漢江上游庹家灣剖面化學(xué)風(fēng)化特征及其意義

張文桐，龐獎(jiǎng)勵(lì)，黃春長(zhǎng)，周亞利，查小春，崔天宇，王海燕，楊丹

陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院,西安 710062

漢江上游庹家灣剖面化學(xué)風(fēng)化特征及其意義

張文桐，龐獎(jiǎng)勵(lì)，黃春長(zhǎng)，周亞利，查小春，崔天宇，王海燕，楊丹

陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院,西安 710062

通過(guò)對(duì)庹家灣黃土剖面元素的分析，揭示漢江上游地區(qū)黃土中常量元素的地球化學(xué)行為及對(duì)氣候變化的響應(yīng)。用X-Ray熒光光譜儀、MS-2型磁化率儀分別測(cè)量了庹家灣剖面元素含量及磁化率值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：庹家灣剖面的風(fēng)成黃土化學(xué)成分以SiO2、Al2O3和Fe2O3為主，三者含量分別為355.83 g/kg、79.62 g/kg、62.64 g/kg；以Ti為參比，Na、Ca、Mg、Si、K表現(xiàn)為遷移淋失，F(xiàn)e、Al元素相對(duì)富集，元素的活動(dòng)性及其遷移序列為Na>Ca>Mg>Si>K>Al>Fe；Fe和Al元素含量曲線及CIA曲線在228～260 cm(L1～S1)和294～370 cm(L1～S2)深度處出現(xiàn)明顯的峰值，并與磁化率曲線呈現(xiàn)出高度一致性，指示該層化學(xué)風(fēng)化程度明顯高于典型黃土，接近于古土壤(S0)，OSL年齡在27.5～21.5 ka B.P.之間。庹家灣剖面常量元素在剖面的變化，表明在漢江上游地區(qū)晚更新世末期的氣候并非是持續(xù)干燥寒冷，而是存在一定的氣候波動(dòng)，在27.5～21.5 ka B.P.期間風(fēng)化成壤作用較為明顯，氣候相對(duì)溫暖濕潤(rùn)。

常量元素;化學(xué)風(fēng)化;OSL年齡;氣候變化;漢江上游

0 引言

風(fēng)成黃土的地球化學(xué)元素特征清楚的記錄了自黃土風(fēng)成沉積以來(lái)的化學(xué)風(fēng)化過(guò)程及其反映的氣候變化，通過(guò)分析黃土中地球化學(xué)元素的淋溶遷移和富集狀態(tài)，可以有效地重建黃土—古土壤的化學(xué)風(fēng)化程度及成壤演變過(guò)程[1-10]。前人在黃土高原地區(qū)對(duì)黃土—古土壤序列的地球化學(xué)元素進(jìn)行深入研究，已獲得大量研究成果[7,11-14]，發(fā)現(xiàn)在晚更新世末期曾存在一定的氣候波動(dòng)。經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)在秦嶺南側(cè)同樣存在大量風(fēng)成黃土，不同的研究者采用不同的研究手段對(duì)其進(jìn)行研究[15-19]，但是研究程度不高，尚未發(fā)現(xiàn)晚更新世末期氣候波動(dòng)的證據(jù)。本文從地球化學(xué)元素方面進(jìn)行分析，試圖揭示自晚更新世以來(lái)氣候變化，找到晚更新世末期氣候波動(dòng)的證據(jù)，完善區(qū)域環(huán)境變化的資料。

1 區(qū)域概況

1.1 研究區(qū)域

漢江位于秦嶺南側(cè)，為長(zhǎng)江最大的支流，屬北亞熱帶北部濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水873 mm，降雨集中在5—10月份。漢江流經(jīng)陜西、湖北兩省，由西向東依次經(jīng)過(guò)漢中、安康、十堰、襄陽(yáng)，于武漢匯入長(zhǎng)江。其河谷深切于基巖之中，河道蜿蜒曲折，峽谷與盆地交替出現(xiàn)。沿河兩岸發(fā)育有四級(jí)階地，其中一級(jí)河流階地最為平坦寬緩，堆積了厚度不等的厚層黃土，受流水侵蝕較弱，保存完整，呈現(xiàn)為面積不等的平坦黃土臺(tái)地。

1.2 研究材料

本文選擇庹家灣(TJW)剖面為研究對(duì)象，位于湖北鄖縣觀音鎮(zhèn)埡子灣村，漢江左岸一級(jí)河流階地上(圖1)。該地點(diǎn)由于當(dāng)?shù)厝藶榛顒?dòng)，形成了新鮮的垂直斷面，一級(jí)階地河流相及其上覆蓋層暴露出來(lái)，清晰可見(jiàn)厚層黃土覆蓋于礫石層上。對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)觀察并未發(fā)現(xiàn)明顯的沉積間斷。

根據(jù)野外考察并結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將TJW剖面從上向下依次劃分為：1)0～30 cm，表土(MS)，濁棕色(7.5YR6/3)，黏土粉砂質(zhì)地，團(tuán)粒構(gòu)造，疏松多孔，多植物根系。2)30～66 cm，近代黃土(L0)，濁黃橙色(10YR7/4)，粉砂質(zhì)地，團(tuán)塊—塊狀構(gòu)造，結(jié)構(gòu)均勻，比較疏松，具有明顯的成壤特征。3)66～160 cm，古土壤(S0)，亮棕色—紅棕色(5YR5/6—5YR5/4)，黏土質(zhì)地，典型的棱塊狀構(gòu)造，致密緊實(shí)，比較堅(jiān)硬，裂隙面有大量暗棕色黏土膠膜沉淀，結(jié)構(gòu)體內(nèi)部仍為棕色。4)160～178 cm，過(guò)渡層(Lt)，濁黃橙色(10YR6/4)，過(guò)渡性黃土，粉砂質(zhì)地，塊狀構(gòu)造。5)178～560 cm，馬蘭黃土(L1)，濁黃橙色(10YR7/4)，粉砂質(zhì)地，均勻塊狀構(gòu)造，十分疏松，典型黃土。在228～260 cm和294～370 cm呈暗紅棕色(5YR3/6)，黏土粉砂質(zhì)地，弱棱塊狀結(jié)構(gòu)，較緊實(shí)和較堅(jiān)硬，顯示明顯成壤特征。6)560～818 cm，黃土與砂互層(T1-al2)，黃土層與較薄砂層交互出現(xiàn)，其中黃土層呈濁黃橙色(10YR7/4)，為粉砂—細(xì)砂質(zhì)地，疏松且干凈，而砂層呈細(xì)砂質(zhì)地，十分疏松且干凈的粒狀結(jié)構(gòu)。7)818～838 cm，礫石層(T1-al1)，典型二元結(jié)構(gòu)，純凈砂層(厚度>100 cm)，直接覆蓋在河流相礫石層。

圖1 漢江上游谷地采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 The distribution map of sample points in the upper reaches of Hanjiang valley

2 研究方法

自剖面頂部向下，以2 cm為間距進(jìn)行連續(xù)采樣，其中570 cm以下4 cm連續(xù)采樣(采至礫石層頂界)，共獲得353個(gè)樣品。樣品在室內(nèi)自然風(fēng)干后進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析。元素測(cè)量方法：將自然風(fēng)干的土樣放入磨土機(jī)內(nèi)研磨至200目以內(nèi)，稱取4.0 g土樣放入YY60型壓力機(jī)中，覆蓋適量硼酸壓成可用圓片，用荷蘭Panalytical公司生產(chǎn)的X-Ray熒光光譜儀(PW2403)進(jìn)行測(cè)量，實(shí)驗(yàn)誤差<5%。磁化率測(cè)量方法：用MS-2型磁化率儀(英國(guó)Bartington公司生產(chǎn))進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)3次，取平均值。OSL年齡在陜西師范大學(xué)光釋光測(cè)年實(shí)驗(yàn)室完成，樣品等效劑量值的測(cè)量是在裝有90Sr/90Y型β輻射源的釋光儀(RIS?-TL/OSL-20型)上進(jìn)行，采用粗顆粒(90～125 μm)石英單片再生劑量法(SAR)獲得，且光釋光測(cè)年數(shù)據(jù)的可靠性通過(guò)等效劑量值的頻率分布、樣品自然釋光信號(hào)的離散度和樣品第一次再生劑量的釋光信號(hào)的離散度進(jìn)行分析，說(shuō)明數(shù)據(jù)是可靠的。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 磁化率特征

磁化率的高低反映了氣候的干濕狀況，對(duì)風(fēng)化強(qiáng)度有良好的指示作用，并得到廣泛應(yīng)用[20-25]。TJW剖面中不同地層單元之間磁化率差異明顯，并具有磁化率值與地層同步變化的特點(diǎn)(圖2)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，TJW剖面中磁化率分布在29.4×10-8～207.8×10-8m3/kg之間，平均值為113×10-8m3/kg。古土壤(S0)表現(xiàn)為明顯的高值區(qū)，平均值為166.15×10-8m3/kg。近代黃土(L0)磁化率值為156.88×10-8m3/kg，在曲線圖上表現(xiàn)為谷值(圖2)，低于表土層(MS)和古土壤(S0)。馬蘭黃土(L1)的磁化率變化范圍為57.4×10-8～115.9×10-8m3/kg，平均值為75.78×10-8m3/kg，為明顯的低值區(qū)。但值得注意的是，在228～260 cm和294～370 cm的深度處，其磁化率值呈現(xiàn)出明顯的峰值，分別為136.83×10-8m3/kg和162.22×10-8m3/kg，接近于古土壤(S0)的磁化率值，這說(shuō)明在馬蘭黃土層中228～260 cm和294～370 cm的深度處鐵磁性礦物含量高，出現(xiàn)較強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化作用，具有一定的成壤特征。

3.2 常量元素分布特征

(1) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：在整個(gè)剖面中常量元素以SiO2、Al2O3和Fe2O3為主，常量元素的平均含量(g/kg)排序?yàn)椋篠i (355.83) >Al (79.62) >Fe (62.64) >Na (26.07) >K (18.22) >Mg (16.51) >Ca (7.01)。

無(wú)情不成文。情不真，意不切，何以動(dòng)人，何以吸引讀者的興趣？教師在作文教學(xué)中要充滿激情，并以情動(dòng)情，挖掘?qū)W生寫作的泉眼，學(xué)生的寫作甘泉就會(huì)隨之涌動(dòng)出來(lái)。老師要善于用心、用眼去捕捉和用巧妙的言語(yǔ)去點(diǎn)燃學(xué)生情感上與情緒上的“星星之火”，善于捕捉到學(xué)生情緒、情感、心緒的“易燃點(diǎn)”，將學(xué)生寫作的“星星之火燃燒成燎原之勢(shì)”。

(2) 各地層單元之間同種常量元素含量差異顯著，并與磁化率值呈現(xiàn)同步變化的特點(diǎn)(圖2)。Al2O3和Fe2O3的含量在古土壤(S0)中最高，平均值分別為82.52 g/kg和67.24 g/kg；馬蘭黃土(L1)則為低值區(qū)，分別為78.82 g/kg和61.02 g/kg；過(guò)渡層黃土(Lt)中Al2O3和Fe2O3的含量略高于馬蘭黃土(L1)，為80.47 g/kg和62.32 g/kg；近代黃土(L0)中的含量為79.79 g/kg和62.33 g/kg。CaO和Na2O的含量變化則與Al2O3和Fe2O3的呈相反趨勢(shì)(圖2)。古土壤(S0)中CaO和Na2O的含量為整個(gè)剖面的最低值，平均值分別為5.52 g/kg和23.21 g/kg；在馬蘭黃土(L1)為高值區(qū)，平均值分別為6.08 g/kg和27.86 g/kg；過(guò)渡層黃土(Lt)中CaO和Na2O的含量的略低于馬蘭黃土(L1)，為5.78 g/kg和26.69 g/kg；近代黃土(L0)為6.01 g/kg和26.37 g/kg。K2O、SiO2和MgO的含量變化趨勢(shì)大致相同(圖2)，在古土壤(S0)中的含量略低，分別為18.05 g/kg、356.17 g/kg和15.83 g/kg；馬蘭黃土(L1)中的含量略有升高，分別為18.49 g/kg、358.72 g/kg和16.64 g/kg。

(3) 馬蘭黃土(L1)中Al2O3和Fe2O3的含量雖然處于低值區(qū)，但是在228～260 cm和294～370 cm的深度處Al2O3和Fe2O3的含量要遠(yuǎn)高于馬蘭黃土(L1)，228～260 cm處的Al2O3和Fe2O3的含量分別為81.39 g/kg和63.24 g/kg，294～370 cm處Al2O3和Fe2O3的含量為81.20 g/kg和65.16 g/kg。馬蘭黃土(L1)中CaO和Na2O的含量為高值區(qū)，但是在228～260 cm和294～370 cm的深度處CaO和Na2O的含量要低于馬蘭黃土(L1)，228～260 cm處的CaO和Na2O的含量分別為6.00 g/kg和26.31 g/kg，294～370 cm處CaO和Na2O的含量分別為5.74 g/kg和25.20 g/kg。

4 討論

4.1 TJW剖面常量元素遷移序列

為了精確表述沉積物在風(fēng)化過(guò)程中元素淋溶遷移與富集程度，通常選用較穩(wěn)定元素Al或Ti作為參考系，計(jì)算土壤剖面中其他元素在地層中的遷移能力[5-6,13-14,26]。以馬蘭黃土(L1)代表近似的原始母質(zhì)，選用變異系數(shù)較小的Ti來(lái)作為參照系。計(jì)算古土壤及弱古土壤層中其他元素的遷移率：Δ=[(Mx/MT)/(Nx/NT)-1]×100% 。式中：Mx、MT分別代表元素X和Ti的含量，Nx、NT分別代表母質(zhì)層中元素X和參比元素Ti的含量。若Δ<0，則反映元素X在該層中相對(duì)于參比元素發(fā)生遷移，若Δ>0，則反映元素X在該層中相對(duì)于參比元素富集。結(jié)果顯示(圖3)，相對(duì)于穩(wěn)定元素Ti，古土壤(S0)和弱古土壤(L1～S1和L1～S2)中的K、Si、Mg、Ca、Na元素發(fā)生不同程度的淋溶遷移，而Fe和Al元素相對(duì)富集，由此可得這些元素在黃土化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中的活動(dòng)遷移能力強(qiáng)弱為：Na>Ca>Mg>Si>K>Al>Fe。

圖2 庹家灣(TJW)剖面常量元素含量變化曲線圖Fig.2 Constant element curves of the section at TJW profile

圖3 TJW剖面常量元素相對(duì)于Ti元素的遷移率Fig.3 Migration ratio of major elements related to the stable element Ti in the TJW profile

剖面形成過(guò)程中的氣候變化可以用元素的淋溶遷移和富集程度來(lái)說(shuō)明，在溫暖濕潤(rùn)時(shí)期，土壤中活動(dòng)性元素(K、Si、Mg、Ca、Na)遷移現(xiàn)象明顯，活動(dòng)性弱的元素出現(xiàn)富集現(xiàn)象，而在寒冷干旱的環(huán)境下淋溶作用則比較微弱。TJW剖面古土壤層中，Na和Ca元素的強(qiáng)烈淋溶，F(xiàn)e和Al元素富集作用明顯(圖3a)，反映該時(shí)期氣候溫暖濕潤(rùn)，有利于易溶元素的遷移。同樣在弱古土壤層(L1～S1和L1～S2)中活動(dòng)性元素的遷移作用較為明顯(圖3b，c)，說(shuō)明在弱古土壤層(L1～S1和L1～S2)的形成過(guò)程中化學(xué)風(fēng)化程度要高于馬蘭黃土(L1)，成壤作用明顯。

4.2 TJW剖面風(fēng)化成壤程度分析

圖4 TJW剖面地球化學(xué)風(fēng)化參數(shù)曲線圖Fig.4 Diagrams showing the curves of geochemical weathering parameters TJW profile

鉀鈉比值(K2O/Na2O)是衡量樣品中斜長(zhǎng)石風(fēng)化程度的指標(biāo)，也可用于反映沉積物的風(fēng)化程度。由于Na比K易于淋失，因此其鉀鈉比值與沉積物的風(fēng)化程度呈正相關(guān)[30]。TJW剖面中鉀鈉比值的變化與CIA參數(shù)變化特征相同(圖4)。表現(xiàn)為：馬蘭黃土為低值區(qū)，古土壤(S0)呈現(xiàn)出明顯的高值，值得注意的是在228～260 cm和294～370 cm深度處呈現(xiàn)出高值(表1、圖4)。指示了在古土壤形成時(shí)期的風(fēng)化強(qiáng)度要遠(yuǎn)高于馬蘭黃土形成時(shí)期，而馬蘭黃土在形成時(shí)期又經(jīng)歷了兩段較為短暫的風(fēng)化程度較強(qiáng)的時(shí)期。

殘積指數(shù)((Al2O3+Fe2O3)/(CaO+MgO+Na2O))作為反映鐵鋁富集程度的重要參數(shù)，可衡量成土母質(zhì)風(fēng)化及成壤強(qiáng)度[31]。TJW剖面中殘積系數(shù)的變化范圍為0.72～1.43，此曲線與CIA變化曲線一致(圖4)，最高值出現(xiàn)在古土壤(S0)，為1.43；馬蘭黃土(L1)為低值區(qū)，平均值為1.20；但是在228～260 cm和294～370 cm深度處的殘積系數(shù)遠(yuǎn)高于馬蘭黃土(L1)，分別為1.27和1.31(表1、圖4)。此現(xiàn)象說(shuō)明在古土壤(S0)中Ca、Na大量淋失遷移而Fe、Al相對(duì)富集，風(fēng)化淋溶作用強(qiáng)烈；相反馬蘭黃土(L1)的風(fēng)化淋溶作用微弱，而228～260 cm和294～370 cm深度處的風(fēng)化淋溶作用強(qiáng)烈，進(jìn)一步證實(shí)此深度處為兩層弱古土壤層(L1～S1和L1～S2)。

表1 TJW剖面地球化學(xué)風(fēng)化參數(shù)

淋溶系數(shù)反映了活動(dòng)組分與惰性組分之間的聯(lián)系，與氣候的干濕變化密切相關(guān)[32]，其低值反映了暖濕氣候特征，風(fēng)化淋溶作用強(qiáng)烈；高值則反映干旱少雨的氣候特征，土壤的風(fēng)化程度降低[31-32]。TJW剖面的淋溶系數(shù)((CaO+K20+Na2O)/Al2O3)曲線與CIA值、鉀鈉比值、殘積系數(shù)的變化完全相反(圖4)，在古土壤(S0)為低值區(qū)，馬蘭黃土(L1)為高值區(qū)，并且在228～260 cm和294～370 cm深度處低于馬蘭黃土(L1)(表1、圖4)，表明228～260 cm和294～370 cm深度處的風(fēng)化成壤作用明顯。

通過(guò)對(duì)化學(xué)蝕變指數(shù)、鉀鈉比值、殘積指數(shù)和淋溶系數(shù)的分析，可以得出古土壤(S0)的化學(xué)風(fēng)化程度明顯高于馬蘭黃土層(L1)，并且馬蘭黃土層中弱古土壤層(L1～S1和L1～S2)的化學(xué)風(fēng)化程度也要高于馬蘭黃土層(L1)。

4.3 TJW剖面化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度反映的氣候變化

通過(guò)元素的遷移變化率(Δ)、化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)、及其他參數(shù)(磁化率、K2O/Na2O等)明確指示了自晚更新世以來(lái)的化學(xué)風(fēng)化程度和成壤演變過(guò)程。磁化率值、常量元素中Fe和Al含量、化學(xué)蝕變指數(shù)、以及鉀鈉比這些指標(biāo)在馬蘭黃土(L1)都表現(xiàn)為明顯的低值區(qū)，而Ca和Na元素的含量及硅鋁系數(shù)在馬蘭黃土(L1)都表現(xiàn)為明顯的高值區(qū)(圖2，4)，說(shuō)明馬蘭黃土(L1)的淋溶遷移作用十分微弱。古土壤(S0)的磁化率值、常量元素中Fe和Al含量、化學(xué)蝕變指數(shù)、以及鉀鈉比高于馬蘭黃土(L1)，在剖面中表現(xiàn)為高值區(qū)，Ca和Na元素的含量及硅鋁系數(shù)低于馬蘭黃土(L1)(圖2，4)，說(shuō)明古土壤(S0)的化學(xué)風(fēng)化程度要遠(yuǎn)高于馬蘭黃土(L1)。在馬蘭黃土層中228～260 cm和294～370 cm深度處的磁化率值、常量元素中Fe和Al含量、化學(xué)蝕變指數(shù)等要高于馬蘭黃土(L1)，Ca和Na元素的含量、硅鋁系數(shù)等低于馬蘭黃土(L1)(圖2，4)，并且常量元素的遷移率也顯示在此深度處Na和Ca元素的淋溶作用明顯，F(xiàn)e和Al元素富集作用明顯(圖4)，說(shuō)明在此深度處的化學(xué)風(fēng)化作用明顯且成壤作用較好，高于馬蘭黃土而又略低于古土壤，應(yīng)為兩層弱古土壤層。而OSL測(cè)年數(shù)據(jù)顯示，弱古土壤發(fā)生時(shí)間在27.5～21.5 ka B.P.期間。此數(shù)據(jù)與黃土高原地區(qū)的可進(jìn)行良好對(duì)比，年齡數(shù)據(jù)基本一致，是記錄氣候變化的直接證據(jù)[32-34]。

TJW剖面下部馬蘭黃土(L1)的可溶性元素的淋溶遷移作用十分微弱、風(fēng)化程度低，說(shuō)明在此時(shí)期氣候以干冷為主，環(huán)境惡劣，冬季風(fēng)強(qiáng)盛；但是馬蘭黃土層中弱古土壤層(L1～S1和L1～S2)的淋溶遷移作用要高于馬蘭黃土(L1)(圖5)，說(shuō)明在末次冰期氣候并非持續(xù)干冷，在此期間(27.5～21.5 ka B.P.)可溶性元素淋溶作用明顯，風(fēng)化成壤作用較強(qiáng)，氣候相對(duì)溫暖濕潤(rùn)，此次氣候波動(dòng)不僅在漢江上游地區(qū)庹家灣剖面記錄，翟新偉等[32]在甘肅會(huì)寧剖面發(fā)現(xiàn)在30.04～24.47 ka B.P.期間氣候?yàn)闇嘏瘽駶?rùn)階段，陳一萌等[33]在黃土高原西部臨夏塬堡剖面同樣發(fā)現(xiàn)在31～25 ka B.P.期間氣候存在中等暖濕階段，并與古里雅冰芯、北極GRIP冰芯進(jìn)行對(duì)比。因此在TJW剖面發(fā)現(xiàn)的27.5～21.5 ka B.P.期間氣候轉(zhuǎn)暖事件，是對(duì)此期間全球性的氣候變暖事件的一次響應(yīng)。

圖5 TJW剖面殘積指數(shù)與鉀鈉比值以及退堿指數(shù)與淋溶系數(shù)相關(guān)關(guān)系圖Fig.5 Correlation between (Al2O3+Fe2O3)/(CaO+MgO+Na2O) and K2O/Na2O, (Na2O+CaO)/Al2O3 and (CaO+K20+Na2O)/Al2O3 in the TJW profile

末次冰期結(jié)束后，氣候向暖濕轉(zhuǎn)變，在古土壤(S0)時(shí)期達(dá)到最為溫暖濕潤(rùn)階段，在此時(shí)期風(fēng)化成壤作用強(qiáng)烈，可溶性元素淋溶作用強(qiáng)烈；在全新世晚期(3.1 ka B.P.以來(lái))，形成近代黃土(L0)，說(shuō)明自全新世晚期以來(lái)，冬季風(fēng)又開(kāi)始逐漸加強(qiáng)，氣候暖濕程度開(kāi)始降低；表土層的元素含量變化與人類活動(dòng)密切相關(guān)。

5 結(jié)論

(1) 漢江上游TJW剖面的有關(guān)地球化學(xué)參數(shù)，如化學(xué)蝕變指數(shù)、鉀鈉比、硅鋁系數(shù)、淋溶系數(shù)、殘積系數(shù)等，說(shuō)明古土壤(S0)形成時(shí)期的化學(xué)風(fēng)化最為強(qiáng)烈，馬蘭黃土形成時(shí)期的風(fēng)化作用比較微弱，但是在馬蘭黃土228～260 cm和294～370 cm深度處的風(fēng)化作用較強(qiáng)，成壤作用明顯，屬于弱古土壤層(L1～S1和L1～S2)。

(2) 馬蘭黃土形成時(shí)期(55～11.5 ka B.P.)風(fēng)化作用微弱，說(shuō)明區(qū)內(nèi)氣候干燥寒冷，冬季風(fēng)強(qiáng)盛；弱古土壤層(L1～S1和L1～S2)形成時(shí)期化學(xué)風(fēng)化作用較強(qiáng)，說(shuō)明在晚更新世時(shí)期氣候并非是持續(xù)干燥寒冷，在27.5～21.5 ka B.P.期間出現(xiàn)短暫的氣候轉(zhuǎn)暖事件，氣候溫暖濕潤(rùn)，成壤條件較好，并且此次氣候事件是對(duì)氧同位素3階段全球性氣候變暖事件的一次響應(yīng)；過(guò)渡層黃土(Lt)的存在則說(shuō)明氣候由干冷向暖濕轉(zhuǎn)變；古土壤(S0)的風(fēng)化程度最強(qiáng)說(shuō)明在此時(shí)期氣候最為溫暖濕潤(rùn)；近代黃土(L0)的風(fēng)化強(qiáng)度弱于古土壤指示了在全新世晚期氣候由暖濕開(kāi)始向冷干轉(zhuǎn)變。

References)

[1] 劉東生. 黃土與環(huán)境[M]. 北京：科學(xué)出版社，1985：1-336. [Liu Dongsheng. Loess and environment[M]. Beijing: Science Press, 1985: 1-336.]

[2] Huang Chunchang, Pang Jiangli, Zhou Qunying, et al. Holocene pedogenic change and the emergence and decline of rain-fed cereal agriculture on the Chinese Loess Plateau[J]. Quaternary Science Reviews, 2004, 23(23/34): 2525-2535.

[3] Schatz A K, Scholten T, Kühn P. Paleoclimate and weathering of the Tokaj (Hungary) loess-paleosol sequence[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2015, 426: 170-182.

[4] Guan Houchun, Zhu Cheng, Zhu Tongxin, et al. Grain size, magnetic susceptibility and geochemical characteristics of the loess in the Chaohu lake basin: implications for the origin, palaeoclimatic change and provenance[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2016, 117: 170-183.

[5] 毛沛妮，龐獎(jiǎng)勵(lì)，黃春長(zhǎng)，等. 漢江上游歸仙河口剖面地球化學(xué)特性及其意義[J]. 陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，42(1)：98-104. [Mao Peini, Pang Jiangli, Huang Chunchang, et al. Geochemical characteristics of Guixianhekou profile in the upper Hanjiang River valley and its significance[J]. Journal of Shaanxi Normal University: Natural Science Edition, 2014, 42(1): 98-104.]

[6] 王學(xué)佳，龐獎(jiǎng)勵(lì)，黃春長(zhǎng)，等. 漢江上游彌陀寺黃土—古土壤序列的化學(xué)風(fēng)化特征及其環(huán)境意義[J]. 干旱區(qū)地理，2014，37(6)：1191-1198. [Wang Xuejia, Pang Jiangli, Huang Chunchang, et al. Chemical weathering characteristics of Mituosi’s Loess-Palaeosol sequence in the upper Hanjiang River Valley and its environmental significance[J]. Arid Land Geography, 2014, 37(6): 1191-1198.]

[7] Liang Lianji, Sun Youbin, Beets C J, et al. Impacts of grain size sorting and chemical weathering on the geochemistry of Jingyuan loess in the northwestern Chinese Loess Plateau[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2013, 69: 177-184.

[8] 陳俊，王鶴年. 地球化學(xué)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2004：1-299. [Chen Jun, Wang Henian. Geochemistry[M]. Beijing: Science Press, 2004: 1-299.]

[9] 鄧宏文，錢凱. 沉積地球化學(xué)與環(huán)境分析[M]. 蘭州：甘肅科學(xué)技術(shù)出版社，1993：1-154. [Deng Hongwen, Qian Kai. Sedimentary geochemistry and environmental analysis[M]. Lanzhou: Gansu Science and Technology Press, 1993: 1-154.]

[10] Qin Xiaoguang, Mu Yan. Elimination and evaluation of grain size’s effect in analysis of chemical weathering of loess-paleosol sequences[J]. Chemie der Erde-Geochemistry, 2011, 71(1): 53-58.

[11] 孫斌，郭正堂，尹秋珍，等. 西寧第四紀(jì)黃土—古土壤序列中的可溶鹽、來(lái)源及環(huán)境意義[J]. 第四紀(jì)研究，2006，26(4)：649-656. [Sun Bin, Guo Zhengtang, Yin Qiuzhen, et al. Soluble salts in a quaternary loess-soil sequence near Xining and their environmental implications[J]. Quaternary Sciences, 2006, 26(4): 649-656.]

[12] 喬彥松，趙志中，王燕，等. 川西甘孜黃土—古土壤序列的地球化學(xué)演化特征及其古氣候意義[J]. 科學(xué)通報(bào)，2010，55(3)：255-260. [Qiao Yansong, Zhao Zhizhong, Wang Yan, et al. Variations of geochemical compositions and the Paleoclimatic significance of a loess-soil sequence from Garzê county of western Sichuan province, China[J]. Chinese Science Bulletin, 2010, 55(3): 255-260.]

[13] 李拓宇，莫多聞，朱高儒，等. 晉南全新世黃土剖面常量元素地球化學(xué)特征及其古環(huán)境意義[J]. 地理研究，2013，32(8)：1411-1420. [Li Tuoyu, Mo Duowen, Zhu Gaoru, et al. Geochemical characteristics of major elements and its paleoenvironmental significance of Holocene loess profile in southern Shanxi, China[J]. Geographical Research, 2013, 32(8): 1411-1420.]

[14] 葉瑋，Sadaya Y，Shinji K. 中國(guó)西風(fēng)區(qū)黃土常量元素地球化學(xué)行為與古環(huán)境[J]. 干旱區(qū)地理，2003，26(1)：23-29. [Ye Wei, Sadaya Y, Shinji K. Geochemical behavior of major element of loess in Westerly area of China and paleoclimatic implications[J]. Arid Land Geography, 2003, 26(1): 23-29.]

[15] 龐獎(jiǎng)勵(lì)，黃春長(zhǎng)，周亞利，等. 漢江上游谷地全新世風(fēng)成黃土及其成壤改造特征[J]. 地理學(xué)報(bào)，2011，66(11)：1562-1573. [Pang Jiangli, Huang Chunchang, Zhou Yali, et al. Holocene Aeolian loess and its Pedogenic modification in the upper Hanjiang River Valley, China[J]. Acta Geographica Sinica, 2011, 66(11): 1562-1573.]

[16] 馬春梅，朱誠(chéng)，鄭朝貴，等. 晚冰期以來(lái)神農(nóng)架大九湖泥炭高分辨率氣候變化的地球化學(xué)記錄研究[J]. 科學(xué)通報(bào)，2008，53(增刊1)：26-37. [Ma Chunmei, Zhu Cheng, Zheng Chaogui, et al. High-resolution geochemistry records of climate changes since late-glacial from Dajiuhu peat in Shennongjia Mountains, Central China[J]. Chinese Science Bulletin, 2008, 53(Suppl.1): 26-37.]

[17] 黃培華，李文森. 湖北鄖縣曲遠(yuǎn)河口的地貌、第四紀(jì)地層和埋藏環(huán)境[J]. 漢江考古，1995(4)：83-86. [Huang Peihua, Li Wensen. Landscape, Quaternary strata and buried environment at estuary of the Quyuan River in Yunxi county, Hubei province[J]. Jianghan Archaeology, 1995(4): 83-86.]

[18] 雷祥義. 秦嶺黃土—古土壤發(fā)育時(shí)的植被與環(huán)境[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2000，20(1)：73-79. [Lei Xiangyi. Vegetation and environment during period of Loess-Paleosol development in the Qinling Mountains[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2000, 20(1): 73-79.]

[19] 何報(bào)寅，張穗，蔡述明. 近2600年神農(nóng)架大九湖泥炭的氣候變化記錄[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2003，23(2)：109-115. [He Baoyin, Zhang Sui, Cai Shuming. Climatic changes recorded in peat from the Dajiu Lake basin in Shennongjia since the Last 2600 years[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2003, 23(2): 109-115.]

[20] 李新艷，黃春長(zhǎng)，龐獎(jiǎng)勵(lì)，等. 淮河上游全新世風(fēng)成黃土與成壤環(huán)境變化研究[J]. 干旱區(qū)地理，2007，30(3)：392-399. [Li Xinyan, Huang Chunchang, Pang Jiangli, et al. Holocene aeolian loess and pedogenic environmental change in the upper-reaches of the Huaihe River[J]. Arid Land Geography, 2007, 30(3): 392-399.]

[21] 龐獎(jiǎng)勵(lì)，黃春長(zhǎng)，周亞利，等. 漢江上游Ⅰ級(jí)河流階地形成及對(duì)東亞季風(fēng)變化的響應(yīng)[J]. 地質(zhì)論評(píng)，2014，60(5)：1076-1084. [Pang Jiangli, Huang Chunchang, Zhou Yali, et al. Formation of the First River Terraces of Hanjiang River and its response to the East Asian monsoon change[J]. Geological Review, 2014, 60(5): 1076-1084.]

[22] An Zhisheng, Kukla G J, Porter S C, et al. Magnetic susceptibility evidence of monsoon variation on the Loess Plateau of central China during the last 130,000 years[J]. Quaternary Research, 1991, 36(1): 29-36.

[23] 劉秀銘，劉東生，Shaw J. 中國(guó)黃土磁性礦物特征及其古氣候意義[J]. 第四紀(jì)研究，1993(3)：281-287. [Liu Xiuming, Liu Dongsheng, Shaw J. Magnetic mineral characteristics of Chinese loess and its palaeoclimatic significance[J]. Quaternary Sciences, 1993(3): 281-287.]

[24] 劉秀銘，劉東生，Heller F，等. 中國(guó)黃土磁化率與第四紀(jì)古氣候研究[J]. 地質(zhì)科學(xué)，1992(S1)：279-285. [Liu Xiuming, Liu Dongsheng, Heller F, et al. Study on magnetic susceptibility of loess and Quternary climate in China[J]. Scientia Geologica Sinica, 1992(S1): 279-285.]

[25] 柏道遠(yuǎn)，李長(zhǎng)安，陳渡平，等. 化學(xué)風(fēng)化指數(shù)和磁化率對(duì)洞庭盆地第四紀(jì)古氣候變化的響應(yīng)[J]. 中國(guó)地質(zhì)，2011，38(3)：779-785. [Bai Daoyuan, Li Chang’an, Chen Duping, et al. Chemical weathering index and magnetic susceptibility of deposits and their responses to the Quaternary climate in Dongting Basin[J]. Geology in China, 2011, 38(3): 779-785.]

[26] 葛本偉，黃春長(zhǎng)，龐獎(jiǎng)勵(lì)，等. 豫中黃土地區(qū)全新世黃土剖面成壤作用與古氣候研究[J]. 土壤通報(bào)，2010，41(1)：1-6. [Ge Benwei, Huang Chunchang, Pang Jiangli, et al. Holocene Pedogenesis and Paleoclimate in the Loess region in the middle part of Henan province[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2010, 41(1): 1-6.]

[27] 李徐生，韓志勇，楊守業(yè)，等. 鎮(zhèn)江下蜀土剖面的化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度與元素遷移特征[J]. 地理學(xué)報(bào)，2007，62(11)：1174-1184. [Li Xusheng, Han Zhiyong, Yang Shouye, et al. Chemical weathering intensity and element migration features of the Xiashu Loess profile in Zhenjiang[J]. Acta Geographica Sinica, 2007, 62(11): 1174-1184.]

[28] 馮連君，儲(chǔ)雪蕾，張啟銳，等. 化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)及其在新元古代碎屑巖中的應(yīng)用[J]. 地學(xué)前緣，2003，10(4)：539-544. [Feng Lianjun, Chu Xuelei, Zhang Qirui, et al. CIA (Chemical Index of Alteration) and its applications in the Neoproterozoic clastic rocks[J]. Earth Science Frontiers, 2003, 10(4): 539-544.]

[29] 楊守業(yè)，李從先，李徐生，等. 長(zhǎng)江下游下蜀黃土化學(xué)風(fēng)化的地球化學(xué)研究[J]. 地球化學(xué)，2001，30(4)：402-406. [Yang Shouye, Li Congxian, Li Xusheng, et al. Geochemical records of chemical weathering of the Xiashu Loess in the lower reaches of the Changjiang River[J]. Geochimica, 2001, 30(4): 402-406.]

[30] 陳駿，安芷生，劉連文，等. 最近2.5Ma以來(lái)黃土高原風(fēng)塵化學(xué)組成的變化與亞洲內(nèi)陸的化學(xué)風(fēng)化[J]. 中國(guó)科學(xué)(D輯)：地球科學(xué)，2001，31(2)：136-145. [Chen Jun, An Zhisheng, Liu Lianwen, et al. Variations in chemical compositions of the Eolian dust in Chinese Loess Plateau over the past 2.5 Ma and chemical weathering in the Asian inland[J]. Science China(Seri.D): Earth Sciences, 2001, 31(2): 136-145.]

[31] 郭媛媛，莫多聞，毛龍江，等. 澧陽(yáng)平原巖板垱剖面地球化學(xué)特征與風(fēng)化強(qiáng)度研究[J]. 地理科學(xué)，2013，33(3)：335-341. [Guo Yuanyuan, Mo Duowen, Mao Longjiang, et al. Geochemical characteristics and weathering intensity of the Yanbandang profile in Liyang Plain, the middle reach of the Changjiang River[J]. Scientia Geographica Sinica, 2013, 33(3): 335-341.]

[32] 翟新偉，李富強(qiáng)，吳松. 會(huì)寧剖面黃土粒度記錄的MIS3階段氣候變化研究[J]. 干旱區(qū)地理，2013，36(5)：773-780. [Zhai Xinwei, Li Fuqiang, Wu Song. Huining MIS3 stage climate change based on the loess grain size record[J]. Arid Land Geography, 2013, 36(5): 773-780.]

[33] 陳一萌，饒志國(guó)，張家武，等. 中國(guó)黃土高原西部馬蘭黃土記錄的MIS3氣候特征與全球氣候記錄的對(duì)比研究[J]. 第四紀(jì)研究，2004，24(3)：359-365. [Chen Yimeng, Rao Zhiguo, Zhang Jiawu, et al. Comparative study of MIS3 climatic features recorded in Malan Loess in the western part of the Loess Plateau and global records[J]. Quaternary Sciences, 2004, 24(3): 359-365.]

[34] 郭嬌，王偉，吳利杰. 陜西吳起金丁黃土剖面末次冰期的環(huán)境記錄[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2015，29(4)：108-112. [Guo Jiao, Wang Wei, Wu Lijie. Environmental records of the last glacial period on Jinding loess profile in Wuqi, Shannxi province[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2015, 29(4): 108-112.]

Chemical Weathering Characteristics of Tuojiawan Profile in the Upper Hanjiang River Valley and Its Environmental Significance

ZHANG WenTong，PANG JiangLi，HUANG ChunChang，ZHOU YaLi，ZHA XiaoChun，CUI TianYu，WANG HaiYan，YANG Dan

College of Tourism and Environment, Shaanxi Normal University, Xi’an 710062

The chemical characteristics of major elements and magnetic susceptibility of Tuojiawan profile in the upper Hanjiang River are studied. The change of the indexes revealed that major elements geochemical behavior and the corresponding laws of climate change in the Upper Hanjiang River. With X-Ray fluorescence spectrometer, MS-2 magnetic susceptibility instrument measured element content and magnetic susceptibility values. Results show that: The major elements are SiO2, Al2O3and Fe2O3. Na,Ca,Mg,Si,K are leached out while Ti，F(xiàn)e,Al relatively enriched in the paleosol S0. The element mobility and migration ability of the major elements are ranked in the followed order: Na>Ca>Mg>Si>K>Al>Fe. Magnetic susceptibility values showed obvious peak value in 228～260 cm and 294～370 cm depth, the variation in content of Fe and Al elements and chemical alteration index curve and magnetic susceptibility curve showing a high consistency, at this depth are characterized by high value. It was shown that the chemical weathering intensity of this depth was obviously higher than that of Malan loess, close to the palaeosol(S0), belonging to the weak palaeosol(L1～S1and L1～S2).The age range of L1～S1and L1～S2was 27.5～21.5 ka B.P.. The change of the indexes showed the climate and pedogenic environmental changed since Pleistocene. Including the cold and arid glacial and a short time the climate was warm and wet in the glacial period(27.5～21.5 ka B.P.), the gradually intensified southeast monsoon during the early Holocene periods, the strongest monsoon in the mid-Holocene, and the monsoon recession and the climate drying during the late Holocene.

major elements; chemical weathering; OSL age; climate change; Upper Hanjiang River

1000-0550(2017)03-0508-08

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.03.009

2016-03-31； 收修改稿日期： 2016-06-23

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41271108,41371029)；國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目(14BZS070)；中央高?；究蒲匈M(fèi)(GK201601006)[Foundation: National Nature Science Foundation of China, No.41271108,41371029; National Social Science Foundation of China, No.14BZS070; Fundamental Research Funds for Central Universities, No.GK201601006]

張文桐，男，1991年出生，碩士研究生，土地利用和氣候變化，E-mail: 978696657@qq.com

龐獎(jiǎng)勵(lì)，男，教授，E-mail: jlpang@snnu.edu.cn

P512.1

A