遼寧朝陽鳳凰山古土壤鐵錳膠膜及其基質(zhì)礦質(zhì)全量的比較研究

王丹丹　陶敬　馬志強

摘要：對比分析遼寧省朝陽市鳳凰山古土壤剖面的土壤與土壤鐵錳膠膜的化學(xué)組成，從土壤微環(huán)境方面對剖面各層次的基本理化性質(zhì)和水熱條件進行探討。研究結(jié)果表明：土壤鐵錳膠膜在物質(zhì)組成和化學(xué)性質(zhì)上與整個土體和基質(zhì)有明顯差異，土壤鐵錳膠膜的全量化學(xué)組成符合風(fēng)化殼組成規(guī)律，以SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3為主；剖面的膠膜主要是大量的鐵錳膠膜和少量的粘粒膠膜；S1—S4古紅土地層代表的氣候條件較L2—L4古黃土地層代表的氣候條件濕潤的多。

關(guān)鍵詞：鐵錳膠膜；古土壤；微環(huán)境；風(fēng)化指標(biāo)；朝陽

中圖分類號：S153.6+1；S151+3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）02-0010-04

古土壤是在過去成土條件影響下形成的、較穩(wěn)定的地理環(huán)境因素載體，記錄了大量的古環(huán)境信息。根據(jù)這一特點對古土壤進行研究，能夠解譯古氣候、古環(huán)境信息，有助于恢復(fù)重建古地理、古生態(tài)和古景觀。研究表明，古紅土是濕熱條件下形成的古土壤，古黃土則是冷干條件下形成的古土壤。然而，前人多以整個土體為研究對象，忽略了土壤是一個非均質(zhì)體的事實。對古土壤微環(huán)境進行研究，能使古成土形成過程中留下的印跡清晰地展現(xiàn)出來，因此近年來相關(guān)研究越來越受到重視。

土壤鐵錳膠膜是土壤微環(huán)境的記錄體，是在土壤形成和發(fā)育過程中，由粘粒、游離氧化物、碳酸鹽、腐殖質(zhì)等細粒物質(zhì)通過濃聚、淀積或析離，在土壤縫隙（或孔隙表面）以及機構(gòu)體（或顆粒）表面形成的一種膜狀結(jié)構(gòu)。目前，關(guān)于熱帶、亞熱帶不同類型土壤中的鐵錳膠膜研究較多，對不同氣候條件下的土壤鐵錳膠膜研究較少。

朝陽市地處遼寧西部，是東北地區(qū)第四紀(jì)古紅土分布范圍較大的地區(qū)，鳳凰山古土壤剖面因當(dāng)?shù)亟ㄖ⊥炼?。其位于松嶺山脈中段鳳凰山附近的山間盆地內(nèi)，是東北地區(qū)古紅土研究的理想剖面。近年來，對遼寧朝陽鳳凰山古土壤序列剖面的研究較多，但這些研究都是從土壤學(xué)整體進行分析的，在土壤微環(huán)境分析方面還是空白。為此，在前人研究的基礎(chǔ)上，以土壤鐵錳膠膜為研究對象，分析遼寧朝陽鳳凰山古土壤剖面的微形態(tài)及微環(huán)境，旨在為微環(huán)境與古氣候的關(guān)系研究奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 剖面介紹

供試土壤為遼寧省朝陽市雙塔區(qū)凌鳳街荒甸子村的鳳凰山剖面，此剖面由當(dāng)?shù)亟ㄖ⊥炼?，地理坐?biāo)為E120°30′20.8″，N41°33′09.6″。剖面總厚度19.85 m，未見地層底界，頂部為棕色土層。根據(jù)顏色、結(jié)構(gòu)、緊實度和層間接觸關(guān)系等，將鳳凰山古土壤剖面劃分為10個土壤地層、41個土壤發(fā)生層。就土壤地層而言，最上部108 cm是發(fā)育在洪積物上的現(xiàn)代土壤層（S0），底部以一薄層灰?guī)r礫石層（7 cm）與其下伏黃土層L1呈不整合接觸；S0層以下相間分布5個黃土層（L1～L5）和4個紅土層（S1～S4），向下為相間分布的5個黃色土層和4個紅色土層（見圖1）。經(jīng)國家地震局采用電子自旋共振法（ESR法）測定，確定剖面的時間跨度約為0～423 Ka B.P.。

供試土壤按土壤地層采集，每個土壤地層選擇具有典型土壤鐵錳膠膜的部位。但是，受長時間自然因素及人為破壞等影響，只采集到紅土地層S1～S4、黃土地層L2～L4的土樣。S3與L4之間存在典型鐵錳膠膜過渡層土壤，不具有代表性。

1.2 樣品處理

土壤鐵錳膠膜由鐵和錳的氧化物（或水合氧化物）組成，包被在土粒外部，具有蠟狀光澤表面，顏色為紅色（或深褐色）或黑色。取樣時，選取具有典型鐵錳膠膜的土塊。土塊經(jīng)自然風(fēng)干后，用不銹鋼刀片將帶色的鐵錳膠膜輕輕刮下（深褐色或黑色部分刮凈），所刮膠膜的厚度一般小于1 mm，磨細，過篩，即為鐵錳膠膜土樣。刮凈膠膜的土壤過篩，作為基質(zhì)土樣。

1.3 試驗方法

pH值：2.5∶1.0水土比—pH計法；非晶質(zhì)鐵、錳：草酸銨緩沖液浸提原子吸收法；晶質(zhì)鐵、錳：用DCB法（檸檬酸鈉—重碳酸鈉—連二硫酸鈉）提取，原子吸收法測定；交換性鉀、鈣、鈉、鎂：醋酸銨提取，原子吸收法測定；全量：碳酸鋰—硼酸熔融法提取，ICP測定；有機質(zhì)：元素分析儀測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要氧化物在土壤鐵錳膠膜及基質(zhì)中的分布特征

對鳳凰山古土壤及其膠膜元素成分的分析結(jié)果表明：基質(zhì)和膠膜的化學(xué)組成均符合風(fēng)華殼組成規(guī)律，以Fe2O3，Al2O3，SiO2為主，這3種成分在基質(zhì)中的含量分別為53.22～68.43 g/kg，153.25～173.48 g/kg，520.73～715.39 g/kg，在膠膜中的含量分別為52.50～69.42 g/kg，156.13～174.06 g/kg，633.38～684.50 g/kg；膠膜中各元素的平均含量比基質(zhì)高，但差異不大，說明Fe2O3，Al2O3，SiO2是比較穩(wěn)定的化學(xué)元素，不易被淋洗和遷移，但過渡層和L4層基質(zhì)中的SiO2含量明顯高于膠膜，由于Si02是很難風(fēng)化和遷移的，因此可能是由母質(zhì)不同導(dǎo)致的。

主要氧化物在土壤鐵錳膠膜及基質(zhì)中的分布見圖2。

從圖2可以看出：3種元素?zé)o論是在基質(zhì)中還是在膠膜中，在地層由上至下的分布都具有一定規(guī)律；在各個土壤地層中Fe2O3和Al2O3的規(guī)律一致，地古紅土中的平均含量高于古黃土；SiO2與其相反，在古黃土中的平均含量高于古紅土，說明古紅土的脫硅富鋁作用強于古黃土。

2.2 其他氧化物在土壤鐵錳膠膜及基質(zhì)中的分布特征

基質(zhì)中的全量K，Na，Ca，Mg含量分別為27.70～29.00 g/kg，5.10～21.81 g/kg，6.00～10.14 g/kg，9.02～14.93 g/kg，而膠膜中的全量K，Na，Ca，Mg含量分別為27.87～30.00 g/kg，11.02～28.51 g/kg，10.99～28.17 g/kg，11.02～28.17 g/kg。

由圖3可以看出，上述4種元素在膠膜中的含量均比在基質(zhì)中高。T檢驗可以看出，除K元素外，其余3種元素均達到顯著性或極顯著性水平，說明Na2O，CaO，MgO較其他元素容易被淋洗出土體，并隨淋溶作用加強而發(fā)生遷移。從圖3還可以看出，CaO，Na2O的含量在古紅土中的含量均比在古黃土中的低，顯示出易移動元素的遷移特征，即這2種元素在古紅土中較易遷移。

易淋溶氧化物在土壤鐵錳膠膜及基質(zhì)中的分布見圖4。相關(guān)研究表明，膠膜的物質(zhì)來源和形成機制是多方面的。曹升賡指出，氧化還原、溶解沉淀作用可在土壤結(jié)構(gòu)體表面（或孔隙壁）形成主要組成物質(zhì)為鐵、鋁、氧化錳及碳酸鹽的膠膜。由圖2可知，基質(zhì)和膠膜中的Fe2O3，Al2O3含量沒有明顯差異。但由圖4（3）可以看出，氧化物MnO2在基質(zhì)（0.84～1.46 g/kg）和膠膜（1.58～3.65 g/kg）中的含量存在極顯著性差異。這說明朝陽鳳凰山剖面形成的鐵錳膠膜主要成分為錳，明顯特點是古紅土中的錳含量明顯高于古黃土，這與Fe2O3的規(guī)律是一致的，表明錳元素具有與鐵相似的積聚特點。

TiO2在基質(zhì)中的含量為7.81～8.53 g/kg，在膠膜中的含量為7.89～8.90 g/kg。由圖4（1）可以看出，無論是在基質(zhì)及鐵錳膠膜中，還是在古紅土和古黃土中，TiO2的變化規(guī)律與Al2O3一致，差異均不大，說明穩(wěn)定的TiO2很難遷移。

P2O5在基質(zhì)中的含量為0.33～0.85 g/kg，在膠膜中的含量為0.43～1.28 g/kg，略高于基質(zhì)，但二者未達到顯著性水平。從圖4（2）中還可以看出，古紅土和古黃土中的P2O5含量差異不明顯，說明P2O5比較穩(wěn)定，難遷移。

3 結(jié)論

1）土壤鐵錳膠膜在物質(zhì)組成和化學(xué)性質(zhì)上與整個土體和基質(zhì)有明顯差異，且土壤鐵錳膠膜的全量化學(xué)組成符合風(fēng)化殼組成規(guī)律，以SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3為主。

2）朝陽鳳凰山剖面的膠膜主要是大量的鐵錳膠膜和少量的粘粒膠膜。

3）膠膜的基本性質(zhì)和整個土體具有一定的規(guī)律性。土壤微域環(huán)境中的鐵錳膠膜可以反映不同的水熱條件。從朝陽鳳凰山剖面的鐵錳膠膜性質(zhì)可以推斷，經(jīng)過多個氣候變遷，S1—S4地層是在濕熱條件下形成的，L2—L4是在冷干條件下形成的，與以往對朝陽鳳凰山剖面規(guī)律的研究結(jié)論一致。

參考文獻

[1] 胡雪峰，龔子同.江西九江泰和第四紀(jì)紅土成因的比較研究[J].土壤學(xué)報，2001，38（1）：1-9.

[2] 潘美慧，宋春暉.甘肅天水地區(qū)中新世古土壤的微形態(tài)特征及其古環(huán)境意義[J].土壤學(xué)報，2009，46（7）：578-585.

[3] 唐克麗，賀秀斌.第四紀(jì)黃土剖面多元古土壤形成發(fā)育信息的揭示[J].土壤學(xué)報，2002，39（5）：609-616.

[4] 黃麗，劉凡，譚文峰，等.土壤膠膜的研究進展[J].土壤通報，2003，34（2）：143-147.

[5] FAN LIU，GILKES R J，HART R D，et al.Differeneces in potassium forms between cutans and adjacent soil matrix in a grey clay soil

[J].Geoderma，2002，1 069（3）：289-303.

[6] 陳輝，王秋兵，韓春蘭，等.朝陽鳳凰山古土壤序列粒度特征與成因分析[J].地球與環(huán)境，2009，37（3）：243-248.

[7] 韓春蘭，王秋兵.遼寧朝陽鳳凰山剖面古土壤序列土壤發(fā)育特征研究[J].土壤通報，2010，41（6）：1 281-1 287.

由圖3可以看出，上述4種元素在膠膜中的含量均比在基質(zhì)中高。T檢驗可以看出，除K元素外，其余3種元素均達到顯著性或極顯著性水平，說明Na2O，CaO，MgO較其他元素容易被淋洗出土體，并隨淋溶作用加強而發(fā)生遷移。從圖3還可以看出，CaO，Na2O的含量在古紅土中的含量均比在古黃土中的低，顯示出易移動元素的遷移特征，即這2種元素在古紅土中較易遷移。

易淋溶氧化物在土壤鐵錳膠膜及基質(zhì)中的分布見圖4。相關(guān)研究表明，膠膜的物質(zhì)來源和形成機制是多方面的。曹升賡指出，氧化還原、溶解沉淀作用可在土壤結(jié)構(gòu)體表面（或孔隙壁）形成主要組成物質(zhì)為鐵、鋁、氧化錳及碳酸鹽的膠膜。由圖2可知，基質(zhì)和膠膜中的Fe2O3，Al2O3含量沒有明顯差異。但由圖4（3）可以看出，氧化物MnO2在基質(zhì)（0.84～1.46 g/kg）和膠膜（1.58～3.65 g/kg）中的含量存在極顯著性差異。這說明朝陽鳳凰山剖面形成的鐵錳膠膜主要成分為錳，明顯特點是古紅土中的錳含量明顯高于古黃土，這與Fe2O3的規(guī)律是一致的，表明錳元素具有與鐵相似的積聚特點。

TiO2在基質(zhì)中的含量為7.81～8.53 g/kg，在膠膜中的含量為7.89～8.90 g/kg。由圖4（1）可以看出，無論是在基質(zhì)及鐵錳膠膜中，還是在古紅土和古黃土中，TiO2的變化規(guī)律與Al2O3一致，差異均不大，說明穩(wěn)定的TiO2很難遷移。

P2O5在基質(zhì)中的含量為0.33～0.85 g/kg，在膠膜中的含量為0.43～1.28 g/kg，略高于基質(zhì)，但二者未達到顯著性水平。從圖4（2）中還可以看出，古紅土和古黃土中的P2O5含量差異不明顯，說明P2O5比較穩(wěn)定，難遷移。

3 結(jié)論

1）土壤鐵錳膠膜在物質(zhì)組成和化學(xué)性質(zhì)上與整個土體和基質(zhì)有明顯差異，且土壤鐵錳膠膜的全量化學(xué)組成符合風(fēng)化殼組成規(guī)律，以SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3為主。

2）朝陽鳳凰山剖面的膠膜主要是大量的鐵錳膠膜和少量的粘粒膠膜。

3）膠膜的基本性質(zhì)和整個土體具有一定的規(guī)律性。土壤微域環(huán)境中的鐵錳膠膜可以反映不同的水熱條件。從朝陽鳳凰山剖面的鐵錳膠膜性質(zhì)可以推斷，經(jīng)過多個氣候變遷，S1—S4地層是在濕熱條件下形成的，L2—L4是在冷干條件下形成的，與以往對朝陽鳳凰山剖面規(guī)律的研究結(jié)論一致。

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[7] 韓春蘭，王秋兵.遼寧朝陽鳳凰山剖面古土壤序列土壤發(fā)育特征研究[J].土壤通報，2010，41（6）：1 281-1 287.

由圖3可以看出，上述4種元素在膠膜中的含量均比在基質(zhì)中高。T檢驗可以看出，除K元素外，其余3種元素均達到顯著性或極顯著性水平，說明Na2O，CaO，MgO較其他元素容易被淋洗出土體，并隨淋溶作用加強而發(fā)生遷移。從圖3還可以看出，CaO，Na2O的含量在古紅土中的含量均比在古黃土中的低，顯示出易移動元素的遷移特征，即這2種元素在古紅土中較易遷移。

易淋溶氧化物在土壤鐵錳膠膜及基質(zhì)中的分布見圖4。相關(guān)研究表明，膠膜的物質(zhì)來源和形成機制是多方面的。曹升賡指出，氧化還原、溶解沉淀作用可在土壤結(jié)構(gòu)體表面（或孔隙壁）形成主要組成物質(zhì)為鐵、鋁、氧化錳及碳酸鹽的膠膜。由圖2可知，基質(zhì)和膠膜中的Fe2O3，Al2O3含量沒有明顯差異。但由圖4（3）可以看出，氧化物MnO2在基質(zhì)（0.84～1.46 g/kg）和膠膜（1.58～3.65 g/kg）中的含量存在極顯著性差異。這說明朝陽鳳凰山剖面形成的鐵錳膠膜主要成分為錳，明顯特點是古紅土中的錳含量明顯高于古黃土，這與Fe2O3的規(guī)律是一致的，表明錳元素具有與鐵相似的積聚特點。

TiO2在基質(zhì)中的含量為7.81～8.53 g/kg，在膠膜中的含量為7.89～8.90 g/kg。由圖4（1）可以看出，無論是在基質(zhì)及鐵錳膠膜中，還是在古紅土和古黃土中，TiO2的變化規(guī)律與Al2O3一致，差異均不大，說明穩(wěn)定的TiO2很難遷移。

P2O5在基質(zhì)中的含量為0.33～0.85 g/kg，在膠膜中的含量為0.43～1.28 g/kg，略高于基質(zhì)，但二者未達到顯著性水平。從圖4（2）中還可以看出，古紅土和古黃土中的P2O5含量差異不明顯，說明P2O5比較穩(wěn)定，難遷移。

3 結(jié)論

1）土壤鐵錳膠膜在物質(zhì)組成和化學(xué)性質(zhì)上與整個土體和基質(zhì)有明顯差異，且土壤鐵錳膠膜的全量化學(xué)組成符合風(fēng)化殼組成規(guī)律，以SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3為主。

2）朝陽鳳凰山剖面的膠膜主要是大量的鐵錳膠膜和少量的粘粒膠膜。

3）膠膜的基本性質(zhì)和整個土體具有一定的規(guī)律性。土壤微域環(huán)境中的鐵錳膠膜可以反映不同的水熱條件。從朝陽鳳凰山剖面的鐵錳膠膜性質(zhì)可以推斷，經(jīng)過多個氣候變遷，S1—S4地層是在濕熱條件下形成的，L2—L4是在冷干條件下形成的，與以往對朝陽鳳凰山剖面規(guī)律的研究結(jié)論一致。

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