幾種水平地帶性土壤顆粒中粘粒礦物的組成與演化特征.pdf

1、粘粒礦物廣泛分布于地球表面，具有顆粒細(xì)小、比表面積大和活性高等特點(diǎn)，顯著影響著土壤的物理、生物以及化學(xué)過程，其結(jié)構(gòu)和類型的變化能夠指示土壤的演化、環(huán)境的變遷。研究顆粒中粘粒礦物的地帶性特點(diǎn)，對(duì)揭示我國(guó)土壤中粘粒礦物的演化規(guī)律及其成土過程有重要意義。本文以我國(guó)由北到南分布的主要地帶性土壤（棕壤、黃棕壤、紅壤和磚紅壤）為對(duì)象，在分離出土壤中450-2000和100-450nm的顆粒后，采用納米粒子超過濾器(AUD)分離其無機(jī)納米顆粒(25-

2、100nm)，采用同步輻射X射線衍射(XRD)等手段對(duì)不同粒徑的顆粒進(jìn)行分析，研究不同粒徑顆粒的形貌和礦物結(jié)構(gòu)的異同;闡明土壤顆粒中粘粒礦物類型、組合和演化特點(diǎn);從納米尺度揭示我國(guó)水平地帶性土壤中粘粒礦物演化的地帶性特點(diǎn)，以豐富土壤納米化學(xué)和土壤礦物的理論研究。主要結(jié)果如下:
　　(1)由北到南，花崗巖和片麻巖發(fā)育的土壤存在脫硅富鋁化的現(xiàn)象，土壤中2∶1型粘粒礦物的含量逐漸減少，而1∶1型粘粒礦物和鐵氧化物的含量逐漸增加，并出現(xiàn)三

3、水鋁石。棕壤和黃棕壤中的粘粒礦物為蛭石、層間羥基礦物(HIV)、伊利石-蛭石混層礦物(I-V)、伊利石、高嶺石、高嶺石-2∶1間層礦物(KIMs)和蒙脫石。紅壤中粘粒礦物主要為高嶺石，其次為伊利石、HIV（和少量蛭石）、伊利石-HIV混層礦物(I-HIV)、三水鋁石。磚紅壤中粘粒礦物為高嶺石、伊利石和三水鋁石。供試土壤均存在針鐵礦和赤鐵礦，棕壤以赤鐵礦為主，其它土壤以針鐵礦為主。
　　(2)隨著顆粒粒徑減小，棕壤和磚紅壤中的礦物顆

4、粒邊緣變得模糊，層狀堆垛減少。棕壤450-2000nm顆粒主要呈片狀，少量細(xì)條狀;棕壤25-100nm（納米顆粒）礦物顆粒主要為無規(guī)則的、密集排列的、鋸齒邊緣的片狀顆粒。磚紅壤450-2000nm顆粒主要呈分散排列的多邊形片狀和桿狀，片狀顆粒的邊數(shù)在4-6之間;磚紅壤納米顆粒主要呈條狀、橢圓和多邊形片狀。在原子力顯微鏡圖譜中，磚紅壤450-2000nm顆粒的高度約為100和200nm，納米顆粒高度約為6nm;相比450-2000 nm顆

5、粒，磚紅壤納米顆粒的形貌大小更加均一，并具有較多規(guī)則形貌的顆粒。
　　(3)隨著顆粒粒徑減小，供試土壤存在脫硅、富集鐵鋁的現(xiàn)象，其硅鋁率呈降低的趨勢(shì)。此外，由北到南，納米顆粒中硅鋁率同樣呈降低的趨勢(shì)，晶形鐵呈增加的趨勢(shì)。隨著顆粒粒徑減小，粘粒礦物由2∶1型向1∶1型轉(zhuǎn)變以及由三八面體向二八面體轉(zhuǎn)變;由北到南，納米顆粒中粘粒礦物均以二八面體礦物的演化為主，并由2∶1型向1∶1型轉(zhuǎn)變。相比450-2000和100-450 nm顆粒，納

6、米顆粒經(jīng)受更為強(qiáng)烈的風(fēng)化作用，其主要粘粒礦物均為高嶺石（和KIMs）和伊利石。棕壤納米顆粒中高嶺石(和KIMs)和伊利石的含量分別為45％和55％;黃棕壤、紅壤和磚紅壤納米顆粒中高嶺石（和KIMs）的含量依次為94、85和86％，伊利石含量在3-9％之間。此外，黃棕壤和紅壤納米顆粒中還分別存在少量蛭石(4％)和HIV(5％);紅壤和磚紅壤納米顆粒中存在少量三水鋁石(5％)。紅壤中HIV主要存在于表層土壤450-2000和100-450n

7、m顆粒中，其層間物質(zhì)主要為羥基鋁。
　　(4)隨著顆粒粒徑減小，伊利石和高嶺石的結(jié)晶度均存在降低的趨勢(shì);由北到南，納米顆粒中伊利石結(jié)晶度降低而高嶺石結(jié)晶度增加。伊利石的Weaver指數(shù)在納米顆粒中達(dá)到最低，而伊利石的Kübler指數(shù)和積分寬度(IB)在納米顆粒中達(dá)到最高。大部分顆粒中伊利石化學(xué)指數(shù)(ICI)低于0.4，主要以物理風(fēng)化為主。高嶺石d001和d002的FWHM值均在納米顆粒中達(dá)到最大，平均結(jié)晶直徑(MCD)、平均層數(shù)(

8、ALN)和H&B指數(shù)在納米顆粒中達(dá)到最小。隨粒徑減小至納米尺度，高嶺石脫羥基溫度降低了7-17℃。高嶺石表面羥基和八面體中AlO6層的減少?gòu)亩鴮?dǎo)致其在納米顆粒中的結(jié)晶度降低。
　　(5)棕壤和磚紅壤顆粒中伊利石均存在高密度的缺陷，其轉(zhuǎn)變過程為層-層的替換的固相轉(zhuǎn)變。棕壤450-2000和納米顆粒中伊利石的缺陷主要來自其晶格條紋的邊緣位錯(cuò)和螺旋位錯(cuò)。磚紅壤450-2000 nm顆粒中伊利石的缺陷主要來自其晶格條紋的邊緣位錯(cuò)，而磚紅壤

9、25-100 nm顆粒中伊利石的缺陷主要來自螺旋位錯(cuò)。棕壤450-2000nm顆粒中存在伊利石和蛭石、伊利石和和高嶺石混合排列的晶格條紋;棕壤納米顆粒中存在蛭石和高嶺石混合排列的條紋。
　　(6)納米顆粒中層狀硅酸鹽礦物主要繼承大顆粒(450-2000和100-450 nm)中已有的次生礦物。不同粒徑顆粒間粘粒礦物的演化過程為:首先是較大的層狀硅酸鹽礦物破碎成小粒徑的層狀硅酸鹽礦物，然后2∶1型向1∶1型層狀硅酸鹽礦物演化。由北到