论文部分内容阅读
粘粒矿物是土壤中最为活跃的组分，在维持土壤肥力与养分循环中扮演重要角色，然而粘土矿物在土壤胶体不同粒径颗粒中的行为非常特殊，尤其在纳米颗粒(25-100nm)中。本研究以中国从北到南几种水平地带性土壤(北方的淋溶土(Alf1)、中部的淋溶土(Alf2)、老成土(Ult)和南方的氧化土(Oxl))为材料，研究土壤各粒级颗粒中(＜2000，450-2000，100-450，和25-100nm)粘土矿物的特征。采用电感耦合等离子发射光谱(ICP-OES)，传统和同步辐射X射线衍射(XRD)，红外光谱(FTIR)，热重分析(TG)，扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等手段分析不同粒径土壤颗粒的化学组成，确定粘土矿物的类型及演化特征。以更好了解中国水平地带性土壤颗粒中粘土矿物类型及结构的变化，探讨土壤颗粒中粘土矿物从宏观到纳米级的变化，揭示土壤成土因素对颗粒中粘土矿物转化的影响。结果表明: 1)从北到南，四种土壤中存在脱硅、富集铁铝的现象。随纬度的降低，土壤中2∶1型粘粒矿物的含量逐渐减少，而1∶1型粘粒矿物和铁氧化物的含量逐渐增加，并出现三水铝石。Alf1和Alf2土壤中粘土矿物为伊利石、蛭石、高岭石、以及痕量伊利石-蛭石和伊利石-高岭石混层矿物。Ult土壤中粘土矿物主要为高岭石和层间羟基矿物(HIV)，并含少量蛭石和伊利石。然而在Oxl土壤中主要含有高岭石，层间羟基矿物(HIV)和痕量伊利石。 2)随着颗粒粒径的减小，北方Alf1土壤的成土作用和脱硅富铝化作用逐渐减弱，而在中部Alf2和南方Oxl土壤中此变化规律反之。随着颗粒粒径的减小，北方Alfi土壤的硅铝率有所增加，而中部Alf2和南方Oxl土壤的硅铝率则明显降低。随着颗粒粒径的减小，北方Alf1土壤中1∶1型粘土矿物逐渐瓦解，而在中部Alf2和南方Oxl土壤中存在2∶1型粘土矿物向1∶1型粘土矿物转变的趋势。在北方Alf1和中部Alf2土壤中，＜2000nm、450-2000nm和100-450nm颗粒中存在伊利石向蛭石转化的现象。 3)随着颗粒粒径的减小，土壤中三八面体矿物减少，二八面体矿物增加。从北到南，土壤纳米颗粒中的粘土矿物由以伊利石为主逐渐转变为以高岭石为主。在南方地区三八面体矿物的风化作用显著加强。 4)与＜2000nm，450-2000nm和100-450nm颗粒相比，纳米颗粒中伊利石和高岭石的晶体结构无序程度更加明显。随着颗粒粒径的减小，四种土壤中粘土矿物的层状堆垛由良好的堆垛层转变为缺陷堆垛层。从北向南，晶体结构的无序性和粘土矿物的缺陷堆垛层逐渐减少，直至在南方土壤中变得不显著。 5)在粘土矿物的转化过程中，纳米颗粒中的层状硅酸盐矿物主要由大颗粒(450-2000nm、100-450nm和100-450nm)中的粘土矿物风化而来。从北向南，粘土矿物的演化序列为:伊利石→蛭石→HIV→高岭石→三水铝石。本研究中，土壤的成土因素可能对粘土矿物的转化有影响，其中气候因子的影响最显著。