淮河上游全新世黄土-古土壤剖面高分辨率地球化学研究

摘要

当今，人类正面临着一系列前所未有的重大全球性环境问题，全球变化对于世界各国的经济发展和人类社会的生存都有着深远的影响，全球气候变化更是与人类的生存息息相关。全新世是国际过去气候变化(PAGES)研究的重点，研究全新世气候变化对预测未来环境演变有重要参考价值。许多研究方法和信息载体已经引入了全新世环境演变的研究，并且取得了很大的进展。黄土高原的黄土-古土壤序列是全新世高分辨率研究公认的良好信息载体，通过对黄土-古土壤序列的研究，已经搞清楚了中国黄土高原地区风成黄土的形成机制、物质来源及其所反映的气候变迁历史。 本文在了解国际国内的地学界和环境学界全新世环境演变进展的基础上，经过细致缜密的野外观察，选定淮河上游地区一典型的全新世黄土-古土壤剖面进行高分辨率采样，确定化学元素、磁化率、pH值、碳酸钙含量和烧失量等环境指标进行室内分析测定，获得了淮河上游全新世环境演变的高分辨率的数据信息。重点研究了各种化学元素在不同地层中的变化规律，并结合其他环境指标，探讨了淮河上游地区全新世黄土-古土壤地球化学特征及其对成壤环境的指示作用和反映的全新世气候环境演变规律，并探讨了黄土的物质来源问题，揭示了淮河上游地区全新世风成黄土-古土壤的物质来源及其成壤环境的变化，这对于阐明该区域过去一万年来成壤演变对全球变化的响应具有重大意义。 经过研究，本文得到如下结论：(一)淮河上游地区全新世风成黄土中常量元素氧化物(Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO)含量、重金属元素(Zn、V、Co、Cu、Ni)和其它微量元素(Rb、Ga)含量随土壤地层呈现有规律性变化，即在古土壤层(S0)中含量最高，在表土层(MS)中次之，在黄土层(L1、Lt、L0)中最低。其它重金属元素(Nb、Pb、Ti、Cr)含量在剖面中的变化趋势与Zn、V、Co、Cu、Ni相似，只是前者的含量在表土层(MS)比在古土壤层(S0)略高，反映出全新世后期现代成壤改造作用较强。常量元素氧化物Na2O和微量元素Sr含量在古土壤层强烈淋失，在黄土层相对富集。绝大部分化学成分含量与磁化率的相关性很强，表明它们的迁移转化受全新世以来气候变化、沙尘暴活动和成壤环境变化的控制。 (二)与黄土高原地区相比，淮河上游地区全新世风成黄土有以下特征：1、磁化率显著偏低，绝对值差别很大；常量元素氧化物在全剖面中的含量较高，结合CaCO3在全剖面中的含量要远远低于于洛川剖面，说明了淮河上游地区全新世的气候状况要比黄土高原地区优越得多。 2、重金属元素(Zn、V、Co、Cu、Ni、Ti)和微量元素(Sr、Rb、Ga)在全剖面中的含量较低，只有Mn在古土壤层及Cr在全剖面中的含量较高。这正好说明淮河上游黄土-古土壤物质来源与黄土高原地区明显不同，并进而反映影响黄土-古土壤发育的主要风动力系统也不同。联系全新世时期黄河频繁泛滥、改道、沉积与黄淮平原盛行东北风形成流沙地的事实，认为淮河上游地区的黄土物质是黄河泛滥沉积物质经过风沙活动改造，由东北风力系统搬运而来的近源粉尘堆积，在不同时段经过就地风化或者成壤改造而形成。 3、淮河上游全新世黄土-古土壤剖面的成壤环境呈现以下特征：①晚更新世黄土(L1)形成的末次冰期(＞11500aB.P.)，气候干旱寒冷，黄河下游泛滥平原植被覆盖稀疏，风沙活动盛行，沙尘暴强烈，土壤湿度很低，几乎没有淋溶和粘化作用，但气候干冷程度不如黄土高原地区强烈； ②全新世早期(11500-8500aB.P.)，气候从干冷的末次冰期向温暖的冰后期过渡，气温回升，降水量增加，植被开始恢复，沙尘暴有所减弱，地表微弱的成壤改造开始出现，粉尘在堆积过程中经受了微弱的粘化作用和淋溶作用； ③全新世中期气候适宜期(8500-3100aB.P.)，气候最为温暖湿润，土壤湿度大，植被繁茂，黄河下游泛滥平原风沙活动较弱，淮河上游地区风成沉积物的成壤改造作用强烈，伴随强烈淋溶和粘化作用发生，降水量及其增加幅度远远大于黄土高原地区，生态环境更加适宜； ④全新世晚期(3100aB.P.-现今)，此阶段季风转变，气候急剧恶化，降水量减少，加上人类活动的强烈干扰，黄河下游泛滥平原风沙活动十分盛行，沙尘暴活动再次增强，淮河上游地区粉尘沉积加速，成壤作用显著减弱，但其干旱程度不如晚更新世时期强烈。最近1500aB.P.以来，气候条件有所改善，但是因为人类活动对于黄河下游泛滥平原土地开发大大增强，风沙活动仍然强烈，沙尘暴频繁，沉积速率增加，但是在农业耕作扰动之下，现代成壤改造作用仍然比较强。

目录

文摘

英文文摘

学位论文独创性声明及学位论文使用授权声明

第一章绪论

第二章研究区概况和剖面选择

第三章实验分析方法

第四章分析结果及解释

第五章讨论

总结

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和科研成果