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土壤胶体是土壤中最活跃的物质,其从土体固相物质中的释放、土层之间的迁移和在淀积层的累积是土壤发生过程中的重要环节,对土壤的基本理化性质产生影响。土壤的发生演变也会直接体现在胶体性质的变化上。土壤胶体特有的吸收性能和团聚作用还能让土壤保蓄和供应植物所需的养分离子,形成良好的土壤结构,提高土壤保肥能力。胶体的分散性主要依赖于水分散胶体的稳定性,如果一个土壤分散体系很稳定,即土壤胶体容易分散,那么地表干后容易形成结皮,土壤变硬,渗透性降低,从而导致粮食减产。同时,污染物吸附在胶体表面,很容易随胶体移动而转移到地下,造成地下水污染。另一方面,如果一个土壤分散体系不稳定,即土壤胶体容易迅速絮凝,那么土壤细颗粒则容易在土体中聚集累积而降低土壤的可渗透性,并进一步引起随胶体运动的元素富集,甚至造成重金属污染。土壤细颗粒稳定性还可以用来评估和预测土壤的侵蚀和流失程度。因此,研究土壤胶体行为对土壤发生和环境保护都有深远的意义。过去国内外关于土壤胶体移动的机理及其影响因素已有大量的研究,然而土壤发育时间,作为影响土壤发育的五大成土因素之一,关于土壤胶体随成土时间延长演化的研究很少。 因此本研究选取海南岛北部玄武岩上不同发育时间的土壤作为研究对象,利用测定土壤悬浮液吸光度百分比的方法,分别从不同发育时间和不同发生层次两个角度出发研究了土壤在不同pH条件下的胶体稳定性特征;通过电位滴定法测定了土壤的电荷零点,并结合电化学等知识分析了胶体分散-凝聚行为内在机理;结合去除有机质、DCB去游离铁、矿物衍射等方法进一步探讨了不同层次影响胶体稳定性的主要因素,讨论了热带地区土壤发育过程中胶体稳定性演化的土壤发生意义。结果表明: 随着土壤发育时间的延长,土壤颜色红度加深,土层厚度增加,土壤有机碳随剖面加深逐渐减少。土壤pH值开始降低,至高度发育时呈现缓慢增加的趋势。CEC7大体随成土年龄增加而下降,有机质的贡献会影响到CEC7变化的总体趋势。大量元素中Al2O3和Fe2O3含量增加,物质的淋溶和生物富硅现象会影响到SiO2在土体中的分布,Ca、Mg、 K2O和Na等易溶元素在岩石风化初期强烈淋失,发育到一定程度时开始减弱,这反映了热带地区特有的化学风化环境。Sa、Saf、CIW和CIA等指标是通过计算元素在成土过程中的流失和富集来指示土壤发育程度的,然而在热带土壤强烈风化地区,土壤发育初期元素的迅速淋失,后期土壤发育速度缓慢及生物富硅等过程都可能造成这些指标在指示土壤发育程度过程中出现偏差,因此在热带地区运用元素地球化学指标来指示土壤发育程度时效果不明显。 铁游离度(Fed/Fet)和赤铁矿含量随成土时间延长逐渐增大,游离铁和活性铁的差值以及铁活化度(Feo/Fed)逐渐降低,这些指标可以用来很好地指示土壤的发育程度。热带地区玄武岩发育土壤中高岭石含量普遍偏高,土壤发育初期的原生矿物逐渐分解为次生矿物,2∶1型黏土矿物减少,1∶1型黏土矿物如高岭石和三水铝石增加,且高岭石和三水铝石的结晶程度向晶性好的方向不断发展。 热带地区土壤胶体稳定性受pH影响明显,pH越高,胶体稳定性越强。对于发育年轻的土壤,pH越低,胶体越趋向絮凝,对于高度发育的土壤,胶体稳定性随pH先降低后有小幅度增加。成土时间对土壤胶体稳定性产生了显著的差别,B层土壤胶体稳定性随成土时间延长逐渐下降。不同层次间土壤胶体稳定性的差异表现在:A层土壤胶体稳定性普遍偏高,胶体在pH为土壤自身pH值所对应的悬浮液中都具有一定程度的分散性,B层不同发育时间胶体稳定性呈现规律性差异,C层除发育年轻土壤剖面胶体依然具有分散性之外,中度发育和高度发育的土壤胶体都迅速絮凝。这说明年轻发育土壤通体具有很高的迁移能力,物质淋溶速度快,促进土壤发育;中度发育土壤表层物质淋溶至下层累积,下层的物质交换减慢,土壤发育速度减慢;高度发育土壤表层以下胶体难以移动,物质交换受到抑制,土壤发育逐渐趋向平衡状态。 随土壤发育时间延长,土壤的电荷零点增大,永久负电荷减少,土壤的缓冲性能和阳离子交换能力下降。热带地区同一母质发育土壤的PZC和△pHPZC可以用来指示土壤相对成土年龄和发育程度,还可以用来指示土壤胶体稳定性特征:PZC越高,△pHPZC越小,说明土壤成土时间越长,土壤胶体的稳定性越弱。 有机质、铁铝氧化物和黏土矿物的组成及结晶程度是影响热带地区土壤胶体稳定性的主要因素。对于表层土壤来说,有机质的存在提高了土壤胶体的分散性,掩盖了土壤发育时间对土壤胶体稳定性的影响。中度和高度发育土壤胶体容易絮凝主要是因为高含量的铁铝氧化物对土壤起到了很强的集聚作用。高岭石含量多的高度发育土壤临界絮凝pH要稍高于年轻发育土壤,但矿物组成和含量的差别在影响不同发育时间胶体稳定性差异方面所起的作用不明显。 土壤胶体稳定性随土壤发育的降低促进了淀积层的发育,土壤酸化趋势受到抑制。相对于其它指标,土壤PZC和△pHPZC可以更好地指示土壤发育程度,并为热带土壤分类系统提供参考。在采用吸管法测定土壤颗粒组成或提取胶体时需根据实验用途权衡利弊,考虑利用超声、加分散剂、加热煮沸、调节pH、去铁等前处理方法达到分散土壤颗粒的目的。