中国温带湿润地区土壤铁锰新生体性状、形成及成土环境解译

Iron-Manganese new growth was the soil-forming products under different climatic and geological condition and recorded pedogenetic conditions for a long period of geological time since Quaternary. So, the composition and structural characteristics of the Iron-Manganese new growth is significant for soil science research. Samples of soil and their Iron-Manganese new growth are taken from a temperate region. The soils include zonal soils and those developed from different landscapes and historical geological periods. Using the research methodology of pedology, Quaternary geology and geochemistry, soil samples are analyzed for elemental composition, basic physical and chemical properties, the Iron-Manganese new growth mineralogical types, micro-morphological characteristics and enriching features of relevant elements by the use of physical and chemical analyses, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, thin section and electron probe. The formation and evolution of Iron-Manganese new growth of soils in temperate region will be examined, in terms of hydrothermal effects, topography, time and parent material. Compared with data from soils developed in tropical and subtropical regions, this study will reveal the variation trends of the properties of Iron-Manganese new growth and the environmental factors affecting formation. The results of this study should lay a solid foundation to the soil taxonomic classification and pedogenetic environment interpretation in temperate regions. In addition, the findings will contribute to the theoretical and scientific evidence on the characteristics of contaminated material leaching and enrichment of soils. This has important theoretical and applied significance.

土壤铁锰新生体是第四纪不同气候环境、不同地质历史的产物，记录了土壤的形成环境。土壤铁锰新生体的物质组成和构造在土壤学研究过程中具有重要价值。本研究拟以我国温带地区土壤（包括地带性土壤、不同地形部位和不同地质历史时期夷平面上的土壤）及其所含铁锰新生体为研究材料，综合运用土壤学、第四纪地质学和地球化学的研究方法，采用理化性质分析、X光衍射、薄片、扫描电镜、能谱探针分析和电子探针等技术手段，分析土壤及铁锰新生体的元素组成及基本理化性质、矿物学类型、微形态学特征和相关元素富集特点，从水热条件、地形、时间、母质等因素探讨温带地区土壤中铁锰新生体的形成与演化规律，并通过与热带、亚热带地区土壤相关研究成果比较，揭示土壤铁锰新生体的性状与形成环境之间的演变规律。研究成果可为温带地区土壤科学分类奠定坚实基础，同时可为研究污染物质在土壤中淋溶、富集特点等提供科学依据，具有重要的理论意义和实际应用价值。

土壤铁锰结核在土壤学研究过程中具有重要价值。传统土壤学认为，土壤铁锰结核是由于土壤地下水位频繁升降条件下形成的，与气候这一地带性因子关系不大。以往的土壤调查发现，温带地区地下水位较深的高平地也会有铁锰结核存在。本研究以高平地土壤及其所含铁锰新生体为研究材料，探讨了温带地区土壤中铁锰新生体的分布规律，分析了土壤基质及铁锰结核的元素组成、矿物学和微形态学特征，在定位观测土壤水分、温度、氧化还原电位（ORP）等性质动态变化的基础上，揭示了土壤铁锰新生体的形成环境与形成机制。研究结果表明：.1.温带高平地具有铁锰结核的土壤主要分布在年均气温1～9℃，年均降水量400～800 mm，春季土壤冻融交替天数50～70d的温带冷凉湿润地区，同样具有地带性土壤分布特征。与高地下水位地区土壤不同，处于相对较高景观部位的土壤各发生学土层中均有不同数量、大小各异的铁锰结核分布，并且以高平地数量最多。这一结果改变了人们对于土壤类型地理分布的传统认识，丰富了土壤地理学理论。.2.冷凉湿润地区铁锰结核内部结构呈树枝状、柱状、细胞状、圆锥体状、蜂窝状和不规则形状等。与土壤基质相比，铁锰结核中Fe2O3、MnO、P2O5富集明显，铁和锰的游离度高，主要矿物组成基本一致，包括石英、长石、云母等。.3.在沈阳地区定位观测土壤水分、温度、ORP等性质动态变化的研究结果表明，冷凉湿润地区雨量充沛、冬季土壤冻结和早春冻融交替时间较长。早春冻融交替期，冻土层（不透水层）附近土壤含水量达到土壤饱和含水量，ORP接近或低于200mV，处于还原环境；冻层化通后上层滞水现象消失，ORP达到300～500mV之间，土壤恢复氧化环境。相比其他高平地土壤，或因土壤水分不足（干旱、半干旱地区），或因温度过高（暖温带地区），土壤在早春形不成上层滞水，不具备形成铁锰结核所需的氧化还原交替条件。这一结果为揭示冷凉湿润地区土壤中铁锰结核的形成环境与形成机制提供了坚实的科学基础。