铁和磷的耦合地球化学循环是生命起源和演化的重要科学问题。铁氧化物是表生环境下含铁硅酸盐风化的气候敏感性矿物,通常以纳米胶体形式附着在原生和次生矿物表面,主导土壤和沉积物的光学与磁学性质,并成为土壤分类和气候重建的重要指标。磷是沉积型循环的生命元素,对地球表面生物圈的形成和演化起着重要作用。陆地风化成壤过程中,原生含磷矿物逐渐淋溶,次生铁氧化物逐渐富集,铁氧化物可对磷酸盐产生专性吸附和物理闭蓄,延缓磷的淋溶过程并影响其生物有效性,反过来,磷酸盐的吸附也可以干扰铁氧化物的结晶和转化过程,进而可能对土壤的光学与磁学性质产生影响。开展亚热带不同环境梯度下富铁土与铁铝土中铁氧化物和磷的耦合关系研究,对于明确全球气候变化背景下不同尺度的土壤磷素演化过程及其有关机制有着重要现实意义,同时也可为基于土壤磁学和光学指标的现代土壤分类、气候重建和空间探索等研究提供科学依据。本文以中国南方亚热带花岗岩地区、碳酸盐岩地区以及磷矿区的富铁土与铁铝土序列为研究对象,综合利用地球化学、土壤化学、光谱学和环境磁学等研究方法,围绕自然过程中土壤水活度变化导致的多尺度铁氧化物的分异特征,从气候、地形、剖面多种环境梯度探讨了不同铁氧化物相与磷形态的分配形式以及两者的关系,同时讨论了高磷铁比（P/Fe）梯度下磷酸盐配体对铁氧化物游离度、结晶度及磁性颗粒富集过程的影响,主要研究结果如下:（1）气候尺度上,从干热至冷湿环境,土壤中的游离铁、无定形铁、赤铁矿的含量及其相对比例普遍下降,其中尤以赤铁矿的下降最为明显,而针铁矿的含量及其比例显著增加。同时,无机磷及相关形态的磷含量减少,但铁结合磷（Fe-P）的相对比例在冷湿地区上升,而闭蓄态磷（O-P）的相对比例则下降,暗示当气候从冷湿转为干热时,无定形铁主要老化为赤铁矿,原先吸附在无定形铁氧化物表面的Fe-P快速地被赤铁矿物理闭蓄形成O-P,使得干热的气候环境更容易富集O-P,而冷湿的气候环境更容易富集Fe-P。（2）地形尺度上,从坡上至坡下,铁氧化物游离度、赤铁矿的含量及其比例下降,其中又以赤铁矿的下降最为明显,无定形度略有上升而针铁矿的变化较小。无机磷是最主要的磷形态,无机磷中又以O-P和Fe-P为主,但O-P在坡面上的变化并不显著,而Fe-P则随着地势的降低略有上升。赤铁矿与Fe-P呈现明显负相关关系,而与O-P的相关性较弱,说明赤铁矿形成过程中可降低Fe-P的含量,但因针铁矿是主要的结晶铁氧化物,加之赤铁矿对磷的吸附能力弱于针铁矿,导致坡面上快速变化的赤铁矿对O-P的影响并不显著。（3）剖面尺度上,从顶部到底部,根据土壤水分条件和氧化还原环境的变化可依次划分为氧化层、水化层和还原层。从氧化层至水化层,游离铁、无定形铁、赤铁矿的含量下降,而针铁矿的含量快速上升。无机磷是最主要的磷形态,Fe-P、O-P、铝结合磷（Al-P）的含量在水化层增加,其中以Al-P的增加最为显著。Al-P与针铁矿具有很好的正相关关系,表明水化层中Al对针铁矿产生了同晶替代,导致Al-P的含量上升。同时,被替代后的针铁矿原有结构遭到破坏,比表面积增加,又提高了对磷酸盐的吸附能力,Fe-P和O-P的含量上升。从水化层至还原层,游离铁、无定形铁、赤铁矿和针铁矿的含量均快速下降,但Fe2+/Fe3+却快速上升。同时,无机磷及其有关磷形态的含量明显减少,但有机磷含量显著增加并成为还原层中主要的磷形态,显示出Fe2+可与有机质更好地络合形成金属有机络合物,从而对磷酸盐产生吸附形成有机磷,这种有机磷含量的增长在一定程度上抵消了由无机磷减少带来的总磷丰度的损失。此外,根据酸性土壤铁氧化物和磷形态在不同水活度阶段的变化特征,建立了磷形态随铁氧化物变化的三段式概念模型。（4）在高P/Fe梯度序列中,从高P/Fe（HP）组至低P/Fe（LP）组,铁氧化物的游离度、无定形度下降,结晶度增加。无机磷是主要的磷形态,无机磷及有关磷形态的含量快速减少,但O-P占无机磷的比例明显上升,其在HP组为50.38%,在LP组为72.46%,而Fe-P占无机磷的比例明显下降,其在HP组为39.1%,在LP组为13.07%。因此,HP组的高磷酸盐配体可以抑制无定形铁向结晶度更高的铁氧化物转化,反过来,无定形铁氧化物对磷酸盐的强吸附能力又导致磷酸盐被化学吸附的含量增加,被物理闭蓄的含量减少,表明P/Fe对铁氧化物的形态变化和磷酸盐的固持形式有重要影响。（5）亚铁磁性颗粒在不同P/Fe范围内具有不同的富集和粒径增长模式。当P/Fe>0.0275时,亚铁磁性颗粒呈指数富集趋势,超顺磁和单畴颗粒等细磁性颗粒占据主导,当P/Fe<0.025时,亚铁磁性颗粒呈线性富集趋势,细磁性颗粒具有明显的粒径增长现象。因此,高磷酸盐配体环境下,铁氧化物对磷的吸附可抑制水铁矿向赤铁矿的老化过程,从而有利于亚铁磁性矿物作为其中间产物的快速富集。而磷酸盐配体含量低时,铁氧化物结晶度增加,亚铁磁性颗粒可快速增长并转化为热力学性质更稳定的反铁磁性矿物赤铁矿。该模式成功解释了高风化土壤和沉积物中土壤颜色与磁性的脱耦问题,为基于环境磁学和光学的极端气候重建研究提供科学依据。