粘粒礦物是土壤中最為活躍的組分,在維持土壤肥力與養(yǎng)分循環(huán)中扮演重要角色,然而粘土礦物在土壤膠體不同粒徑顆粒中的行為非常特殊,尤其在納米顆粒(25-100 nm)中。本研究以中國從北到南幾種水平地帶性土壤(北方的淋溶土(Alf1)、中部的淋溶土(Alf2)、老成土(Ult)和南方的氧化土(Oxl))為材料,研究土壤各粒級顆粒中(2000,450-2000,100-450,和25-100 nm)粘土礦物的特征。采用電感耦合等離子發(fā)射光譜(ICP-OES),傳統(tǒng)和同步輻射X射線衍射(XRD),紅外光譜(FTIR),熱重分析(TG),掃描電子顯微鏡(SEM)和高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)等手段分析不同粒徑土壤顆粒的化學(xué)組成,確定粘土礦物的類型及演化特征。以更好了解中國水平地帶性土壤顆粒中粘土礦物類型及結(jié)構(gòu)的變化,探討土壤顆粒中粘土礦物從宏觀到納米級的變化,揭示土壤成土因素對顆粒中粘土礦物轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明:1)從北到南,四種土壤中存在脫硅、富集鐵鋁的現(xiàn)象。隨緯度的降低,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)三水鋁石。Alf1和Alf2土壤中粘土礦物為伊利石、蛭石、高嶺石、以及痕量伊利石-蛭石和伊利石-高嶺石混層礦物。Ult土壤中粘土礦物主要為高嶺石和層間羥基礦物(HIV),并含少量蛭石和伊利石。然而在Oxl土壤中主要含有高嶺石,層間羥基礦物(HIV)和痕量伊利石。2)隨著顆粒粒徑的減小,北方Alf1土壤的成土作用和脫硅富鋁化作用逐漸減弱,而在中部Alf2和南方Oxl土壤中此變化規(guī)律反之。隨著顆粒粒徑的減小,北方Alf1土壤的硅鋁率有所增加,而中部Alf2和南方Oxl土壤的硅鋁率則明顯降低。隨著顆粒粒徑的減小,北方Alf1土壤中1:1型粘土礦物逐漸瓦解,而在中部Alf2和南方Oxl土壤中存在2:1型粘土礦物向1:1型粘土礦物轉(zhuǎn)變的趨勢。在北方Alf1和中部Alf2土壤中,2000 nm、450-2000 nm和100-450 nm顆粒中存在伊利石向蛭石轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。3)隨著顆粒粒徑的減小,土壤中三八面體礦物減少,二八面體礦物增加。從北到南,土壤納米顆粒中的粘土礦物由以伊利石為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿邘X石為主。在南方地區(qū)三八面體礦物的風(fēng)化作用顯著加強。4)與2000 nm,450-2000 nm和100-450 nm顆粒相比,納米顆粒中伊利石和高嶺石的晶體結(jié)構(gòu)無序程度更加明顯。隨著顆粒粒徑的減小,四種土壤中粘土礦物的層狀堆垛由良好的堆垛層轉(zhuǎn)變?yōu)槿毕荻讯鈱�。從北向�?晶體結(jié)構(gòu)的無序性和粘土礦物的缺陷堆垛層逐漸減少,直至在南方土壤中變得不顯著。5)在粘土礦物的轉(zhuǎn)化過程中,納米顆粒中的層狀硅酸鹽礦物主要由大顆粒(450-2000 nm、100-450 nm和100-450 nm)中的粘土礦物風(fēng)化而來。從北向南,粘土礦物的演化序列為:伊利石→蛭石→HIV→高嶺石→三水鋁石。本研究中,土壤的成土因素可能對粘土礦物的轉(zhuǎn)化有影響,其中氣候因子的影響最顯著。
【學(xué)位單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S152

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本文編號：2814118