热带土壤剖面风化成壤过程的元素地球化学特征——以雷琼地区玄武岩母质土壤剖面为例

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土壤发生和发育过程与风化过程两者相互联系,又存在区别,风化作用是成壤作用的前提和基础,成壤作用本身就是风化作用的深入。风化成壤作用是大陆地表层圈相互作用的主要形式,是元素表生地球化学循环的重要环节。风化成壤作用发生的实质就是各种元素的重新组合及其迁移。受成土因素的影响,风化成壤过程中成土剖面的元素地球化学行为表现出不同的分布和演化特征。探讨表生条件下岩石风化与土壤形成过程中元素的分异、富集、迁移规律对于研究热带地区土壤发生和发育机理以及第四纪环境演变规律均具有重要意义。  热带地区的土壤剖面所经受的风化成壤作用比较充分而深入。地处热带的海南岛北部以及雷州半岛分布有不同时代喷发的玄武岩,其上发育的土壤因风化成土时间差异,其它成土因素基本相同或相近,形成具有较为完整的风化成土时间序列的系列土壤剖面。这为深入探讨风化成壤过程中元素地球化学行为提供了良好的研究材料。本文通过分析该土壤剖面序列的常量元素、微量元素和稀土元素的分布与演化特征,讨论它们之间的相互关系与变化规律,探讨热带地区土壤剖面风化成壤过程中的元素地球化学的演化及其影响因素。我们选择了雷琼地区6个不同喷发年代的玄武岩上发育的土壤剖面,共采集53个土壤样品,同时分别采集了6个剖面的玄武岩母岩样品。对这59个样品进行了元素测量,并测量了53个土壤样品的粒度。在此基础上对其元素地球化学性质及演变特征进行了分析。结果表明:  (1)母岩是土壤剖面形成的基础,母岩的元素地球化学本底决定了土壤剖面中元素的初始含量,同时母岩控制着元素的内部分异特征。常量、微量及稀土元素均表现出对母岩具有一定的继承性,导致元素分布特征与母岩有明显的相似性;母岩对土壤剖面中重稀土内部分异的影响较大,而对轻稀土内部分异状况影响较小。  (2)风化成壤所产生的次生粘粒组分的吸附作用导致了土壤剖面中稀土元素和微量元素的富集以及轻重稀土的分异。粘粒组分对LREE的优先吸附导致稀土元素分异程度增大,对稀土元素的分异有显著影响。  (3)土壤剖面中ΣREE与Fe2O3含量呈极显著负相关,可能与风化成土过程中铁氧化物结晶程度提高、富含REE的无定形铁含量降低有关;ΣREE与P2O5、MnO则呈极显著正相关,应当是由于土壤中含有较多的赋存REE的磷酸盐矿物和锰氧化物矿物所致。风化成壤过程中,Sr/Ba逐渐减小,Sr/Ba是反映风化成壤强度的良好指标。  (4)成土年龄对风化成壤作用的影响表现出一定的阶段性特征,早期影响更为显著,当风化成壤作用进行到一定程度后,成土年龄的影响则明显减弱。第一阶段(土壤发育年龄小于1.33Ma),主要伴随着CaO、MgO、Na2O、K2O、SiO2强烈而迅速淋失,且淋失率随成土年龄的增加而明显增加,Fe2O3、TiO2显著富集,各稀土元素由显著富集逐渐变为剧烈淋失,反映随风化作用的加深,稳定元素在相对富集的基础上亦可能存在一定程度的淋失;第二阶段(土壤发育年龄大于1.33Ma),该阶段CaO、MgO、Na2O、K2O、SiO2已遭充分淋失,Fe2O3、TiO2富集率也趋于稳定,各稀土元素迁移率亦趋于稳定。
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