从《世界土壤资源状况报告》解读全球土壤学社会责任和发展特点及对中国土壤学研究的启示

解读2015年发布的《世界土壤资源状况报告》。基于对世界土壤资源状况的多视角分析,提出1/3面积的世界土壤资源处于部分或严重受损的态势,再次强调了世界土壤资源对于全球社会的普世价值,彰显了全面监测、调控和管理全球土壤资源的重大任务以及教育、研究和技术发展支撑全球土壤可持续管理的社会责任。报告表明,全球土壤学研究焦点是土壤变化与自然和人类活动驱动力、土壤退化及其导致的土壤质量、过程、功能和服务的变化,热点是碳(氮)—水—生物储库及分布为代表的生物地球化学与全球系统气候变化、生态系统功能及人类健康生活的关系;全球土壤学发展的突出趋势还表现为大数据为基础的集成研究。全球土壤学话语权仍为欧美发达国家所主导,中国土壤学的影响还很小,我国土壤学研究水平及其对社会的服务作用急需提升。     

喀斯特石漠化地区土壤Fe组成及其发生学意义

土壤中氧化铁的组成反映了土壤的成土过程和环境条件。通过对西南喀斯特石漠化地区不同石漠化阶段山地自然土壤和农田土壤Fe组成的分析,研究了土壤全铁、游离氧化铁和非晶形氧化铁的分布规律,探讨了喀斯特地区石漠化土壤的发育过程和Fe的指示作用。研究表明:①喀斯特地区土壤表层全铁含量在38.9～53.9g/kg之间,游离氧化铁含量在18.0～26.7g/kg之间,铁游离度在44.1%～73.4%之间,铁活度在7.2%～11.4%之间。②随着石漠化程度的加剧,土壤游离氧化铁和铁游离度呈增加的趋势,而铁活度呈降低的趋势。③在土体分布上,自然土壤剖面随深度的增加,土壤铁游离度和铁活度呈明显降低的趋势,而农田土壤铁游离度呈增加的趋势。④喀斯特地区的土壤是石灰岩溶蚀风化的产物,人为活动干扰下的自然土壤石漠化过程是在水力作用下的表土侵蚀过程,而农田土壤受水分垂直运动的影响,是土壤丢失的过程。     

基于随机模型的土壤重金属元素空间分布特征研究——以浙江绍兴地区为例

土壤中重金属元素的空间分布特征,受到成土母质、地形地貌、土地利用、pH和Corg等多种因素控制。在多目标区域地球化学调查工作的基础上,以绍兴地区为研究区,应用随机森林模型定量,评估了不同环境变量对重金属元素空间分布特征的影响程度,并基于有限混合分布模型(FMDM),拟合出表层土壤中重金属元素自然源和人为源分布特征及其权重占比。结果表明,影响土壤重金属元素空间分布最重要的因素为成土母质,其次为pH和Corg,As和Hg相比于Cd、Cu和Zn受土壤类型和土地利用的影响更加显著。研究区内As、Cd、Cu和Zn的自然源权重占比大于90%,受人类活动干扰小,Hg的空间分布特征则显著受到自然源和人为源共同控制,拟合结果表明,区域上表层土壤中平均约62%的Hg来源于自然背景,约38%的Hg来源于人为输入。     

地壳风化速率研究综述

地壳风化速率研究的理论基础是质量守恒原理和溶液与矿物反应动力学法则。元素在风化过程中的行为受多种因素控制，主要包括基岩风化量、大气沉降量、径流量、生物的输出数量和人为输入量（如施肥）。硅酸盐矿物化学风化过程中，矿物与溶液之间总的化学反应速率是单个反应速率之和，其中涉及到 3个关键参数，即：酸中和能力（ANC）、基本阳离子/无机铝（BC/Al无机）比值和临界负荷（CL）。风化速率的研究主要采用四种方法，即PROFILE模型、基本阳离子损耗、元素输入-输出指数和Sr同位素比值等。PROFILE模型是一个稳定态的综合土壤化学模型，矿物的分解速率、矿物的暴露表面积、土壤水饱和度和土壤层厚度决定着该矿物的风化速率，总的风化速率为各种矿物的风化速率之和。元素损耗，主要是基本阳离子（Ca、Na、K和Mg）的损耗，假设Ti、 Zr和Nb在成土过程中含量稳定并不参与风化反应，那么对于给定的土壤层，化学风化损耗的基本阳离子可以通过比较土层与成土母质之间元素组成的差异来计算。输入-输出指数的假设前提是研究的流域处于稳定状态，一般认为输入指数是大气沉降，输出指数是河流搬运溶解部分、悬浮的非岩屑成因部分和生物营养净吸收部分。Sr同位素在生物和化学作用过程中并不分馏，不同生态系统阳离子场中Sr同位素组成是大气和矿物风化来源的Sr的混合物。     

宁夏南部山区葫芦河流域土壤地球化学特征及影响因素分析

基于宁夏固原地区土地质量地球化学调查数据资料,采用数理统计方法研究了表层土壤30项元素(指标)的背景值,对比分析了不同成土母质(岩)和土地利用类型元素空间分布特征和富集贫化规律,进一步采用主成分分析法从元素组合特征的角度分析了制约元素分布特征的因素。结果表明：研究区土壤中亲铁元素(Ni)、亲钨元素(Mo)、碱(土)金属元素(Na₂O、MgO、CaO)及卤族元素(I、F)、亲铜元素(As)含量高于全国背景值,Hg、Se、有机质、N、Pb等亲生物元素与全国背景值相比相对贫化。成土母质(母岩)是土壤元素含量特征的主要控制因素,在成土过程中,自然及人为影响造成了部分元素的贫化富集。N、Mo、I、有机质、S等受红土母质和其母岩控制明显,Ca²⁺、Na~+则在水动力影响下造成风化淋失。河谷平原土壤元素含量介于红土和黄土母质之间,在表生环境下易溶于水的Na₂O、K₂O、Cl在水动力的作用下于河口、河谷地带富集,P、Hg、Se、Mo则受人为干扰出现局部富集。因子分析表明,成土母质(岩)、成土过程中的风化、淋滤、生物...     

沿海冲积平原区土壤中元素含量特征及其影响因素研究

根据沿海冲积平原区地球化学调查方法技术研究试验研究结果，开展了土壤中元素含量变化特征及其影响因素的探索研究。研究结果表明，元素含量在不同地区和不同深度土壤层中的变化特征，除受土壤成壤母质的源岩影响以外，同时还受成壤母质所经历的风化作用及风化程度和由此所决定的土壤矿物组成特性等因素的影响。     

喀斯特地区城市河流碳、氮同位素特征与人为活动的影响——以贵州省遵义湘江为例

河流是多个生态系统间物质输送的重要纽带,其输送的物质对于环境生态有重大影响.河流物质的地球化学组成反映了流域的水文、降水、岩石、土壤、植被及物理、化学风化和流域的环境变化,通过对河水的地球化学组成研究可以获得有关流域盆地化学风化、生态环境变化和人为活动输入等重要信息[1].     

遵义地区岩石及土壤环境元素分布和农业地质环境评述

本文利用1∶50000遵义市、遵义县两幅区域地质调查成果等资料,对该区地层岩石及其风化土壤中环境微量元素地球化学背景、各时代地层岩石及其风化土壤环境微量元素分布特征及地球化学异常作了分析总结.进而作出了该区岩石及土壤的环境微量元素质量评述.重点认为,微量元素在土壤中的含量分区与成土母岩地层的平面分布关系十分密切,地层及岩性因素是土壤中元素分布的主导因素,从而形成了自然的土壤地球化学分区;区内存在三类土壤元素地球化学异常：一是由某些地层岩石风化而成（主要类型）,二是由地质构造及热液蚀变导致（次要类型）, 三是由矿产开发等人类活动造成（应高度关注的类型）;应当辩证看待微量必需元素的高背景地层及地球化学异常层,通过合理利用它们来为人类服务.     

南极纳尔逊冰缘沉积物元素地球化学特征及其化学风化作用研究

本文对西南极地区纳尔逊冰盖边缘N1沉积序列化学元素组成特征和风化作用地球化学过程进行了研究。结果表明:N1沉积序列中元素的组成与该地区玄武质火山岩的化学组成具有密切的关系,该序列沉积物是自然环境下风化的产物,因此本文分析样品元素的平均含量可以作为该地区冰缘沉积物的背景值;冰缘沉积物所记录的源区化学风化作用强度显得非常微弱,处于脱Ca、Mg、Na早期风化阶段,碎屑矿物的风化过程多处在蒙脱石阶段;沉积序列中元素的活动强度及其比值变化,反映了局部的风化作用强度不同和气候环境的变化。上述研究结果有助于进一步研究南极冰缘环境的演变     

土壤表层与深层元素含量比值系数研究

通过研究元素含量在土壤表层和深层的比值,可以了解土壤表层元素含量的富集特征、成因和对环境的影响.将土壤中部分元素表层含量与深层含量进行了对比,统计、研究了比值系数及其分布特征,并对元素Cd区域性富集特征进行了探讨.指出成土母岩、元素化学特性、pH值、人类活动等对土壤中元素含量的富集具有重要的影响作用,应以地质、地球化学、人类活动等综合因素来研究土壤中元素含量的变化.     

海南省胡椒种植基地土壤中重金属元素污染评价

在对海南省胡椒主要种植区--文昌区和琼海区胡椒种植地土壤中重金属元素含量进行调查的基础上,运用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法,结合绿色食品产地环境技术条件及土壤环境质量二级标准,对其含量现状进行了评价.结果表明,文昌区中仅有东阁镇种植地区符合绿色食品产地环境技术条件要求,玄武岩风化的铁质砖红壤区及花岗岩风化的黄色砖红壤区的重金属元素污染因子主要为Cr、Ni,其次为Cu;琼海区只有长坡花岗岩及变质岩风化区两种植地土壤中Pb、As超标,其他母质类型的土壤均符合绿色食品产地环境技术条件要求.整体看,研究区胡椒种植地土壤中重金属元素含量受人为活动因素影响较小,母岩母质类型是造成土壤重金属含量高的重要原因.     

从岩石到土壤再到水系沉积物：风化过程的岩性地球化学基因

不活动元素的稳定性使得风化岩石、土壤和水系沉积物等风化产物能够保留新鲜母岩的元素特征,它们之间的含量变化趋势有可能从母岩传递到其风化产物中,这类似于生物学中基因遗传。仿照生物学中基因的特性提出了地球化学基因的概念及其构建方法,为了比较地球化学基因的相似程度进而提出基因相似度的概念及其计算方法。以风化过程中11种不活动元素为例,基于中国酸性岩、中性岩、基性岩的元素丰度数据构建了表征岩石及其风化产物地球化学特性的岩性地球化学基因,其元素序列为：Al2O3→SiO2→P→Ti→La→Fe2O3→Th→Zr→Nb→Y→U。利用豫西熊耳山地区安山岩风化剖面、残坡积—沟系土剖面、化探详查水系沉积物和区域化探水系沉积物4种比例尺尺度的样品对构建的岩性地球化学基因进行了检验,结果发现岩性地球化学基因在风化过程中具有很好的遗传性(从岩石到风化产物)和继承性(从土壤到其源岩),利用岩性地球化学基因可以对土壤样品进行物源示踪。源自同一母岩的水系沉积物和土壤之间在岩性地球化学基因方面具有很好的相似性(同源风化产物之间)。基于中国区域化探水系沉积物调查数据,可以构建岩性地球化学基因库来对岩石及其风化产物样品进行溯源分析,在地质、环境、法庭等科学领域具有潜在应用前景。     

安徽省江淮流域土壤地球化学基准值与背景值研究

基于安徽省江淮流域多目标区域地球化学调查数据资料,统计获得了表层和深层土壤地球化学基准值、背景值及相应的地球化学参数,为研究区生态环境评价及相关学科研究提供了基础。研究表明,成土母质类型对土壤元素地球化学基准值影响显著,表层土壤化学组成表现出既对深层土壤具有一定的继承性,又在表生作用下发生某些变化:表层土壤中迁移活动性强的元素和人为扰动污染的元素明显不同于深层土壤;随着地理空间位置的变化,同类成土母质形成环境、成因来源的差异导致其化学组成的空间变异,造成不同地区同类成土母质地球化学基准值有所不同。因此,土壤地球化学基准值研究应更多地考虑地质背景、物质来源等因素的影响。     

贵州麻江蓝莓种植区基岩-土壤剖面元素地球化学特征

本文对麻江蓝莓核心产区种植剖面的地球化学特征进行分析,选取与蓝莓生长关系密切的K、Ca、Na、Mg、Fe、Al、Mn、Mo、Co、V、Se、Cr、Cu、Zn十四种元素作为研究对象,结果表明:土壤中元素的地球化学特征受植物根系、外援施肥、自然气候、土壤理化性质及母岩等多种因素影响。黏粒含量高的土壤剖面元素移动性较差,含量变化程度小。Se在垂直方向上的含量变化规律主要受土壤有机质含量影响,其他元素地球化学特征主要与母岩风化和淋溶作用等因素有关。基岩产状影响土壤元素在垂直方向上的变化,产状平缓的剖面各元素在下层累积较高,而基岩产状倾斜的剖面底层土壤元素随水流失,元素含量最高值大多都出现在次底层。剖面土壤中元素的地球化学特征与自然气候、土壤理化性质及母岩等因素有关,耕作层土壤元素主要受植物根系和外援施肥影响。     

山东省东部地区土壤地球化学特征及污染评价

以山东省东部地区农业生态地球化学调查取得的区域土壤地球化学数据为依据,研究了区内54种元素或指标的土壤地球化学基准值和背景值与全国土壤的差异。通过对比区内土壤基准值与背景值的变化,认为本区大部分元素或指标在表层土壤中的含量继承了成土母质,后期人类活动对其影响较小,Zn、Pb、Cu、Se、Cd、S、P、Hg、N、OrgC等元素或指标在表生作用或人类活动等因素影响下,其分布分配特征产生明显变化。本文通过对表层和深层土壤元素相关系数的研究,认为深层土壤元素地球化学含量可表征表层土壤原始沉积的地球化学含量;讨论了人为活动导致土壤污染的评价方法,莱州—招远—烟台和牟平—乳山金矿集中区以及人口密集的城镇地带表层土壤中Hg、Cd、Pb、As、Zn、Se、S等元素污染严重。地质背景和人类活动(采金污染、工业生产、城市人口密集生活等)的共同作用,是造成环境中有害元素含量较高的主要原因。     

南水北调中线水源地河水地球化学特征与流域侵蚀

丹江口水库及其上游流域是南水北调中线工程的水源地,本文讨论了水源地河流水化学与锶同位素(87Sr/86Sr)组成变化特征,目的在于了解水源地流域河流地表水溶质的物质来源以及岩石风化侵蚀过程和人为活动的影响。流域内河流水化学组成以Ca2+、HCO3-为主,Mg2+和SO42-次之,反映了碳酸盐岩风化溶解起控制作用的典型特征。水化学分析表明水源地河水受到工农业活动等人为因素的影响;河流87Sr/86Sr同位素地球化学研究表明,流域岩石风化输入至少存在三个不同端员(硅酸岩、石灰岩和白云岩)之间的混合。水源地流域内硅酸岩和碳酸岩的风化侵蚀速率分别为38.6和4.4 t/km2.a,总岩石风化侵蚀速率高于全球河流平均值。     

小冰期结束以来贡嘎山海螺沟冰川退缩区土壤化学风化与发育过程

选择海螺沟冰川退缩区,对冰川退缩年龄分别为0年、30年、40年、52年、80年、120年的样点按土壤发生层分层采集样品,通过分析样品的化学风化速率及理化性质变化,探讨小冰期结束以来土壤发育过程及影响因素,并评估不同阶段土壤质量。结果表明,退缩区前40年样点中主要以碳酸盐风化为主,80年后硅酸盐风化作用增强。土壤长期风化速率随土壤年龄呈现升高-降低-升高的趋势,52年样点长期风化速率最低,为48.06cmol/(m^2·a),矿物组成和气候是影响土壤风化速率的重要原因。土壤的粒度组成以砂粒为主,多数样点占比约为80%~90%。随着土壤年龄增加,容重值和pH减小,pH从8.54减小到5左右;土层厚度、土壤有机质(SOC)及总氮(TN)含量增加,这些土壤理化指标的快速变化表明冰川退缩区土壤发育迅速。适宜的温度、充足的降水以及快速的植被演替可能是退缩区土壤快速发育的原因。模糊数学法计算土壤质量的结果显示,除了0年样点,其余样点土壤质量指数(SQI)均大于0.4,说明退缩区土壤质量状况整体属于中等水平,土壤肥力状况较好。研究结果有助于揭示土壤矿物风化过程和土壤发育的影响因素,理解土壤发育机制。     

吉林东部花岗岩风化的地球化学

描述了吉林东部花岗岩风化壳的特征。研究了花岗岩风化过程中主要造岩矿物的变化特点;建立了主要造岩矿物的风化序列。研究了主量元素、微量元素及稀土元素的地球化学行为;探讨了影响风化过程中元素行为的主要因素。计算了风化速率。     

中国东北松嫩平原地下水水化学特征与演变规律

在全球气候变化和高强度人类活动的影响下,松嫩平原地下水环境日益恶化,已成为制约生态环境建设和经济社会发展的重要因素。选取具有典型代表意义的洮儿河流域作为研究区,对地下水进行系统取样分析,综合运用描述性统计、相关性分析、离子比例系数和Piper三角图示法,全面系统地研究地下水水化学的时空变异特征与演变规律,揭示了风化溶滤、蒸发浓缩、阳离子交换和人为混合是控制地下水质演变的主要水文化学过程,从而为流域乃至松嫩平原盐渍土区水资源可持续开发利用和管理提供科学依据。     

成都盆地浅层土壤中Cd来源初探

利用四川成都盆地多目标地球化学调查获取的大量数据，通过先线性回归再因子分析等多元统计分析方法，重点研究了浅层土壤Cd元素与其他元素的相关性及在空间上的分布规律，得出浅层土壤中Cd的回归方程及其由元素组合表征的2类来源：自然作用与人为作用。龙门山岩体、沉积地层和硫化物矿床是Cd的主要自然来源；农业活动和城市污染是Cd的人为源，表现为人为作用与自然作用的叠加这为生态评价和污染防治提供了重要参考。