本文關(guān)鍵詞：中國(guó)東北典型風(fēng)成黃土—古土壤序列發(fā)生學(xué)特征研究　出處：《沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：黃土-古土壤序列形成于過(guò)去景觀條件下,是記錄古環(huán)境變化的良好載體,對(duì)其發(fā)生特征演化的研究有助于揭示其成土過(guò)程及其形成期間的環(huán)境變化,定量研究黃土-古土壤沉積和發(fā)生過(guò)程有助于更好地理解黃土-古土壤的形成過(guò)程及其與氣候變化對(duì)應(yīng)的關(guān)系,為建立土壤發(fā)生演化模型提供科學(xué)基礎(chǔ),進(jìn)一步豐富土壤發(fā)生學(xué)理論。本文以東北典型風(fēng)成黃土-古土壤序列(朝陽(yáng)剖面)為研究對(duì)象,綜合利用剖面形態(tài)、2cm間隔高密度土壤樣品粒度(扣除黏粒的粒度分布)、地球化學(xué)元素、微形態(tài)和黏土礦物特征分析等方法,結(jié)合土壤發(fā)生定量分析結(jié)果,從多角度對(duì)典型風(fēng)成黃土-古土壤序列的母質(zhì)均一性(物源相同、成因一致和沉積連續(xù))進(jìn)行判定,并對(duì)典型黃土-古土壤序列土壤發(fā)生演化的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行綜合分析。在判定母質(zhì)均一性的基礎(chǔ)上,利用Ti校正的土壤劑面發(fā)育指數(shù)模型,定量分析了土壤發(fā)生過(guò)程中的土壤剖面形態(tài)變化特征；運(yùn)用改進(jìn)的Gallet(1996)模型定量研究了土壤發(fā)生過(guò)程中的地球化學(xué)元素變化特征；并用粒度分維模型(fractal dimension model)定量描述了土壤發(fā)生過(guò)程中的粒度變化特征；在此基礎(chǔ)上利用土壤重建模型(soil reconstruction model)和質(zhì)量平衡模型(mass balance model)定量分析了土壤發(fā)生過(guò)程中的粒度和地球化學(xué)元素的遷移與富集特征。綜合以上模型定量分析,揭示并重建了中國(guó)東北典型風(fēng)成黃土-古土壤序列發(fā)生演化的動(dòng)態(tài)過(guò)程。研究結(jié)果表明：(一)朝陽(yáng)剖面是自423ka BP以來(lái)經(jīng)風(fēng)成連續(xù)沉積形成的典型風(fēng)成黃土。0-195cm部分(the upper part of Chaoyang section,簡(jiǎn)稱(chēng)為UPP)沉積后,受地表流水等作用改造組成物質(zhì)混雜,在相關(guān)發(fā)生特征演變及定量研究中應(yīng)從序列中剔除；195-228cm(themiddle part of Chaoyang section,簡(jiǎn)稱(chēng)為MIP)為UPP與228-1985cm(the lower part of Chaoyang section,簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)OP)的過(guò)渡層次；LOP內(nèi)各黃土與古土壤成土母質(zhì)均一是黃土-古土壤序列風(fēng)化成土過(guò)程研究的良好材料。(二)LOP在0-54.4μm粒度范圍內(nèi)具有自然分形特性,一元粒度分維值的變化規(guī)律與土壤風(fēng)化指標(biāo)、磁化率和小于1 μm黏粒含量變化趨勢(shì)一致,可以用來(lái)評(píng)價(jià)不同氣候條件下形成黃土和古土壤的土壤顆粒破碎程度及成土作用強(qiáng)度。黃土-古土壤形成時(shí)期,若東亞夏季風(fēng)盛行,則強(qiáng)風(fēng)化成土作用將黃土顆粒破碎成較小顆粒,中值粒徑變小分選性變差,粒度分維值較大,形成古土壤；相反,若東亞冬季風(fēng)盛行,氣候干冷,以黃土沉積為主,粒度分布受弱風(fēng)化成土作用改變較小,黃土顆粒的中值粒徑仍較大,分選性較好,粒度分維值較小,形成黃土,因此黃土粒度分維特征可以用來(lái)指示黃土顆粒變小過(guò)程。0-54.4μm無(wú)標(biāo)度區(qū)可續(xù)分成兩個(gè)子區(qū)(F1和F2),分界節(jié)點(diǎn)高度一致(7.64±1.21μm,CV=15.87%),且分維值DF1(接近3)DF2(接近2)。粗粉粒破碎成細(xì)粉粒過(guò)程的能量耗散以沿著三維空間角度為主,而細(xì)粉粒破碎成黏粒過(guò)程能量耗散以沿著二維平面角度為主。分維模型可用于描述黃土-古土壤序列粒度分布特征,其粒度分維值可以定量指示黃土-古土壤序列風(fēng)化成土作用強(qiáng)度。(三)朝陽(yáng)剖面LOP與靈臺(tái)剖面的AUCC (the average upper continental crust,簡(jiǎn)稱(chēng)為AUCC)標(biāo)準(zhǔn)化元素分布模式相似,表明它們的物源組成相似。根據(jù)化學(xué)風(fēng)化指標(biāo)、磁化率和剖面形態(tài)等一致的風(fēng)化趨勢(shì),可將黃土-古土壤序列形成時(shí)期(423-77ka BP)劃分成8個(gè)亞期,包括4個(gè)具有較高化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度的古土壤形成時(shí)期和4個(gè)具有較低化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度的黃土形成時(shí)期。運(yùn)用改進(jìn)的Gallet et al.(1996)模型定量研究了土壤發(fā)生過(guò)程中的地球化學(xué)元素變化特征,結(jié)果顯示LOP具有較高的Si02(平均值為3.54%)減少量,較大的Fe203(0.77%)、A1203(0.33%)和K20(0.41%)的增加量,說(shuō)明其形成過(guò)程中發(fā)生了較強(qiáng)的脫硅和富鐵鋁化過(guò)程。相比之下,靈臺(tái)剖面具有較大的CaO(28.03%)和Na2O(14.03%)的減少量,說(shuō)明其仍處于Ca和Na的淋失階段。朝陽(yáng)剖面較好地記錄了從423kaBP至77ka BP的化學(xué)風(fēng)化史,并與靈臺(tái)剖面的記錄具有較好的一致性。(四)朝陽(yáng)剖面LOP黏土礦物組成研究結(jié)果表明,自423ka BP以來(lái),出現(xiàn)4個(gè)夏季風(fēng)增強(qiáng)階段和4個(gè)冬季風(fēng)增強(qiáng)階段。最強(qiáng)的夏季風(fēng)出現(xiàn)于225-243ka BP期間,形成的古土壤中伊利石含量、I/C比值(伊利石/綠泥石)和磁化率值最高,平均粒徑最小。最強(qiáng)的冬季風(fēng)發(fā)生在243-31 lka BP期間,形成的黃土中伊利石含量最低及I/C比值也較低,黏粒含量呈總體降低趨勢(shì)。在此期間,干燥寒冷和溫暖濕潤(rùn)交替的氣候變化特征與深海氧同位素曲線中指示的冰期與間冰期更替特征一致,表明黏土礦物變化特征可以作為氣候替代指標(biāo)指示晚中更新世以來(lái)古氣候的變化特征,同時(shí)能夠補(bǔ)充黃土高原晚中更新世以來(lái)的全球氣候變化結(jié)果。(五)朝陽(yáng)剖面LOP的成土母質(zhì)均一,均為風(fēng)成粉質(zhì)黃土沉積,4層黃色土層與4層紅色土層交替疊加排列。粉質(zhì)黃土沉積后主要發(fā)生了淋溶-淀積過(guò)程、脫硅過(guò)程和鐵鋁富集過(guò)程。在225-243ka BP期間,形成S3古土壤的成土作用最為強(qiáng)烈,表現(xiàn)為發(fā)生過(guò)程中土壤組分淋失量最大,包括7.6%非黏粒部分、42%Na2O、21%CaO、28%MgO和10%SiO2；同時(shí)土壤組分富集量最大,包括42%黏粒、8%Fe2O3和4%Al2O3；累積質(zhì)量減少量達(dá)620g/100cm2。在243-311ka BP期間,L4黃土層發(fā)生過(guò)程中,土壤組分的累積質(zhì)量增加量最大達(dá)234g/100cmm2,質(zhì)量增加的組分包括18%Na2O和4.5%P2O5,指示該期黃土沉積速率最大。自423ka BP以來(lái),風(fēng)成黃土沉積與成土作用同步進(jìn)行,氣候寒冷干燥時(shí)期主要以粉塵沉積為主,形成黃土；而氣候溫暖濕潤(rùn)時(shí)期主要以成土作用為主,形成古土壤。因此,成土作用與黃土沉積作用的相對(duì)速率大小是決定形成黃土或古土壤的關(guān)鍵。在東亞夏季風(fēng)控制下,以成土作用為主,形成古土壤；在東亞冬季風(fēng)控制下,以粉塵沉積為主,形成黃土。通過(guò)對(duì)典型風(fēng)成黃土-古土壤序列土壤發(fā)生定量分析,研究認(rèn)為黃土沉積與成土作用同步進(jìn)行,從而深化了對(duì)黃土-古土壤序列形成過(guò)程機(jī)制的認(rèn)識(shí),豐富了土壤發(fā)生學(xué)理論,并為運(yùn)用黃土-古土壤序列重建歷史時(shí)期成土環(huán)境奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S151

【參考文獻(xiàn)】

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