黄土高原土壤氧化铁形态与结构特征及其对成土的指示

土壤氧化铁因价态多变、类型多样及对环境变化敏感性强，被广泛用于反映土壤发育强度。其中，关于氧化铁的晶胞参数、铝同晶替代等微结构特征的研究将有助于指示土壤的发育程度。本项目拟以黄土高原不同气候和植被类型条件下土壤中氧化铁为研究对象，根据矿物学、晶体学和结构化学等基本理论，采用差示X-射线衍射图谱的Rietveld全谱拟合方法，探明不同水热气候条件下黄土高原土壤氧化铁的空间分布特点，分析土壤中氧化铁的形态以及晶胞参数、铝同晶替代量等微结构变化特征，明确黄土高原土壤中氧化铁的形成转化特征及其影响因素；结合粘土矿物组合、化学元素组成等土壤特性，探讨土壤氧化铁形态与结构特征与不同水热气候条件下黄土高原土壤发育程度的关系，为黄土高原土壤的物质循环提供科学依据。

铁氧化物和粘土矿物是土壤的重要组成，它们的形成与转化易受土壤温度和湿度等环境条件的影响。因此，土壤中氧化铁的形态和含量以及粘土矿物的组成特征可用于指示土壤的演化过程和成壤环境。本研究以黄土高原不同气候带的12个土壤剖面（植被覆盖类型分别为草丛、灌丛、乔木）为研究对象，采用化学选择溶提、X-射线衍射等技术分析不同气候带下土壤氧化铁的空间分布特征及其影响因素，结合粘土矿物组合特征初步探讨土壤演化过程，揭示成壤环境的变化特征，得到以下主要结果：.1、黄土高原不同气候带下土壤剖面中氧化铁含量存在显著差异。从西北至东南方向，随着水热条件的改善，土壤发育程度增强，其游离铁含量极显著增加（P＜0.01），无定形铁含量极显著减小（P＜0.01）。土壤晶形铁含量和氧化铁的活化度( w (Feo) / w (Fed) ) 在不同气候带下呈极显著差异，对成土环境也具有良好的指示作用。.2、土壤有机质、碳酸钙和pH值对氧化铁的含量分布皆有极显著影响。有机质的积累有助于无定形铁的形成和保存，碳酸盐的增加以及土壤碱性增强皆制约游离铁和无定形铁的形成。不同植被覆盖类型土壤氧化铁含量存在极显著差异（P＜0.01），土壤游离铁含量表现为草丛＞灌丛＞乔木；无定形铁含量表现为灌丛＞草丛＞乔木。.3、黄土高原不同气候带下土壤剖面中粘土矿物组成相似，为蒙脱石-伊利石-蛭石-高岭石-绿泥石，其中均以伊利石含量最高；各粘土矿物的相对含量在不同气候带下呈显著差异，由西北至东南方向蒙脱石相对含量变化不大，伊利石相对含量整体呈显著减小的趋势（P＜0.05）；高岭石和蛭石相对含量呈极显著增大的趋势（P＜0.01）；绿泥石相对含量呈极显著减少的趋势（P＜0.01）。粘土矿物对气候环境有较好的指示作用，高岭石和蛭石相对含量的逐渐增加，以及绿泥石相对含量的逐渐减少指示了黄土高原自西北至东南方向气候由干冷转变为暖湿，并且化学风化作用逐渐增强。.4、粘土矿物中伊利石的结构特征指数随气候带变化呈显著变化，伊利石的结晶度（HHW）、化学指数（ICI）和伊利石/绿泥石（I/C）随气候条件改善各指数都逐渐升高，指示了成壤环境由干冷转为暖湿；粘土矿物的二、三八面体微结构随气候带表现为三八面体的峰强（峰面积）逐渐降低（减小），二八面体的峰强（峰面积）逐渐增强（增大），表明土壤的风化作用和发育程度随水热条件的改善而增强。