不同母质黑钙土黏粒矿物组成研究.pdf

第２７卷第２期２０１３年４月水土保持学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎＶｏｌ．２７Ｎｏ．２Ａｐｒ．，２０１３收稿日期２０１２－０９－２１基金项目国家自然科学基金项目（３１０７１８６２）；吉林省科技厅项目（２０１００４２４）作者简介刘杭（１９８８－），女，硕士研究生，主要从事土壤肥力调控研究。Ｅ－ｍａｉｌｌｉｕｈａｎｇ０９２４＠１６３．ｃｏｍ通讯作者赵兰坡（１９５５－），男，教授，博士生导师，主要从事土壤肥力调控研究。Ｅ－ｍａｉｌｚｈａｏｌａｎｐｏ１２＠１６３．ｃｏｍ不同母质黑钙土黏粒矿物组成研究刘杭，王蒙，张志丹，姜亦梅，赵兰坡（吉林农业大学资源与环境学院，长春１３０１１８）摘要以黄土母质和红土母质发育的黑钙土为研究对象，采用化学分析及Ｘ射线分析，对同一气候和地理位置条件下的２种母质黑钙土的黏粒矿物组成及其差异进行研究，并探讨其演化机制。结果表明２种母质黑钙土的黏粒矿物均以２∶１型矿物为主，黏粒矿物组成一致性高，均含有蒙脱石、伊利石、蛭石、高岭石和石英。但各层次间衍射峰的强度以及部分衍射峰位置略有变化，红土母质黑钙土底层不存在蒙脱石，表层以绿泥石为主，而黄土母质黑钙土在底层存在绿泥石，在成土中后期可能转化为蛭石。红土母质黑钙土与黄土母质黑钙土相比，高岭石衍射峰强度更强，伊利石强度减弱，且随着土层深度的增加，减弱趋势更为显著，说明红土母质在成土早期，气候湿热，土壤风化较为强烈。关键词黄土母质；红土母质；黑钙土；黏粒矿物中图分类号Ｓ１５３．６＋１；Ｓ１５２．３文献标识码Ａ文章编号１００９－２２４２（２０１３）０２－０２５５－０６ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆＣｌａｙＭｉｎｅｒａｌｉｎＤｉｆｆｅｒｅｎｔＰａｒｅｎｔＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｒｎｏｚｅｍＬＩＵＨａｎｇ，ＷＡＮＧＭｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＺｈｉ－ｄａｎ，ＪＩＡＮＧＹｉ－ｍｅｉ，ＺＨＡＯＬａｎ－ｐｏ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＪｉｌｉｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３０１１８）ＡｂｓｔｒａｃｔＵｓｉｎｇｌｏｅｓｓｐａｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｌａｔｅｒｉｔｅｐａｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｃｈｅｒｎｏｚｅｍａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅｃｌａｙｍｉｎｅｒａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓｃｈｅｒｎｏｚｅｍｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓａｍｅｃｌｉｍａｔｅａｎｄｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌｌｏｃａｔｉｏｎｂｙＸ－ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｅｖｏｌｕｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｗｅｒｅｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｌａｙｍｉｎｅｒａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｂｏｔｈｐａｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓｗａｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙ２∶１ｔｙｐｅｍｉｎｅｒａｌ，ｗｈｉｃｈｗａｓｉｎｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｃｌａｙｍｉｎｅｒａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｂｏｔｈｃｏｔａｉｎｅｄｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ，ｉｌｌｉｔｅ，ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ，ｋａｏｌｉｎｉｔｅａｎｄｑｕａｒｔｚ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｐｅａｋｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｍｏｎｇｖａｒｉｏｕｓｌｅｖｅｌｓａｓｗｅｌｌａｓｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｐｅａｋｐｏｓｉｔｉｏｎｈａｄａｓｌｉｇｈｔｃｈａｎｇｅ．Ｌａｔｅｒｉｔｅｐａｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｃｈｅｒｎｏｚｅｍｄｉｄｎｏｔｃｏｎｔａｉｎｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅｉｎｔｈｅｌａｓｔｌａｙｅｒ，ｈａｄｃｈｌｏｒｉｔｅｉｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅ，ｂｕｔｌｏｅｓｓｐａｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｃｈｅｒｎｏｚｅｍｃｏｎｔａｉｎｅｄｃｈｌｏｒｉｔｅｉｎｔｈｅｌａｓｔｌａｙｅｒ，ａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｉｎｔｏｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅｄｕｒｉｎｇｍｉｄｄｌｅａｎｄｌａｔｅｐｅｄｏｇｅｎｉｃｐｅｒｉｏｄ．Ｋａｏｌｉｎｉｔｅｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｐｅａｋｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｌａｔｅｒｉｔｅｐａｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｃｈｅｒｎｏｚｅｍｗａｓｍｏｒｅｓｔｒｏｎｇｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｌｏｅｓｓｐａｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌ，ｉｌｌｉｔｅｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｐｅａｋｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｌａｔｅｒｉｔｅｐａｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｃｈｅｒｎｏｚｅｍｗａｓｗｅａｋｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｌｏｅｓｓｐａｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌ，ａｎｄｗｅａｋｅｎｉｎｇｔｒｅｎｄｗａｓｍｏｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｗｉｔｈｓｏｉｌｄｅｐｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｉｎｄｉｃａｔｅｄｌａｔｅｒｉｔｅｐａｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｃｈｅｒｎｏｚｅｍｗａｓｕｎｄｅｒａｈｏｔａｎｄｈｕｍｉｄｃｌｉｍａｔｅ，ａｎｄｉｔｓｗｅａｔｈｅｒｉｎｇｗａｓｓｔｒｏｎｇｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｄｕｒｉｎｇｅａｒｌｙｐｅｄｏｇｅｎｉｃｐｅｒｉｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｌｏｅｓｓｐａｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌ；ｌａｔｅｒｉｔｅｐａｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌ；ｃｈｅｒｎｏｚｅｍ；ｃｌａｙｍｉｎｅｒａｌ吉林省黑钙土主要分布在西部平原地区，土壤适宜性较广，是吉林省的主要耕作土壤［１］。目前黑钙土由于受所处区域风沙、干旱自然灾害的威胁，以及开垦后水土流失严重等限制条件，导致出现腐殖质层较薄，保肥、保水能力较弱等肥力问题［２］。黏粒矿物是土壤肥力的基础［３］，是极为敏感的胶体类型，它的改变会影响土壤肥力特征。郑庆福等对东北地区黑土黏粒组成分析，发现不同的农业利用对东北黑土黏粒矿物组成有一定的影响，与传统上的认识（土壤黏粒矿物不会在短时间内发生改变）相悖，同时认为黏粒很容易发生变化，在有机质的参与下，矿物层间发生强烈的离子交换［４］。所以研究土壤的黏粒矿物组成有助于了解土壤的吸收性能，保水、保肥性，进而可为作物施肥、土壤的改良培肥提供理论依据［５－６］。因此揭示黑钙土黏粒矿物组成及特点对科学施肥及改良培肥，抑制土壤退化具有重要意义。目前，关于黑钙土黏粒矿物的研究仅有零星报道，中国科学院有研究表明，黄土母质东北黑钙土的黏粒矿物中含有较多蒙脱石［７］。赵兰坡等研究认为吉林省黑钙土黏粒矿物的组成以蒙脱石和水云母为主［８］。熊毅等研究报道，黄土母质黑钙土以拜来石为主，第三纪红色粘土黑钙土以高岭类矿物和非晶物质为主［９］。蒋梅茵等研究认为蒙脱石主要分布在钙质土壤，如黑钙土、栗钙土［１３］。本研究重点探讨同一气候和地理位置条件下，不同母质黑钙土的黏粒矿物组成及特点，以期为黑钙土定向培肥提供一定的理论支撑。１材料与方法１．１样品采集供试土样分别采自松原市前郭县乌兰图噶、岱尹、聚宝、套浩太，共５个剖面，１７个分层样品，分别为黄土母质和红土母质上发育的黑钙土、淡黑钙土，样品经风干、研磨过筛后备用。其基本理化性状见表１。表１供试土壤的基本性质剖面编号土类采样地点成土母质样号剖面层次含水量／％ｐＨ有机质含量／％速效氮含量／（ｍｇｋｇ－１）速效磷含量／（ｍｇｋｇ－１）速效钾含量／（ｍｇｋｇ－１）１１２．００７．４９１．８３１１２．２４１３．５２２４７．６７ Ⅰ 黑钙土乌兰图噶黄土母质２２２．５９７．５０．６１１５．８１２．２８１９８．１４３３１．５７７．５７０．１９１２．６５１．８４１７８．３２４１２．０７７．９８２．０７１１８．５６３．８３１８８．２３ Ⅱ 黑钙土乌兰图噶红土母质５２２．１５８．０５１．７４７２．７２１．９２１７８．３２６３２．６４７．８２０．２３１４．２３２．５１１９３．１８７４２．８８７．７００．１２９．４８１．６９１７８．３２８１１．８７８．０９１．５７９１．６８１４．４８２９７．２１ Ⅲ 黑钙土岱尹黄土母质９２２．７１８．２５０．３５２２．１３１．４４１９３．１８１０３１．７８８．３６０．０４２８．４５１．６９１７８．３２１１１２．３６６．０５１．６２１０４．３３１１．８６１９３．１８ Ⅳ 黑钙土聚宝红土母质１２２３．６６７．２２１．７１８５．３６１０．８３１７８．３２１３３２．１９７．３６０．４７１４．２３１．６６１６８．４２１４１２．７０７．７７１．６４９１．６８３．５７１８８．２３ Ⅴ 淡黑钙土套浩太黄土母质１５２２．８４８．０９１．３９６６．３９２．５８１６３．４６１６３３．４５８．２７０．３８１８．９７１．４７１６８．４２１７４２．２０８．３１０．２３９．４８１．４４１６３．４６１．２测定项目与方法［１０］土壤基本理化性质测定采用重铬酸钾外加热法测定有机质，电位法测定ｐＨ值，烘干法测定含水量，碱解扩散法测定速效氮，ＮａＨＣＯ３法测定速效磷，ＮＨ４ＯＡｃ浸提－火焰光度法测定速效钾。黏粒的分离与提取采用吸管法和筛分法测定，筛分法分离出＞２００μｍ粗砂，按司笃克斯定律，用虹吸法在规定时间内分别吸取＜２μｍ黏粒和２～２０μｍ粉粒，再分离出２０～２００μｍ的细砂，对各粒级经沉淀、离心及烘干后称重［１０］，计算出各粒径组分的百分含量，并绘制颗粒累积曲线。黏粒的化学组成测定烘干法测定黏粒含水量，减量法测定烧失量。ＮａＣＯ３熔融样本后，按质量法测定二氧化硅含量，再用脱硅后的待测液，分别按照氟化钾取代－ＥＤＴＡ容量法测定铝，过氧化氢比色法测定钛，钼锑抗比色法测定磷，原子吸收分光光度法测定铁、锰、钙和镁，用火焰光度法测定钾和钠。黏粒的选择性溶解分析游离氧化铁和游离氧化铝采用连二亚硫酸钠－柠檬酸钠－重碳酸钠提取法（简称ＤＣＢ法）提取，非晶质氧化铁和非晶质氧化铝采用酸性草酸铵提取法提取，提取液以邻啡啰啉光度法测定游离氧化铁和非晶质氧化铁，铝试剂光度法测定游离氧化铝和非晶质氧化铝。黏粒的Ｘ－射线衍射分析将黏粒经连二亚硫酸钠－柠檬酸钠－重碳酸钠法（ＤＣＢ法）脱铁处理后，分别加入醋酸钾和醋酸镁，制成钾饱和定向试样和镁饱和定向试样，经自然风干处理后，用Ｘ－射线衍射仪（岛津７０００型）在ＣｕＫα辐射、Ｎｉ滤波器、管压４０．０ｋＶ，管流３０．０ｍＡ，步长为０．０６，扫描范围分别为３～３０（镁饱和自然风干处理和钾饱和自然风干处理），３～１５（钾饱和３００℃处理和钾饱和５５０℃处理），３～１３．５（镁饱和甘油处理）条件下测定。再将钾饱和定向试样在马弗炉中进行分别３００℃和５５０℃加热处理２ｈ，镁饱和定向试样进行甘油饱和处理后，用Ｘ－射线衍射分析。黏粒矿物鉴定通过ＭＤＩＪａｄｅ５．０软件分析［１１－１２］。６５２水土保持学报第２７卷２结果与讨论２．１不同成土母质黑钙土机械组成及其黏粒的化学组成差异分析２．１．１不同成土母质黑钙土机械组成差异分析从土壤的累积曲线（图１）可看出，不同母质黑钙土的颗粒组成以砂粒为主，黏粒、粉粒次之，多为砂质壤土。红土母质黑钙土黏粒含量比黄土母质的含量高，红土母质黑钙土黏粒含量为１３％～２４％，平均为１７％，黄土母质黑钙土黏粒含量为９％～１９％，平均为１３％，说明红土母质比黄土母质黑钙土的风化程度强。而颗粒累积率达到５０％时，均为砂粒，即土壤颗粒粒径为６４～５５８μ ｍ时，黄土母质黑钙土的含量大于红土母质的。说明不同母质发育的黑钙土在岩石风化均处于同一进程，质地均一。图１黑钙土颗粒累积曲线２．１．２不同成土母质黑钙土黏粒的化学组成差异分析分析黏粒的化学组成可了解土壤矿质营养元素迁移和变化规律，反映土壤肥力退化的原因，还可确定土壤的风化程度及其化学特性，化学组成与所处的气候、生物、母质等环境条件有关［１３］。从土壤黏粒的化学组成（表２）可以看出，黑钙土土壤黏粒的化学组成均以ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３和Ｆｅ２Ｏ３为主，三者之和约为８０％，硅铝率（Ｓａ）值为２．９５～４．５０。其中黄土母质黑钙土黏粒的ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３和Ｆｅ２Ｏ３平均含量为５０５．８，２２２．７，８１．８７ｍｇ／ｇ，Ｓａ值为３．７８～４．５０，硅铝铁率（Ｓａｆ）为２．６２～３．５２。红土母质黑钙土土壤黏粒的ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３和Ｆｅ２Ｏ３平均含量为４９６．１，２２７．４，７６．０８ｍｇ／ｇ，Ｓａ值为２．９５～３．９５，表明黑钙土主要以２∶１型黏粒矿物为主，且土壤风化淋溶度与脱硅作用均较弱，而其中又以黄土母质黑钙土为更弱。这可能是由于吉林省黑钙土在东北季风气候控制下，气候干燥、气温较低、淋溶淀积作用较弱造成的。表２黑钙土黏粒（＜２μｍ）的化学组成及其含量ｍｇ／ｇ样号ＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３Ｆｅ２Ｏ３ＴｉＯ２ＭｎＯＣａＯＭｇＯＫ２ＯＮａ２ＯＰ２Ｏ５烧失量分子比率ＳａＳａｆ１５０１．２２１４．５８２．３３８．１０１．３０４．１２３８．６６２１．３０１７．２３７．１４９１．１３．９７３．１９２５１９．０２１５．６８３．９６７．６２１．０７５．２０３６．９９１７．７０１７．７４４．３７８０．９４．０９３．２７３５１６．５２３２．０８２．７０７．２００．７８５．８４３７．８９１６．３０１９．３５８．４２８１．６３．７８３．０８４４７４．１２０３．７７８．４１７．５８１．０９１１．９８３６．７９１８．３５１８．３３１０．２４１１４．７３．９５３．１７５４８２．８２１１．８７６．３０７．５００．６５２１．０７３０．２２１７．０３１６．１９５．５７１０９．０３．８７３．１５６５１０．７２３３．０７８．７７７．０７０．６６１３．８６３１．５０１６．３１１８．３６４．６４８２．６３．７２３．０６７４９７．７２５８．５６５．４５６．０８０．６９２．８０３６．１４１３．４１１７．６６３．６１９３．１３．２７２．８１８５０９．６１９５．９８７．４０４．１０２．２９６．６５３９．５６２０．８８１９．７６８．５２８６．１４．４２３．４４９５２１．８１９６．７８７．１０５．０７１．１５５．１５３９．５７２２．０７１７．８５５．９６７４．１４．５０３．５１１０５４２．６２０６．１８６．６８３．４７１．１３２．５４３８．６４１９．８２１９．７５５．０９７１．５４．４７３．５２１１５１０．１２１９．４８９．０７８．９００．８１１．９３３１．２０１７．７２１９．７６５．６５８１．０３．９５３．１３１２５０１．８２５０．６８６．７５３．４７０．９３２．０７３０．６４１６．４１１９．４８５．４８８０．０３．４０２．７８１３４９５．７２８４．８５７．７８１．８１０．３８１．６６１３．９０９．１７１９．６１５．３３１０９．７２．９５２．６２１４４７６．１２１０．０８３．７１６．２２１．５６１２．２２３６．４６１９．４９２５．３５７．３１１０５．０３．８５３．０７１５４８６．３２１２．９８１．３４７．０８１．５３１６．４２３６．０３１７．５７１９．６０６．９７１１２．２３．８８３．１２１６５１９．６２１７．２９４．９８３．７５１．５２３．３１３６．４３１７．５２２１．５３６．３５６６．７４．０６３．１７１７５３２．６２２３．０８９．００３．９６０．８６１．８７３６．４１１９．５７２１．４９５．８７６４．５４．０５３．２３由表３土壤黏粒（＜２μｍ）的选择溶解分析可见，黑钙土黏粒部分均以晶质成分为主，非晶质成分较少。其中ＤＣＢ可溶成分主要是游离氧化铁和游离氧化铝，草酸盐可溶成分主要是非晶质氧化铁和非晶质氧化铝，ＤＣＢ－草酸盐不溶成分相当于晶质成分。７５２第２期刘杭等不同母质黑钙土黏粒矿物组成研究表３土壤黏粒的选择性溶解分析ｇ／ｋｇ样号ＤＣＢ可溶成分酸性草酸盐可溶成分ＤＣＢ－酸性草酸盐不溶成分１２７．８６４．７６９６７．３８２２８．９６３．４６９６７．５８３２６．５８３．６２９６９．８０４３０．９８４．９５９６４．０７５３１．３５３．５５９６５．１０６３４．６７４．１５９６１．１９７３３．５５３．６８９６２．７８８２７．８７４．８７９６７．２６９２９．４６５．４３９６５．１１１０１９．９４３．８６９７６．２０１１３２．２２９．９２９５７．８７１２３４．２１７．８６９５７．９４１３３３．７６４．２１９６２．０３１４２７．１４４．７９９６８．０７１５２８．２５５．４７９６６．２９１６３１．６０５．８８９６２．５２１７２７．６９５．６０９６６．７２２．２不同成土母质黑钙土黏粒矿物组成特征经ＸＲＤ图谱分析，黄土母质黑钙土３个剖面的土壤黏粒矿物的组成较为一致，以下列举一个剖面分析。从镁风干ＸＲＤ图谱（图２）看，峰位主要出现在１．４２，１．０，０．７１，０．５０，０．４７，０．４３，０．３６，０．３３ｎｍ。说明可能存在蛭石、伊利石、高岭石、绿泥石、石英。在剖面表层存在０．４５ｎｍ衍射峰，０．５０ｎｍ为伊利石的二级衍射，０．４７ｎｍ为绿泥石特征峰，０．４５ｎｍ为伊利石和蒙脱石衍射叠加峰，０．４３ｎｍ为石英的特征峰，０．３６ｎｍ为高岭石和绿泥石衍射峰的叠加峰，０．３３ｎｍ衍射峰为伊利石和石英的衍射叠加峰。镁风干图谱中１．４２ｎｍ衍射峰经甘油处理后，１．４２ｎｍ衍射峰收缩，膨胀至１．９２～２．１ｎｍ，说明存在蒙脱石。在镁风干的ＸＲＤ图谱中１．４２ｎｍ衍射峰较强，钾风干１．４２ｎｍ的衍射峰较弱，钾风干ＸＲＤ图谱中１．４２ｎｍ处衍射峰变弱，是由于钾饱和后蛭石转变成伊利石，在钾饱和加热３００℃处理后１．４２ｎｍ衍射峰收缩，而１．０ｎｍ衍射峰加强，在钾饱和加热５５０ ℃处理后１．４２ｎｍ处几乎看不出显著的衍射峰，说明１．４２ｎｍ处黏粒矿物主要为蛭石，但底层在钾饱和加热５５０℃处理后，１．４２ｎｍ处有小衍射峰，说明在成土早期存在绿泥石，在成土中后期可能转化为蛭石。镁甘油处理、钾风干、钾饱和加热３００℃处理、钾饱和加热５５０℃处理后，１．０ｎｍ处均有衍射峰，进一步证明有伊利石。镁甘油处理、钾风干、钾饱和加热３００ ℃处理在０．７１ｎｍ处均出现衍射峰，但是在钾饱和加热５５０℃处理后，０．７１ｎｍ衍射峰消失，５５０ ℃温度下高岭石丧失结晶性，说明存在高岭石。从钾饱和加热５５０℃处理的ＸＲＤ图谱看，１．４２，０．７１ｎｍ衍射峰消失，主要由于蒙脱石类矿物脱掉２个水分子，成为１ｎｍ的云母结构，证明矿物主要为蒙脱石及伊利石矿物。综上分析，说明黄土母质黑钙土的土壤黏粒矿物主要含有伊利石、蛭石、蒙脱石、高岭石、石英和少量绿泥石。注Ｍｇ－风干为镁饱和自然风干处理；Ｍｇ－ｇｌｙ为镁饱和甘油处理；Ｋ－风干钾饱和自然风干处理；Ｋ－５５０为钾饱和５５０℃处理；Ｋ－３００为钾饱和３００℃处理。下同。图２黄土母质黑钙土黏粒矿物ＸＲＤ衍射图谱（剖面Ⅰ）从ＸＲＤ图谱（图２）可以看出，黄土母质黑钙土同一剖面不同层次土壤黏粒矿物组成一致，但各层次间衍射峰的强度及部分弱衍射峰位置略有变化。镁甘油处理后，各层蒙脱石膨胀的角度从表层依次递增，且越下层峰的强度越大，表明表层的蒙脱石结晶度差，而底层的结晶度高一些。膨胀性蒙脱石的减少或下移可能与黑钙８５２水土保持学报第２７卷土的退化有关。高岭石０．７１ｎｍ衍射峰强度越下层越弱，表明在成土早期高岭石含量很少，在成土后期可能有蒙脱石转化成高岭石。１．４２ｎｍ的衍射峰在层次２增强，表明其中的蛭石含量增多，在成土中期可能有蒙脱石转化成蛭石。钾饱和加热５５０℃处理后，底层在１．４２ｎｍ处仍有小衍射峰，表明有绿泥石存在，而表层不存在。表层伊利石１．０ｎｍ衍射峰的强度与其他层相比略高，表明在成土过程中伊利石含量增加。表明黑钙土在成土过程中经历了由强逐渐减弱的淋溶风化过程。说明同一剖面，从表层到底层的温度、水分有变化，风化条件有差异，矿物的结晶程度也有差异。经ＸＲＤ图谱（图３、图４）分析，红土母质黑钙土的土壤黏粒矿物组成与黄土母质大体相同。从镁风干ＸＲＤ图谱看，峰位主要出现在１．４２，１．００，０．７１，０．５０，０．４７，０．４５，０．４３，０．３６，０．３３ｎｍ，但是在剖面底层不存在０．４７ｎｍ衍射峰。说明可能存在蛭石、伊利石、高岭石、绿泥石、石英。剖面Ⅱ层次２的０．３０ｎｍ衍射峰为长石特征峰。剖面Ⅱ镁风干图谱中１．４２ｎｍ衍射峰经甘油处理后，１．４２ｎｍ衍射峰收缩，膨胀至１．８８ｎｍ，说明存在蒙脱石。但是剖面Ⅳ在底层经甘油处理后没有膨胀，说明在成土早期没有蒙脱石，在成土中后期由伊利石脱钾形成蒙脱石。镁甘油处理、钾风干、钾饱和加热３００℃处理、钾饱和加热５５０℃处理后的ＸＲＤ图谱，在１．０ｎｍ处均有衍射峰，证明有伊利石的存在，但与黄土母质相比强度明显减弱，且越下层越弱，到最底层几乎没有，表明在成土过程中伊利石含量增多，可能是外源移入造成的，这一现象说明次生矿物在剖面中有一定分异，可以说明成土的风化强度。镁甘油处理、钾风干、钾饱和加热３００ ℃处理在０．７１ｎｍ处均出现衍射峰，但是在钾饱和加热５５０℃处理后，０．７１ｎｍ衍射峰消失，说明存在高岭石，剖面Ⅳ０．７１ｎｍ衍射峰强度底层明显增加，表明在成土过程中高岭石含量明显减少。钾饱和加热３００℃处理后，１．４２ｎｍ处衍射峰收缩至１．０ｎｍ，钾饱和加热５５０℃处理后１．４２ｎｍ处几乎看不出显著的衍射峰，说明１．４２ｎｍ黏粒矿物主要为蛭石，但是在剖面Ⅱ的表层５５０℃处理后仍有小衍射峰，说明存在少量绿泥石。综上分析，说明红土母质黑钙土的黏粒矿物主要含有蒙脱石、蛭石、高岭石、伊利石、石英和少量绿泥石。图３红土母质黑钙土黏粒矿物ＸＲＤ衍射图谱（剖面Ⅱ）２．３黑钙土黏粒矿物组成与土壤环境的关系土壤黏粒矿物与环境也有密切关系，黑钙土处于温带半湿润半干旱季风气候区，降水少，气温较低。气候干冷，淋滤作用弱，对伊利石的形成和保存都有利［１４－１５］。若伊利石晶格层间钾离子继续淋失，并在碱性条件下吸收镁离子，在淋溶很弱的中性与强碱土壤条件下，伊利石可向蒙脱石转化［１６］。高岭石是在潮湿气候酸性介质中岩石被强烈淋滤的条件下形成的，也可以由蒙脱石转化而来，为风化程度极高的矿物，其存在反映了湿热的气候特征。蛭石大多产生于云母和水云母的进一步脱钾，主要分布在温带、亚热带排水良好的土壤中，也可以由蒙脱石或绿泥石转变而来［１７］。根据ＸＲＤ衍射图谱分析，在成土中后期，黏粒矿物中的蛭石可能是由绿泥石和蒙脱石转化，伊利石脱钾形成蒙脱石。蒙脱石的存在反映了寒冷的气候特征。云母向膨胀型黏粒矿物变化时，经常受云母中八面体类型、颗粒大小及风化环境的影响［２５］。白云母经风化很容易形成水化云母，随着风化和淋溶程度的发展，云母类型矿物可能依次顺着伊利石、蒙脱石、蛭石、高岭石的方向递变。黄土母质和红土母质黑钙土由于所处的环境条件一致，土壤性质呈现出很多共同的特性剖面中黏粒的分布状况大致相似；黏粒的化学组成均以ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３和Ｆｅ２Ｏ３为主，含量较为接近，Ｓａ值在４附近，主要以２∶１９５２第２期刘杭等不同母质黑钙土黏粒矿物组成研究型黏粒矿物为主；黏粒部分均以晶质成分为主，非晶质成分很少；不同母质的黑钙土黏粒矿物组成大体一致。说明母质形成时的气候条件与现在的黑钙土的成土条件相差不大。图４红土母质黑钙土黏粒矿物ＸＲＤ衍射图谱（剖面Ⅳ）２．４母质对土壤黏粒矿物组成的影响土壤黏粒矿物的组成特征是由其发育的母质决定的，并在一定土壤环境下发生变异，从而形成特征化的组成。在同一生物气候和地理位置条件下，不同母质发育的黑钙土呈现出很多共同特性，但是对黑钙土的黏粒矿物组成也有一定影响。经ＸＲＤ图谱（图２～４）分析，尽管所有剖面都含有伊利石，但红土母质与黄土母质黑钙土相比强度减弱，且越下层越显著，到最底层几乎没有，说明红土母质在成土早期，气候湿热，土壤风化较为强烈。蒙脱石膨胀的位置不同，峰形状以及强度均有差异，红土母质黑钙土底层不存在蒙脱石，而在成土中后期由伊利石脱钾形成蒙脱石。黄土母质黑钙土的高岭石的衍射峰变宽，强度减弱，说明其结晶差。红土母质黑钙土绿泥石出现在表层，说明在成土后期存在绿泥石，而黄土母质黑钙土在底层存在绿泥石，在成土中后期可能转化为蛭石。３结论（１）