热带土壤时间序列养分化学计量特征及铁锰结核微形态与组分研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王祎 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 邵明安 ; 黄来明 |
| 关键词 | 海南岛 土壤时间序列 养分化学计量比 铁锰结核 微形态 影响因素 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 热带土壤约占陆地总面积的 38%，是世界粮食生产和林业发展的重要土 壤资源。由于长期受湿热气候条件的影响，热带土壤具有风化作用强烈、养 分循环活跃、铁锰结核富集等特点。前人对热带土壤养分化学计量特征和铁 锰结核的空间分异与主控因子作了大量研究，但忽略了成土时间这一重要成 土因素的影响。在漫长的成土过程中，土壤的形态、组分和功能均随成土时 间发生变化，并且不同属性和过程的响应时间和环境阈值不同。土壤时间序 列为研究土壤发生过程、属性动态变化速率及环境阈值提供了有利手段。本 文选取海南岛北部发育于玄武岩的土壤时间序列（TS01，9 万年；TS02，14.6 万年；TS03，64 万年；TS04，112 万年；TS05，181 万年；TS06，230 万年） 为研究对象，首先利用不同土壤属性参数（包括剖面形态、颗粒组成、稳定 元素含量、剖面发育指数、风化强度指标和元素迁移率）对该时间序列母质 均一性和土壤相对年龄进行判定；其次，通过测定土壤养分含量与基本理化 性质（有机碳 SOC、全氮 TN、全磷 TP、速效氮 AN、速效磷 AP、pH、阳 离子交换量 CEC 和黏粒含量 Cy），并提取各样点环境因子数据（年均温MAT、年均降雨量 MAP、年均蒸发量 Ea、植被归一化指数 NDVI、海拔 ALT、 经度 LON 和纬度 LAT），分析了不同发育阶段土壤养分化学计量比变化特 征及影响因素；最后，结合扫描电镜（SEM）、X-射线衍射（XRD）、元素 地球化学和同步辐射技术（SR-mCT 和 SR-μXRF）手段，分析了铁锰结核微 形态与组分特征，探讨了铁锰结核形成过程与成土环境变迁。结果表明： （1）不同发育阶段土壤颜色、质地和结构呈均一、渐变的特征，去除 黏粒后的粗粉粒含量、稳定元素 Ti/Zr 比值在剖面内和剖面间变化均较小， 表明研究区土壤母质来源相同。随着风化成土年龄的增加，黏粒含量和剖面 发育指数呈线性增加的趋势，土壤风化强度指标（B 指数、CIW 指数、CIA 指数和 ba 值）服从对数函数变化规律，证实了土壤相对年龄符合时间序列 规律，为定量研究土壤演化过程和属性动态变化特征奠定了基础。 （2）土壤中 AN 含量随成土年龄增加不断降低，TN、TP、AP 和 SOC含量均在土壤发育初期增加，14.6 万年后达到峰值（剖面平均值分别为 1.14g/kg、1.31 g/kg、3.53 mg/kg 和 11.25 g/kg）；之后 TP 和 AP 含量随成土年龄 增加在一定范围内（分别为 0.34 ~ 0.75 g/kg 和 0.90 ~ 2.49 mg/kg）波动，而SOC 剖面平均含量呈下降趋势。C:N、C:P、N:P 在土壤不同发育阶段较为稳 定（9.82 ~ 12.75、0.86 ~ 1.98、0.86 ~ 1.98），变异系数均小于 0.35，而 AN:AP在土壤不同发育阶段变化较大（33.08 ~ 99.83），变异系数为 0.60。路径分 析结果显示，NDVI、Ea、Clay、pH 是影响 C:N、C:P、N:P、AN:AP 的重要 因素，但不同因素对各土壤养分化学计量比的影响程度存在差异。总体而言， 土壤发育后期（> 64 万年）AP 含量及 AP:TP 的降幅（分别为 69%和 48%） 显著高于 AN 含量与 AN:TN 的降幅（分别为 50%和 16%），表明热带玄武 岩起源土壤在演化后期（> 64 万年）磷限制更为严重。 （3）土壤中铁锰结核以黄棕色和黑褐色为主，矿物组成主要包括石英、 高岭石、三水铝石、赤铁矿、针铁矿和硬锰矿。铁锰结核中 Mn、Fe 元素呈 同心圆环带分布，Mn 主要富集在结核内部，Fe 主要分布在结核边缘，二者 此消彼长。结核横切面线扫描结果显示Fe、Mn 含量峰值及二者比值（Fe/Mn） 的峰值呈对称分布，且中轴两侧出现两个明显的对称区域，反映铁锰结核形 成过程中土壤环境条件至少发生过两次较大变化。相较于土壤，铁锰结核中Si、Al、Ca、Mg 出现明显亏缺，主要归因于成核过程中层状硅酸盐矿物的 破坏和分解；而结核中 Fe、Mn 和重金属元素 Ba、Co、Cu 和 Ni 出现富集， 富集系数（即结核中元素含量与土壤中元素含量之比）变化范围为 1.25 ~ 59.11，主要归因于成核过程中铁/锰氧化物的形成、富集及其对元素的吸附 和固定。 本研究探究了热带土壤成土过程中养分化学计量特征变化、铁锰结核微 形态与组分，结果有助于进一步理解热带玄武岩土壤发育过程与元素生物地 球化学循环特征，为不同发育阶段土壤合理管理提供依据。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 62 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/184589]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王祎. 热带土壤时间序列养分化学计量特征及铁锰结核微形态与组分研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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