本文關(guān)鍵詞：幾種水平地帶性土壤顆粒中粘粒礦物的組成與演化特征　出處：《華中農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：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),對揭示我國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)為對象,在分離出土壤中450-2000和100-450 nm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(25-100 nm),采用同步輻射X射線衍射(XRD)等手段對不同粒徑的顆粒進(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粒邊緣變得模糊,層狀堆垛減少。棕壤450-2000 nm顆粒主要呈片狀,少量細(xì)條狀;棕壤25-100 nm(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450-2000 nm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450-2000 nm顆粒的高度約為100和200 nm,納米顆粒高度約為6 nm;相比450-2000 nm顆粒,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。此外,由北到南,納米顆粒中硅鋁率同樣呈降低的趨勢,晶形鐵呈增加的趨勢。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100-450 nm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;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)(ALN)和HB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7-17oC。高嶺石表面羥基和八面體中AlO6層的減少從而導(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25-100 nm顆粒中伊利石的缺陷主要來自螺旋位錯(cuò)。棕壤450-2000 nm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。由北到南,納米顆粒中粘粒礦物演化序列為:伊利石→蛭石→HIV→高嶺石(和KIMs)→三水鋁石。相比450-2000和100-450 nm的顆粒,納米顆粒的礦物演化過程中不存在蒙脫石、伊利石-HIV混層礦物(I-HIV)等膨脹性礦物。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S153

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