重庆典型岩溶区不同土地利用方式下表土磁性特征研究

摘要

土壤磁学研究是土壤研究的新领域,是环境磁学研究的重要组成部分,自80年代引入我国以来,得到广泛关注和快速的发展,并在我国主要土壤类型磁学特征研究,土壤磁性地理分异规律,磁性矿物的发生演变,土壤污染的磁学响应,风化壳的环境信息提取等方面取得了丰富的研究成果。热带亚热带地区由于其气候条件的差异和基岩、母质的强烈影响,土壤类型众多,是我国土壤磁学研究的重要区域,广泛分布于西南岩溶区的弱磁性基岩发育土壤,由于其磁性发生、演变的特殊性,有可能为揭示土壤磁性矿物发生机理和获取我国南方地区环境变化信息提供契机。
　　 现阶段的研究多集中于就未受人类活动影响的土壤类型及其风化壳的磁性发生讨论,以及污染成因的土壤磁性异常研究,而对人类强烈扰动下成土成因的土壤磁性演化研究较少,本次研究以此为入手点,以弱磁性基岩发育的不同土地利用方式下土壤为研究对象,试图对此问题有所了解。
　　 初步得出以下结论:
　　 (1)研究区土壤发育程度相对较低,整体处于富铁锰阶段,不同用地方式下土壤磁性因其所处成土环境条件不同有较大差异,磁化率变化表现为:石灰岩发育土壤:灌丛地＞荒草地＞旱地＞林地＞撂荒地＞稻田,白云岩发育土壤磁化率值变化:旱地＞灌丛地＞撂荒地＞荒草地＞林地。结合实地调查和后期分析,不同利用方式下土壤磁性变化主要由于人类扰动、利用方式转变、水分情况的差异导致土壤磁性矿物种类、含量的变化产生,土壤磁性变化情况与相应的土壤发育环境和土壤发育程度能够相互对应。
　　 (2)根据磁性矿物分析,有0.1%的样品受到外来污染和人类活动影响,磁性变化异常,对其进行排除后,频率磁化率和磁化率值表现出显著的相关性(y=10.21e0.2002x,R2=0.6315,n=98),表明在人类活动强烈干扰下,不同利用方式土壤仍符合弱磁性基岩发育土壤铁铝化过程的一般规律,土壤磁性主要由磁赤铁矿贡献。
　　 (3)对研究区水稻土的研究表明,水稻田表土磁性同时存在着随土壤发育磁性减弱和增强两个过程,水稻土中发生着长期淹水,土壤粒度减小,土壤中亚铁磁性晶粒逐渐还原溶解、无定形化,土壤磁性主要由纤铁矿、针铁矿或其铝替代物所贡献。另一种情况是,水稻土慢干过程中,有机质分解,游离铁含量增加,粘粒含量增加,随土壤发育磁性增强,有新的亚铁磁性矿物产生。这一现象在表土磁性研究中可以通过频率磁化率5%加以区分,前者发生在xfd＞5%的情况下,而后者xfd＜5%。
　　 在旱地土壤中,xfd＞5%的土壤磁性主要由成土过程中产生并赋存于游离氧化铁中的次生亚铁磁性矿物所控制,表现为随土壤发育磁性逐渐增强。Xfd＜5%的土壤样品,由于人为熟化或深层翻耕,土壤磁性主要由外来亚铁磁性矿物及其氧化物或针铁矿铝同晶替代物所贡献。撂荒地土壤磁性主要受成土条件和成土过程共同影响,表现为早地撂荒后随土壤有机质含量增加,土壤次生氧化铁矿物增多,土壤磁性随之升高。而由水稻田落干撂荒土壤,水分条件逐渐改善,表现为游离氧化铁逐渐活化,新生体亚铁磁性矿物产生。此类土壤逐渐发展而成的荒草地,以上特征则更为明显。由于灌丛地多处于人类无法利用的岩石裸露区,土壤磁性由成土作用产生次生亚铁矿物所贡献,并能反映研究区整体土壤磁性发育程度。研究区人工林反映了人为强烈扰动后土壤磁性变化特征,土壤中的磁性矿物主要为成土作用形成的亚铁磁性矿物磁赤铁矿,甚至有产生粗粒级的磁铁矿的可能。而发育于地势较高的原始林地则些许表现出磁性演变的地带性,土壤可能由成土成因亚铁磁性矿物与顺磁性矿物组成。
　　 (4)土壤灼烧实验证明,研究区人类活动影响下成土过程中土壤磁性主要由磁赤铁矿贡献,人为扰动土壤中针铁矿及其同晶替代矿物的磁性不容忽视,长期淹水的水稻土和排水不良的竹林土壤中有较多的纤铁矿,污染土壤样品的x-T曲线,表现出磁铁矿的特征。不同利用方式下土壤的磁转化率E值较好的反映了土壤“磁赤铁矿化”的程度,说明磁转化率E值在人类强烈干扰下的土壤中也是适用的。