中的全N、全P、有机P和有效P含量均高于非根际土壤。专性钙生植物种和广布种对土壤P、K具有较强的活化能力,厌钙植物种的活化能力相对较弱,但对其需求、吸收的程度较高。(3)根际及非根际土壤各元素含量及变异特征主要受土壤类型、质地、水热条件、生物活动等因素的影响。厌钙植物种对土壤P、K活化能力较弱而需求较高可能是其在石灰土上生长受限的原因之一。     

贵州喀斯特地区典型土壤碳酸盐垂直分布特征及其同位素组成研究

以贵州为中心的西南喀斯特地区的石漠化是我国实施西部大开发战略中所面临的根本性地域环境问题之一,喀斯特地区石漠化是一种与脆弱生态背景和人类活动相关联的土地退化过程,而土壤退化是土地退化的核心部分。本研究采集了贵州喀斯特地区的砂岩黄壤剖面和石灰土剖面的土壤样品,测定了剖面样品的土壤有机碳含量、土壤碳酸盐含量和土壤碳酸盐δ~(13)C。结果表明,砂岩黄壤和石灰土碳酸盐含量在剖面上的分布存在差异,黑色石灰土碳酸盐含量在剖面上的总体变化均表现出从上到下逐渐减小的趋势,土壤碳酸盐含量主要集中在表层土壤,而黄色石灰土和砂岩黄壤碳酸盐含量在剖面上的变化不大。而且在砂岩黄壤和石灰土中,土壤碳酸盐δ~(13)C值在剖面深度上的变化情况不同,表明了土壤有机碳向无机碳转化的程度,不同的成土过程及程度和成土环境的差异可能是砂岩黄壤和石灰土中土壤碳酸盐δ~(13)C值组成差异的主要原因。本研究提高了对区域碳库特征的认识,为喀斯特生态系统土壤有机质的生物地球化学循环研究提供了理论支撑。     

喀斯特地区土壤有机质的稳定碳同位素地球化学特征

以喀斯特地区二种主要的土壤类型石灰土和黄壤为例,对三种植被类型下土壤及土壤不同粒径组分中有机质的稳定碳同位素组成(δ13C值)进行了分析,结果显示:石灰土剖面中土壤有机碳含量均大于1.0%,最大值为表层土的7.1%,而三个黄壤剖面中土壤有机碳含量在0.3%～4.6%之间;石灰土剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围仅为-24.1‰～-23.0‰,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较小;而黄壤剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围较大,在-24.5‰～-21.1‰之间,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较大。对比研究表明,不同土壤类型中有机质的深度分布特征具有显著差异,土壤有机质的稳定碳同位素地球化学具有明显的区域性特征。     

石灰土(碳酸盐岩风化壳)形成地球化学过程研究

以选自贵州遵义官坝、安顺天龙和贵阳龙洞堡三个剖面为例,运用ACNK和ACNKFM三角图解、元素对的协变特征及元素质量迁移系数,对石灰土形成的地球化学过程进行了详细讨论。结果显示:石灰土形成地球化学过程遵循碳酸盐岩风化成土之两阶段模式;官坝剖面的风化程度和过渡性具有碳酸盐岩风化成土初级阶段的特征,天龙和龙洞堡剖面与红色风化壳的基本特征相似,体现出所经历的风化作用过程或所处的阶段不同;龙洞堡剖面与天龙剖面的地球化学特征和演化过程存在一些不同,可能指示灰岩和白云岩风化壳的本质差异。     

喀斯特地区典型风化剖面重金属超标程度及元素迁移特征研究

我国西南喀斯特地区是著名的重金属元素地球化学异常区。除了人类活动所导致的土壤污染问题以外,地质背景很可能是造成土壤重金属超标的重要因素。为了弄清岩石风化和成土过程中重金属的释放规律及其环境效应,本次研究以贵州省罗甸县典型的碳酸盐岩和碎屑岩风化剖面为载体,采用实地调查、地球化学测试分析等手段,结合质量平衡系数的计算方法对研究剖面的重金属元素超标程度及元素迁移规律展开调查。研究结果表明:碳酸盐岩比泥质岩具有更高的重金属元素释放潜能,其风化和成土过程向环境中释放重金属的量与风化壳的发育程度有关。研究区石灰土剖面重金属元素超标程度严重,且以Cd和As的超标程度最大。地带性黄壤中Cr、Ni元素的富集很可能与剖面发育过程中铁氧化物的沉淀富集有关。综合分析认为岩性不同所导致的风化速率的差异很可能是造成碳酸盐岩和泥质岩剖面重金属淋失程度差异的主要原因。而且,重金属元素在风化剖面中的迁移规律受元素自身地球化学性质、母岩类型和风化壳发育程度等多重因素控制。     

海南土壤中稀土元素含量及分布特征

对海南四种不同母质来源的土壤样品中的稀土元素含量及分布特征进行了研究,结果表明:除砂岩母质外,海南省其它母质的土壤中稀土元素总量都高于全国土壤、世界土壤和地壳中稀土元素的平均含量;各母质类型土壤中Eu亏损明显。花岗岩上发育的土壤中稀土元素含量最高,总量达419.42mg/kg。砂岩和花岗岩上发育的土壤中LREE相对富集。LREE和HREE在不同母质来源的土壤剖面中的富集、迁移等地球化学行为不完全相同,这说明:土壤发育过程中,稀土元素的含量和分布不仅仅和成土过程、气候及其它地球化学因素有关,而且与母质也有重要的关系,母质往往制约着风化成土过程中稀土元素的地球化学行为。     

天宝香蕉成土母质特征及其与香蕉品质的关系

天宝香蕉是福建省的特色农业之一,本文通过对漳州天宝香蕉种植区成土母质的元素特征及其与香蕉品质关系的分析,得出结论:(1)研究区内成土母质的营养元素的含量与岩性有密切的关系,不同地层岩性成土母质各种营养元素含量相差悬殊,总体而言Q4成土母质中营养元素的含量最高,Qel成土母质中营养元素的含量次之,而Q2成土母质中营养元素的含量最低;(2)某些营养元素含量变化具有规律性,K2O、Na2O、CaO、Cu、Zn、Mo的含量随沉积时代由老(Q2)到新(Q4)有增高的变化趋势;(3)各类成土母质适宜种植天宝香蕉程度排序为Q4>Qel>Q3>Q2。     

铜川地区11.4～1.5 ka B.P.期间黄土地球化学风化特征及其古气候意义

通过对铜川剖面黄土-古土壤地层中常量元素和微量元素的地球化学特征进行分析,结合AMS-~(14)C年代学数据,利用Na/K值、CIA(化学风化指数)、A-CN-K三角图、Bc(退碱系数)、Ki(残积系数)、Rb/Sr值和Ba/Sr值等指标,探讨了该地区11.4～1.5 ka B.P.间黄土-古土壤地层的化学风化特征及其古气候意义。结果表明:(1)Na/K、CIA和A-CN-K三角图等分析指示铜川剖面11.4～1.5 ka B.P.间黄土-古土壤地层处于初等化学风化作用阶段。(2)Bc、Ki、CIA、Rb/Sr和Ba/Sr等指标的变化趋势同黄土-古土壤地层具有很好的对应性,较好的记录了铜川地区11.4～1.5 ka B.P.间的气候变化特征,可以将该地区的气候变化划分为4个阶段:11.4～10.2 ka B.P.气候寒冷干燥;10.2～9.1 ka B.P.温度逐渐上升,气候略温偏干;9.1～4.4 ka B.P.气候温暖湿润;4.4～1.5 ka B.P.气候逐渐转为冷干。(3)元素地球化学参数记录的铜川地区全新世最适宜期为9.1～6.0 ka B.P.,并且在6.0～5.0 ka B.P.期间存在次一级的气候恶化事件。     

贵州喀斯特区域土壤有机质的分布与演化特征

中国西南喀斯特区域是全球最大的喀斯特生态区域之一,该区生态环境脆弱,水土流失严重,石漠化趋势严峻。土壤有机质是极为重要的保持土壤结构与质量的物质,深刻认识喀斯特区域土壤有机质的特征与演化是防治和改善我国西南喀斯特区域石漠化现状的迫切需求。本文以贵州省为例,总结归纳前人的研究成果,阐述了该区土壤有机质的分布规律与演化特征,探讨了影响该区土壤有机质分布的因素,以期提出更好的石漠化防治策略。中国西南喀斯特区域土壤受该区多山地形的限制,具有水平地带性以及垂直地带性特征,同时受到喀斯特地质地貌的控制,发育各种非地带性土壤,本区土壤类型多、成因复杂;土壤有机质的分布、演化特征与土壤类型密切相关,具有明显的区域特点。贵州省分布广泛的主要土壤有黄壤、石灰土、红壤、紫色土、黄棕壤、棕壤以及水稻土等。其中,棕壤有机质含量最高,原因可能是棕壤存在区域海拔高,气温低,抑制微生物活动,土壤有机质分解过程比较缓慢;石灰土有机质含量高,原因可能是土壤中钙的含量较高,有机质的保存可能受益于腐殖酸钙及碳酸盐沉淀的包裹保护;而黄壤和红壤等酸性土壤有机质主要是与R_2O_3结合,有机质的活性高于石灰土;黄棕壤有机质含量介于棕壤和黄壤之间;紫色土由于土壤质地的原因,有机质含量最低。     

重金属元素在厦门-漳州土壤剖面中的分布特征及其环境意义

利用等离子体发射光谱法、原子吸收光谱法、X射线光谱法等研究了厦门、漳州两市的9个土壤剖面样品中的Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ni、Hg和As共8个重金属元素在剖面上的分布特征,以及Cu、Pb、Zn三种元素的全量与有效态含量在剖面上的变化特征,探讨了重金属元素垂向变化的环境意义。结果表明部分重金属元素在土壤表层有富集现象和相似的迁移和富集规律;Cu、Pb、Zn三元素的有效态与全量的相关性随着深度而变小,这表明Cu、Pb、Zn三元素的全量与有效态含量间的相关性与人类的活动关系较为密切。     

胡敏酸衰减全反射-傅里叶变换-红外光谱研究

胡敏酸是土壤有机质的重要组成部分。胡敏酸的物化结构和特性直接影响其环境地球化学行为,因此,也是胡敏酸地球化学研究的重要内容。傅里叶变换-红外光谱是胡敏酸物化结构和性质研究的强大工具,以往的研究通常采用压片-透射吸收法来研究分析胡敏酸的有机官能团信息。本工作采用透射-傅里叶变换-红外光谱和衰减全反射-傅里叶变换-红外光谱两种分析方法对比研究了黄壤和石灰土中胡敏酸的有机官能团信息。结果表明,两种分析方法给出完全一致的研究结果,即:黄壤胡敏酸脂肪碳含量较高,芳香结构含量较低;石灰土胡敏酸分子的脂肪碳含量较低,芳香结构和含氧官能团含量较高。比较而言,衰减全反射-傅里叶变换-红外光谱操作简便,无需对待测胡敏酸样品进行预处理,可以广泛地应用于胡敏酸红外光谱的分析。     

湖南攸县典型煤矿和工厂区水稻田土壤镉污染特征及污染途径分析

为了解湖南攸县水稻田土壤镉污染特征及污染途径,选择煤矿区、煤矿工厂区和工厂区三类典型样地进行农田土壤、灌溉水渠底泥及典型含Cd工业产品和副产品如煤、煤矸石和水泥等介质中Cd含量的分析研究.结果表明:1三类样地农田和表层自然土壤以及灌溉渠底泥中的平均Cd含量都超过了土壤环境质量标准0.3 mg·kg-1,煤矿区和煤矿工厂区的煤矸石Cd含量以及工厂区的水泥Cd含量都与相应自然土壤中含量相似,工厂区Cd的大气沉降通量较高;2三类样地土壤Cd剖面垂直分布差异明显,煤矿区和煤矿工厂区0~40 cm剖面的农田土壤Cd较自然土壤高,煤矿区农田和自然土壤中的Cd垂直向下迁移的潜力较高;3煤矿工厂区和工厂区点源下风向农田表土Cd含量明显比上风向低;4攸县煤矿区和煤矿工厂区农田土壤Cd的灌溉水输入途径较为重要,而煤矿工厂区和工厂区农田土壤Cd的大气输入途径也较为明显.     

土壤重金属地球化学背景值影响因素的研究

在北京、天津、济南、南京、广州和广东省采集了46个土壤样品,样品包括由花岗岩、片麻岩、辉长岩,橄榄辉长岩和石灰岩发育的褐土、黄棕壤、红壤、黄壤、赤红壤、砖红壤和石灰土。测定了样品中铜、锌、锰、铬,钴、镍、铅和砷的含量并进行了Q型因子分析和两组线性判别分析。结果表明,可将46个土壤划分为由酸性岩发育的土壤和由基性岩发育的土壤两大类。酸性岩土壤又可再划分为高铅花岗岩和低铅花岗岩土壤两组.基性岩土壤也可再划分为火成岩土壤和沉积岩(石灰岩)土壤两组。结果又表明,46个土壤的8种重金属元素的地球化学背景值与母岩类型之间的关系远比与土壤类型之间的关系更为密切。     

贵州省茅台地区土壤中稀土元素含量及空间分布规律研究

采集了茅台地区的116个表层土壤样品,用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析了稀土元素(REE)含量。利用地统计学和空间分析等方法,对稀土元素(REE)含量、分异特征、空间分布规律等进行分析和探讨。研究结果表明,研究区表层土壤ΣREE平均含量为287.1μg/g,高于中国大陆土壤(186.8μg/g)和地壳中(207μg/g)稀土元素丰度;轻稀土相对富集,轻重稀土分异程度较大;在成土过程中Ce呈现正异常,Eu呈现负异常;六种主要土壤类型稀土元素含量分异规律为:潮土>紫色土>水稻土>石灰土>黄壤>黄棕壤;研究区表层土壤稀土总含量空间分布起伏变化较大,表现为局部相对高值、低值的斑块状分布。本研究可为茅台地区地质地理环境研究提供相关参考,为茅台酒后备资源基地的合理选址提供科学依据。     

北京典型土壤剖面含氧非烃化合物分布及成因

根据对北京地区6个典型采样点土壤样品的试验分析结果,探讨了含氧非烃化合物的含量、组成及其在采样点剖面上的分布特征,并对其污染源进行了讨论. 结果表明,检测到的含氧非烃化合物主要包括C₆~C₂₈正构烷酸类、C₁₂~C₂₈正构烷醇类、正构烷酸甲酯类、酞酸酯类、甾醇类和脱氢松香酸等. 含氧非烃化合物总质量分数及各类化合物的质量分数均有随深度增大而降低的趋势,其中0~40cm含氧非烃化合物总质量分数(4.539~60.689μg/g)较高且变化明显,深度大于40cm的土壤中降至<9.000 μg/g且均趋于稳定. 各采样点含氧非烃化合物的总质量分数纵向变化特征与w(TOC)的变化趋势基本一致,表明w(TOC)是控制土壤中含氧非烃化合物分布的重要因素. 不同采样点正构烷酸类化合物都以C₁₆为主峰碳,次主峰碳为C₁₈,除个别采样点表层土壤中高碳数正构烷酸存在较明显奇偶优势外,中低碳数正构烷酸偶碳优势不明显,推测其主要来源于化石燃料或原土中的有机质,部分高分子量正构烷酸来源于生物质;正构烷醇类以C₂₂为主峰碳,并具有明显的偶碳优势,主要来源于植物或者微生物源等天然源;酞酸酯中DBP(邻苯二甲酸二丁基酯)、DEHP〔邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯〕和DIBP(邻苯二甲酸二异丁基酯)质量分数较高,其来源与这些化合物的人为使用有关;甾醇类以β-谷甾醇占优势,并且大部分集中在表层,主要为生物源.      

深圳土壤稀土元素的背景含量和影响因素研究

为研究深圳市土壤稀土元素的环境背景含量和空间分布特征,以不受或很少受人类活动影响的基本生态控制线区域作为调查范围,在深圳布设450个土壤表层点位、50个典型剖面点位,应用决策单元－多点增量采样方法采集土壤表层样品500个、土壤剖面样品100个.研究结果表明,深圳市表层土壤稀土元素的环境背景含量范围为23.66~1246.26mg/kg,算术平均值285.99mg/kg,高于中国土壤和广东省土壤;轻稀土元素相对于重稀土元素富集,稀土元素的环境背景含量在空间分布上呈现西高东低的特征.深圳市不同土类中稀土元素环境背景含量的95%分位值高低依次为赤红壤 > 红壤 > 黄壤.不同成土母质发育的土壤稀土元素环境背景含量95%分位值大小顺序为变质岩 > 花岗岩 > 片麻岩 > 凝灰熔岩 > 砂砾页岩 > 灰色灰岩.不同剖面层次的土壤稀土元素环境背景含量的95%分位值大小顺序为底层 > 中层 > 表层;随着深度的增加,深圳市土壤稀土元素的环境背景含量也逐渐增加,呈现底聚型特征.成土母质是影响土壤稀土元素环境背景含量的首要因素,花岗岩发育的土壤稀土元素环境背景含量要明显高于砂砾页岩;不同土类也会影响土壤稀土元素的环境背景含量分布,同一成土母质发育的赤红壤稀土元素环境背景含量要高于红壤.典型相关性分析表明,土壤铁、铝等元素与轻稀土元素,以及锰与重稀土元素的背景含量均呈现较强的正相关关系,土壤pH值、黏粒与稀土元素背景含量存在弱正相关,这也侧面反映了土壤稀土元素对成土母质的继承性.