武夷山土壤氧化鐵及成因研究

鄭鷹

摘要：土壤氧化鐵的形成很容易土壤成土環(huán)境和成土過(guò)程的影響，所以土壤氧化鐵是對(duì)于研究土壤的成土過(guò)程具有極其重要的意義。據(jù)此，以武夷山土壤為例，通過(guò)測(cè)定土壤全鐵、游離鐵等含量，分析武夷山土壤氧化鐵的數(shù)量特征、聚積和遷移、發(fā)生學(xué)意義及其差異原因。

關(guān)鍵詞：土壤氧化鐵；武夷山

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.17.115

1引言

土壤氧化鐵是在漫長(zhǎng)的成土過(guò)程中形成的重要土壤物質(zhì)，對(duì)土集的物理、化學(xué)和物理化學(xué)等性質(zhì)有顯著影響，在一定程度上顯示了土壤形成的歷史。所以，土壤氧化鐵的成土環(huán)境和成土過(guò)程在研究探討土壤的發(fā)生過(guò)程中具有極其重要的意義。武夷山是典型的亞熱帶山地類型，已有研究者對(duì)武夷山的土壤分類和分布進(jìn)行了一系列的研究。本文旨在研究探討武夷山自然保護(hù)區(qū)的土壤氧化鐵數(shù)量特征、聚積和遷移、發(fā)生學(xué)意義及其差異原因。

2材料與方法

2.1研究區(qū)概況

武夷山脈位于北緯27°33′～27°54′，東經(jīng)117°27′～117°51′，福建和江西兩省間的邵武-河源深大斷裂處，如圖1所示。武夷山山地地勢(shì)起伏大，成土母質(zhì)多為坡積物或殘積-坡積物，山體上部以火山巖為主，山體下部以粗粒花崗巖為主。

武夷山自然保護(hù)區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，西北部的高山在冬季的識(shí)貨阻隔、消弱了北方南下冷空氣的入侵，夏季由可以將東南海洋季風(fēng)抬升、截留在武夷山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，使得武夷山保護(hù)區(qū)形成降水多、氣溫低和垂直分異規(guī)律分布的特點(diǎn)。在氣候等因素的共同影響下，武夷山自然保護(hù)區(qū)土壤以及自然植被呈垂直分布差異顯著，詳見(jiàn)圖2，以黃崗山土壤、植被垂直帶譜為例。

2.2樣本采集

由于海拔高度的差異導(dǎo)致氣候、土壤、植被等環(huán)境條件呈現(xiàn)有規(guī)律的變化，本文樣本選自武夷山自然保護(hù)地區(qū)不同發(fā)育地形、母質(zhì)和生物氣候條件下的典型自然土壤剖面共4個(gè)，根據(jù)發(fā)生學(xué)層次采集土壤樣品。各剖面代號(hào)、成土條件如表1所示。

2.3研究方法

按照剖面發(fā)生層次分別采集土樣裝袋，在實(shí)驗(yàn)室中風(fēng)干、除去土壤中根系及石塊、研磨、過(guò)篩。氧化鐵的各種形態(tài)分析測(cè)定均采用細(xì)土進(jìn)行，方法是：全鐵采用濃HF（氟化氫）-HCLO4（高氯酸）消煮法，原子吸收光譜法測(cè)定；游離鐵用連二亞硫酸鈉（Na2S2O4）-檸檬酸鈉（Na3C6H5O7.2H2O）-重碳酸鈉（NaHCO3）[CDB]浸提，原子吸收光譜法測(cè)定；總鋁采用HF（氟化氫）—HCLO4（高氯酸），鋁試劑分光光度法測(cè)定。

3結(jié)果與分析

3.1氧化鐵的數(shù)量特征

將所采集的土壤樣本進(jìn)行氧化鐵含量測(cè)定，結(jié)果如表2所示。土壤各種形態(tài)氧化鐵的含量及比例關(guān)系發(fā)育在不同條件下的土壤剖面之間存在著明顯差異，全鐵和游離鐵含量一般為淀積層高，淋溶層低，這是由于鐵的游離淋溶和晶質(zhì)化淀積的結(jié)果。由表2可知，W1山地草甸土和W2黃壤，明顯低于W3黃紅壤和W4紅壤，均處于100g/kg以下，各剖面中土層間相差量較大，W3黃紅壤和W4紅壤全鐵含量均在120g/kg以上。從圖3的折線圖中可以很容易的得出，游離鐵含量與全鐵含量在土壤的各剖面中呈現(xiàn)正相關(guān)性分布，這是由于降水和溫度條件受到海拔高度的影響，游離鐵含量與全鐵含量的變化走勢(shì)大致都隨著海拔高度的升高而逐漸減小的。

3.2氧化鐵的聚積和遷移

氧化鐵在剖面分布狀況以聚積量、富集系數(shù)和遷移量來(lái)衡量，土壤Fe2O3是指土壤分層中A層和B層的全鐵，母巖Fe2O3是指C層中的全鐵。其具體表達(dá)式為：聚積量=某土層氧化鐵-母質(zhì)層氧化鐵；富集系數(shù)=A、B層土壤Fe平均含量/母質(zhì)層Fe含量；遷移量=[母質(zhì)層Fe2O3-（A、B層Fe2O3平均值×母質(zhì)層Al2O3/A、B層Al2O3平均值）]/母質(zhì)層Fe2O3×100。采樣土壤的氧化鐵聚積遷移具體情況如表3所示。

由表3可知，除W1號(hào)紅壤處于淋溶狀態(tài)，聚積量為負(fù)，富集系數(shù)小于<1外，其余土壤隨著海拔的上升，土壤中氧化鐵從略微富集到強(qiáng)烈富集，氧化鐵聚積量、富集系數(shù)逐漸增大。本文所采集的采樣土壤的各剖面鐵的遷移量都比較低，一般來(lái)說(shuō)土壤中鐵的遷移量為負(fù)值，則表示土壤中鐵含量相對(duì)于鋁來(lái)說(shuō)沒(méi)有遷移淋失，而是有所富集；反過(guò)來(lái)則說(shuō)明鋁的富集超過(guò)了鐵的富集程度，鐵相對(duì)于鋁來(lái)說(shuō)是淋失的。

3.3氧化鐵的發(fā)生學(xué)意義

因?yàn)橥寥乐械难趸F在形成過(guò)程中很容易受到周圍環(huán)境的影響，所以根據(jù)氧化鐵的形成情況我們可以比較好的推測(cè)出當(dāng)時(shí)的成土環(huán)境和成土過(guò)程。當(dāng)土壤的發(fā)育水平較差時(shí)，土壤中原有的化學(xué)組成和結(jié)晶構(gòu)造均未改變的礦物的風(fēng)化程度就會(huì)有所削弱，使得土壤中的活性鐵含量有所增長(zhǎng)，相比之下土壤中的游離鐵的程度就會(huì)有所減少；反之則游離鐵的含量會(huì)有所增加，活性鐵的含量會(huì)相對(duì)較低。因此可以通過(guò)土壤中的氧化鐵聚積和遷移情況來(lái)可以判斷土壤所處于的風(fēng)化發(fā)育階段，本文中所采集的樣本土壤目前所處于的分化發(fā)育程度具體情況如表4所示。根據(jù)采樣土壤所處于的不同海拔高度及其土壤的發(fā)育狀況，可以簡(jiǎn)單的得出武夷山自然保護(hù)區(qū)的山地垂直帶譜中土壤發(fā)育程度情況是紅壤>黃紅壤>黃壤>山地草甸土。

3.4土壤氧化鐵差異原因分析

隨著海拔高度的變化土壤氧化鐵含量會(huì)受到影響，溫度每上升10℃，化學(xué)反應(yīng)增加2～3倍。采集土樣中W1山地草甸土游離鐵含量最低，平均值僅111g/kg；W4紅壤游離鐵的含量最高，平均值為50.8g/kg。根據(jù)各平衡體系中自由能變化，相對(duì)濕度增大、土溫降低時(shí)，針鐵礦為穩(wěn)固相，反之赤鐵礦為穩(wěn)固相。紅壤土壤由于所處的位置較低，土壤經(jīng)常保持濕潤(rùn)，所以其風(fēng)化作用強(qiáng)度大于黃壤、黃紅壤、山地草甸土。由表1樣試土壤剖面成土環(huán)境條件中樣本的母巖母質(zhì)和表2土壤剖面主要氧化物數(shù)量特征中各樣本對(duì)應(yīng)的全鐵含量，可以得出由原本就是含鐵含量較高的基性巖漿巖發(fā)育形成的土壤其全鐵含量普遍較高。

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