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我国热带地区玄武岩发育土壤的时间序列演变

作　者: 杨艳芳
导　师: 胡锋；李德成
学　校: 南京农业大学
专　业: 土壤学
关键词: 玄武岩时间序列地球化学磁学参数黏土矿物
分类号: S151
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文以我国南方热带地区的雷州半岛和海南岛北部不同年代火山喷发形成的玄武岩发育而成的时间序列土壤作为研究对象,旨在通过研究氧化物、矿质元素、黏土矿物、磁学参数等理化性质随成土年龄的变化趋势及其机制,服务于中国土壤系统分类的诊断体系和分类。研究发现：1)随着土壤发育时间的延长,土壤容重、土层厚度、游离铁和铁游离度与成土年龄有着较显著的正相关,能在一定程度上指示土壤的发生演变。2)土壤发育过程中,土体和黏粒中Al2O3、Fe2O3、TiO2含量增加,而Na、Ca、Mg、Mn、P淋失,但淋失到一定程度时开始减弱。发育初期(0.01Ma) Ca、Na、Mg已经基本从土壤中淋失殆尽；成土初期Si淋失较多,但在高度发育的土壤中Si淋失开始停滞。常用的土壤风化发育指标(如硅铝率Sa、硅铁铝率Saf、风化淋溶系数ba、A指数、B指数、WI指数、CIW指数、CIA指数)与成土时间之间没有显著的相关性,因此难以指示土壤的发育程度,但土壤的Sa、Saf和元素Si迁移率的变化在一定程度上揭示了土壤中生物复硅的存在。3)频率磁化率χfd、饱和等温剩磁SIRM、非滞后剩磁χARM、软剩磁IRM,、退磁系数S-300MT之间及其与成土年龄之间均具有极显著的相关性和A层土壤的硬剩磁IRM(?)、B层和BC层土壤的磁化率x、以及粉粒磁化率χsilt与成土年龄的极显著的相关性,说明磁学参数及其相应的比值组合可以反映土壤的风化发育程度和相对成土年龄。对于热带、亚热带地区的土壤,DCB溶液处理后的磁学参数的损失率只能够粗略指示土壤中的形成的次生磁性矿物的含量,并不能真正反映土壤的发育程度和相对成土年龄。雷琼地区玄武岩发育土壤表现为亚铁磁质的特性,富含亚铁磁性矿物,尤其是磁赤铁矿,是土壤磁性的主要贡献者。而随着时间的延续,不完整反铁磁铁矿物逐渐增加,对磁性也起到一定的贡献。4)在琼北地区,次生的伊利石类矿物仅存在于1.33Ma以前的土壤中。表层土壤中钾和硅的含量高于下层的土壤,说明存在一定的生物复钾和复硅过程；活性硅含量随成土年龄而降低,表明P.Barr e假设在热带土壤形成发育过程中,在具有一定的生物复钾和复硅条件下,在成土初期也会存在,但最终会由于土壤强烈的脱钾和脱硅作用而逐步消失。

全文目录

中文摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第一章文献综述  12-24
  1.1 土壤颗粒粒径分布的演变特征  12
  1.2 土壤矿质元素  12-14
    1.2.1 指示矿质元素的风化发育指标  12-13
    1.2.2 元素的移动和再分配  13-14
  1.3 土壤中氧化物的特征  14-16
    1.3.1 氧化铁  14
    1.3.2 氧化铝  14-15
    1.3.3 氧化硅  15
    1.3.4 氧化锰  15-16
  1.4 土壤黏土矿物学特征  16-18
  1.5 磁学特征  18-24
    1.5.1 物质磁性的原理及其参数意义  18-22
      1.5.1.1 物质的磁性  18
      1.5.1.2 几种常见的磁性矿物  18-19
      1.5.1.3 基本磁学参数  19-22
    1.5.2 磁学在土壤研究中的应用  22-24
      1.5.2.1 在土壤学研究中的应用  22-23
      1.5.2.2 在古环境变迁研究中的应用  23
      1.5.2.3 在人类活动影响与环境污染研究中的应用  23-24
第二章研究目的与方法  24-31
  2.1 研究目的和意义  24
  2.2 研究区选取  24-25
  2.3 研究区概况  25-26
    2.3.1 研究区的地质背景  25
    2.3.2 现代成土环境  25-26
  2.4 样品采集及其基本概况  26-28
  2.5 测定项目与分析方法  28-30
    2.5.1 常规化学分析  28-29
    2.5.2 土壤颗粒组成  29
    2.5.3 土壤Fe、Si、Al含氧矿物  29
    2.5.4 土壤和土壤黏粒的矿质全量分析  29
    2.5.5 黏粒矿物的X-射线衍射分析(XRD)  29
    2.5.6 磁学性质的测定  29-30
  2.6 数据处理方法  30-31
第三章土壤形成过程中基础理化性质的演变特征  31-34
  3.1 容重  32
  3.2 土层厚度  32
  3.3 有机碳  32-33
  3.4 PH  33
  3.5 小结  33-34
第四章土壤形成过程中氧化物及矿质全量的演变特征  34-46
  4.1 氧化物的含量和演变特征  34-36
    4.1.1 铁氧化物  34
    4.1.2 铝氧化物  34-35
    4.1.3 硅氧化物  35-36
  4.2 矿质元素的含量和演变特征  36-38
    4.2.1 土壤矿质元素的变化特征  36-38
    4.2.2 土壤黏粒矿质元素的变化特征  38
  4.3 土壤发育程度的大量元素指标评价  38-42
  4.4 土壤元素的迁移  42-45
  4.5 小结  45-46
第五章土壤形成过程中磁学性质的演变  46-60
  5.1 磁学参数变化  46-53
    5.1.1 磁化率χ  46
    5.1.2 频率磁化率χ_(fd)  46-47
    5.1.3 非滞后磁化率χ_(ARM)  47
    5.1.4 饱和等温剩磁SIRM  47
    5.1.5 软剩磁IRM_s、硬剩磁IRM_h  47-51
    5.1.6 退磁参数S_(-100mT)和S_(-300mT)  51
    5.1.7 磁性参数比值χ_(AARM)/χ和SIRM/χ  51-53
  5.2 土壤磁化率的粒级分布  53
  5.3 DCB处理对土壤磁性参数的影响  53-54
  5.4 讨论  54-58
    5.4.1 磁学参数指示土壤发生层次和相对成土年龄  54-55
    5.4.2 磁学参数指示铁磁矿物晶畴变化  55-56
    5.4.3 DCB溶液处理后磁学参数变化  56
    5.4.4 磁学参数指示土壤中的磁性矿物  56-58
    5.4.5 磁学参数指示土壤类型  58
  5.5 小结  58-60
第六章土壤形成过程中黏土矿物的演化  60-66
  6.1 黏土矿物变化趋势  60
  6.2 假说验证  60-63
  6.3 小结  63-66
第七章结论与展望  66-68
  7.1 结论  66-67
  7.2 创新点  67
  7.3 展望  67-68
参考文献  68-76
附录一:采样景观及剖面照  76-78
附录二:论文发表情况  78-80
致谢  80

我国热带地区玄武岩发育土壤的时间序列演变

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