湿地生态系统土壤粘粒矿物组成特征研究

以吉林省7种不同类型土壤(沼泽土、草甸土、潜育黑土、潜育白浆土、水稻土、泥炭土、暗棕壤)为研究对象,在野外采样和室内分析的基础上,对湿地土壤质地及化学组成进行分析,研究土壤粘粒矿物组成特征,探讨其形成机理及演化规律。结果表明:1)土壤质地类型均为壤质土;2)土壤化学组成以SiO_(2)、Al_(2)O_(3)和Fe_(2)O_(3)为主,且w(SiO_(2)+Al_(2)O_(3)+Fe_(2)O_(3))>80%;3)土壤硅铝率、硅铝铁率呈现出相同的趋势,潜育黑土>草甸土>泥炭土>暗棕壤>沼泽土>潜育白浆土>水稻土;4)草甸土、潜育白浆土的粘粒矿物组成以伊利石为主,其他土壤均以伊蒙混层为主;5)利用同步辐射装置对暗棕壤进行对比分析,鉴定出了常规光谱中未被识别的矿物(斜长石、伊/蛭混层)。同步辐射衍射光谱具有扫描辨识度强等多种优势,可以成为土壤粘粒矿物特性分析的有效技术。

同步辐射X射线衍射光谱在地带性土壤粘粒矿物研究中的应用

X射线衍射(XRD)光谱是分析土壤粘粒矿物组成的重要手段,但常规XRD分析存在前处理复杂、耗时较长、光谱分辨率低、扫描不充分等问题。为此,该研究依托北京同步辐射装置(BSRF)的4B9A衍射实验站,以我国东部不同气候带(即温带、亚热带、热带)的7种地带性森林土壤(棕色针叶林、暗棕壤、棕壤、黄棕壤、黄壤、赤红壤和砖红壤)为研究对象,利用同步辐射X射线衍射(SR-XRD)光谱对土壤粘粒矿物组成特征进行分析。结果表明:(1)温带土壤(棕色针叶林、暗棕壤和棕壤)质地以粘壤土为主,而亚热带土壤(黄棕壤、黄壤和赤红壤)分布在粘土和粘壤土的分界线上;从亚热带到热带,土壤质地呈现出粘土→壤土→砂土的变化趋势。(2)土壤硅铝率(Sa)表现为温带土壤(5.22)>热带土壤(4.53)>亚热带土壤(4.49);同样地,硅铝铁率(Saf)也呈现出温带土壤(4.06)>热带土壤(3.53)>亚热带土壤(3.36)的变化规律。(3)从温带到热带,土壤粘粒矿物中高岭石的含量增加、结晶度提高,而伊利石的含量则逐渐减少;温带土壤以2∶1型粘粒矿物为主,而热带土壤则以1∶1型矿物为主;在SR-XRD光谱中鉴定出了伊蒙混层、长石两种粘粒矿物的存在,而这两种矿物在常规XRD光谱中未被识别。(4)与常规XRD法相比,利用SR-XRD法分析土壤粘粒矿物组成具有以下优势:一是前处理工作量较少,常规XRD法需将粘粒样品制成不同类型的载玻片再进行测定,而SR-XRD法直接测定粘粒样品即可;二是光谱分辨率高,SR-XRD法的分辨率可达到≤100 nm,从而能够检测到更多的衍射峰;三是实验效率提高,SR-XRD法的优化扫描步长可达0.04°,比常规XRD法增加1倍,从而提高了测试效率;四是扫描辨识度增加,SR-XRD法的看光时间可优化为4 min,是常规XRD法的2倍,使得样品的扫描更加充分。

不同气候带森林土壤粘粒矿物XRD物相分析

以我国7个不同气候带下的森林土壤为研究对象,从不同温度及降水对森林土壤的影响方面入手,通过野外取样和室内分析相结合的方法,测定其阳离子交换量、土壤颗粒组成、化学组成特征情况,进行选择性溶解分析,并使用X射线衍射分析方法,分析不同森林土壤粘粒矿物XRD物相特征,深入探讨在不同气候带下、受不同温度及降水影响的森林土壤的粘粒矿物的组成特点及含量变化。结果表明,7种供试森林土壤除雾灵山外,其他森林土壤粘粒含量均达到30%以上,雾灵山为壤土,西双版纳为砂质粘壤土,其他森林土壤为粘壤土。7种供试森林土壤粘粒化学组成以SiO_(2)、Al_(2)O_(3)和Fe_(2)O_(3)为主,Sa值大小顺序为蛟河>漠河>太白山>雾灵山>天童山>西双版纳>黄连山。由北到南随着温度及降水的增加,森林土壤的Sa值、Saf值呈逐渐减少的趋势,土壤风化程度增加。寒温带漠河、中温带蛟河、暖温带雾灵山、北亚热带太白山的粘粒矿物以2:1型伊利石为主,中亚热带天童山、南亚热带黄连山、热带西双版纳的粘粒矿物以1:1型高岭石为主。随着温度及降水的升高,伊利石含量呈现逐渐减少的趋势,蒙脱石有所下降,高岭石有所上升,供试土壤粘粒矿物随着气候的变化表现出一定的规律性。