珠江三角洲平原土壤发生演变过程的定量研究

Soil chronosequences are valuable tools for investigating rates and directions of soil evolution. Based on 14C dated sediment data and record of agricultural history, soil chronosequence, which derived from different aged delta sediment (about 2500, 2000, 1500, 1000, 500 a BP) or different cultivation ages (>400, 300, 200, 100, 50, 30, 20, 10, 5a), were established with different land use (paddy field, vegetable garden and orchard). Iron isotope fractionation, micromorpholoy and Fe speciation of iron cutan or concretions, clay mineral evolution, element geochemistry, accumulation and fractionation of organic carbon and phosphorus in soil profiles were studied by using MC-ICP-MS, M?ssbauer specteoscopy, scanning electron microscopy (SEM) etc and chemical analysis. The significance of iron isotope fractionation, micromorpholoy and Fe speciation in soil and its component for pedogenesis and soil evolution will be explored. Soil properties which quantitative change with the time of soil development or cultivation are selected and chronofunctions between soil properties and time will be established. This study can elucidate soil development and evolution under the influence of natural soil-forming factors and human activity, provide strategies for soil sustainable utilization and management, and diagnostic parameters for soil lower categorical classification in Chinese soil taxonomy.

土壤时间序列是研究土壤演变的速度和方向最为有用的工具。根据已有珠江三角洲平原地表沉积物14C测年数据和农史资料，选取该区域不同年代系列沉积物(约2500、2000、1500、1000、500a BP)发育或不同利用方式(水田、菜地、果园)下种植时间系列(>400、300、200、100、50、30、20、10、5年)的土壤，研究土壤剖面中铁同位素组分、铁质新生体(胶膜、结核等)的微形态特征和铁元素化学种、黏土矿物演变、元素地球化学特征、有机碳、磷在土壤剖面中的积累和赋存形态特征，探讨土壤及其组分中铁同位素组分、微形态和铁元素化学种对土壤发生演变的指示意义，筛选出能表征随土壤发育/种植时间定量变化土壤特性，并建立土壤特性和发育/种植时间的定量模型。研究结果可阐明在自然成土因素和人为利用的影响下的土壤发生和演变规律，为土壤持续利用和管理提供依据，并可为我国土壤系统分类中基层分类提供定量指标。

了解土壤发生演变规律，是保证土壤资源可持续利用的科学基础。人为作用（如耕作等）对土壤的影响越来越深刻，开展不同时间尺度土壤发生演变过程的研究，具有重要的理论与实际意义。.根据珠江三角洲平原资料，选取滨海沉积物、河流冲积物、三角洲沉积物发育不同种植年限（约1000、500、100、50、30 a）的农田土壤，利用扫描电镜-能谱仪、多接收电感耦合等离子体质谱、31P核磁共振等手段，研究土壤有机碳、磷形态分布、铁氧化物形态与迁移、铁锰结核形貌特征以及铁同位素分馏特征。获得以下主要结果：（1）滨海沉积物、河流冲积物、三角洲沉积物发育土壤Ap层全磷分别在30~600a、200~900a、50~250a种植阶段呈增加趋势；不同母质发育B层和G层土壤全磷随种植年限变化规律不同。31P-NMR结果表明耕层土壤磷形态均以正磷酸盐为主；土地利用方式影响磷组分；水田土壤中正磷酸盐所占比例最低，磷酸单酯和磷酸二酯所占比例最高；成土母质对土壤各形态磷所占比例影响很小。（2）随着种植年限增长，河流冲积物、三角洲沉积物土壤中游离铁向土体下部淀积深度逐渐增加，黏粒游离铁含量在水耕氧化还原层中呈减小趋势，而滨海沉积物土壤游离铁含量及淀积深度均有所减小。随着种植年限的增长，滨海沉积物土壤黏粒全铁和游离铁的富集程度呈增大趋势，而河流冲积物、三角洲沉积物土壤全铁和游离铁富集程度逐渐减小。土壤铁氧化物在黏粒中的富集主要由游离铁的富集引起，富集程度受黏粒含量的影响；（3）珠江三角洲平原土壤中的结核主要是管状铁质结核，结核形貌随横截面直径增大趋于复杂化。（4）管状铁质结核横截面上的元素均以O、Fe、Si、Al、C为主，Fe2O3、P2O5、Co、Ni、V、Pb在结核中有富集现象。随着结核直径的增大，SiO2、Al2O3含量呈增加的趋势，Fe2O3、P2O5、TiO2、Co、Ni、V、Pb含量呈减小趋势。随着种植年限的增加，不同直径的结核性质呈现一定规律的变化趋势。研究结果可阐明在自然因素和人为活动的影响下，土壤发生演变规律，为土壤持续利用和管理提供理论基础。