土壤铁氧化物与腐殖质的交叉染色效应研究

土壤颜色是土壤分类、气候重建和环境遥感的重要指标。铁氧化物和腐殖质是土壤的两大致色组分,主导了土壤可见光波段的光谱响应特征。基于土壤中铁氧化物和腐殖质交叉致色效应不明确的问题,以高岭石(Kao)为基底,选取典型铁氧化物赤铁矿(Hm)和针铁矿(Gt)以及典型腐殖酸胡敏酸(Ha)和富里酸(Fa),基于高分辨率漫反射光谱方法(DRS),系统探讨了不同含量单一致色组分的光谱特征、颜色指数及其二元交叉干扰效应。结果表明,就单一组分的致色效应而言,红色Hm强于黄色Gt,黑色Ha强于棕色Fa;腐殖质加入对铁氧化物致色有明显影响,通常会使可见光波段平均反射率、明度(V)和彩度(C)降低,色调(H)偏黄,但Hm抗干扰能力大于Gt。Lab颜色系统的a、b以及DRS的红度(Red%)与黄度(Yellow%)对Hm和Gt含量变化敏感,可作为土壤铁氧化物定量反演的指标,但Ha的加入可导致Hm和Gt估值偏低,Fa对估值的影响较小,干扰形式与Hm和Gt的含量范围有关。基于此,本文给出不同腐殖酸含量条件下土壤Hm和Gt的估算公式,为理解土壤的颜色变化及铁氧化物定量提供重要参考,也为基于环境遥感的大面积铁氧化物调查奠定基础。

亚热带花岗岩坡地富铁土铁氧化物相分配对团聚体稳定性的影响

铁氧化物是环境敏感矿物,也是土壤团聚体的重要胶结物。自然铁氧化物相存在多尺度分异现象,可能影响团聚体的形成与稳定。本文以闽中丘陵区花岗岩坡地上发育的富铁土序列为研究对象,通过湿筛法和吸管法分离团聚体;运用土壤化学和漫反射光谱(Diffuse reflectance spectroscopy,DRS)方法测定了全铁(Fe_(t))、游离铁(Fe_(d))、无定形铁(Fe_(o))、赤铁矿(Hm)和针铁矿(Gt)含量,并系统探讨了坡地、剖面和团聚体尺度铁氧化物相分异特征及其对团聚体稳定性的影响。研究表明,坡地尺度上,沿坡面向下,全样Fe_(d)与游离度(Fe_(d)/Fe_(t))减小,Fe_(o)与活化度(Fe_(o)/Fe_(d))增加,Hm与Hm/(Hm+Gt)明显降低,Gt变化不明显;剖面尺度上,上层土壤的Fe_(d)、Gt多高于下部,Fe_(o)和Hm则多低于下部;团聚体尺度上,Fe_(d)、Fe_(o)和Gt趋向微团聚体中富集,Hm在微团聚体和大团聚体中含量相当,Hm/(Hm+Gt)则随粒级增长而增大。坡地土壤团聚体粒级组成以微团聚体为主,但团聚体稳定性由>0.25 mm大团聚体主导。Fe_(o)、Fe_(o)/Fe_(d)和Hm(Hm/(Hm+Gt))分别与0.5~0.25 mm、1~0.5 mm和2~1 mm大团聚体显著正相关。不同尺度上铁氧化物存在明显分异,其中坡地尺度铁氧化物相的强烈分配导致Hm和Fe_(o)分别在坡顶和坡底相对富集,使得坡地两端团聚体稳定性高于坡中过渡区。