中國北方第四紀黃土發(fā)育土壤鐵錳結(jié)核形成環(huán)境及空間分布

1、中國北方第四紀黃土發(fā)育土壤鐵錳結(jié)核形成環(huán)境及空間分布?王秋兵1?蔣卓東1孫仲秀1（1沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，農(nóng)業(yè)部東北地區(qū)土壤與環(huán)境重點實驗室，遼寧省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境重點實驗室，沈陽110866）摘要土壤鐵錳結(jié)核是土壤形成過程的產(chǎn)物，記錄著土壤發(fā)育過程和成土環(huán)境變化信息，也是土壤類型劃分的重要依據(jù)，具有很高的研究價值。通常認為鐵錳結(jié)核主要分布在地勢較低、地下水位較淺的地區(qū)，但在我國東北地區(qū)位于高平地、地下水位較深，發(fā)育于第四紀黃土狀物

2、質(zhì)的土壤中有鐵錳結(jié)核的分布，對該地區(qū)土壤分類造成了很多問題。為了摸清我國北方溫帶地區(qū)第四紀黃土狀物質(zhì)發(fā)育的土壤中鐵錳結(jié)核的分布規(guī)律及形成原因，通過實地調(diào)查，并收集整理第二次全國土壤普查資料，對中國北方10個省份的345個處于高平地（地下水位深）、發(fā)育在第四紀黃土狀物質(zhì)的土壤剖面資料進行整理和統(tǒng)計分析。研究表明，有鐵錳結(jié)核存在的土壤剖面分布具有明顯規(guī)律，即主要分布在溫帶濕潤地區(qū)（41.19～49.01N，120.82～133.37E），該

3、區(qū)域年均降水量在370.6～917.7mm之間，年均氣溫在0.9～14.9℃之間，氣候的共同特點是降水量大、蒸發(fā)量小、冬季土壤結(jié)凍持續(xù)時間長、春季土壤凍融交替持續(xù)時間久，且土壤“返漿現(xiàn)象”明顯。研究進一步表明，位于高平地、發(fā)育在第四紀黃土狀物質(zhì)土壤中鐵錳結(jié)核的形成與土壤凍融交替有關(guān)。關(guān)鍵字鐵錳結(jié)核；凍融交替；第四紀黃土狀物質(zhì)；溫帶地區(qū)；空間分布中圖分類號S159.2文獻標識碼A土壤鐵錳結(jié)核是土壤中常見的一種新生體形態(tài)[12]，是土壤形成

4、過程的產(chǎn)物[3]，在土壤環(huán)境的化學(xué)反應(yīng)中扮演著十分關(guān)鍵的角色[4]，是劃分土壤類型的重要依據(jù)[5]。鐵錳結(jié)核對于pH、Eh和水分等周圍環(huán)境變化的反映十分敏感，記錄著區(qū)域土壤水分狀況、土壤發(fā)育過程以及環(huán)境變化等多種重要信息[68]。因此，研究土壤鐵錳結(jié)核具有很高的科學(xué)價值。鐵錳結(jié)核是在土壤發(fā)育過程中土壤環(huán)境干濕交替的產(chǎn)物，鐵錳氧化物在漬水條件下還原為Fe2和Mn2，隨著土壤溶液遷移，又在土壤變干時氧化淀積，長期的干濕交替下，形成鐵錳結(jié)核并

5、逐漸增大[9]。一般認為，鐵錳結(jié)核的形成與地形、母質(zhì)等因素關(guān)系密切，存在鐵錳結(jié)核的土壤主要分布在地勢低平、地下水位較淺的地區(qū)，土壤形成受地下水位的強烈影響，成土母質(zhì)多為河流沖積物、湖積物、坡積物等，屬于隱域土[1012]；而位于地下水位較深的高平地，不會有鐵錳結(jié)核的存在，通常將這些土壤稱為地帶性土壤。然而，在我國東北地區(qū)土壤調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，在位于高平地、地下水位較深的第四紀黃土狀母質(zhì)發(fā)育土壤中通常能夠看到鐵錳結(jié)核的分布[1314]，這與

6、傳統(tǒng)認識的土壤與景觀關(guān)系相矛盾。目前，其形成機制尚不明確，有專家認為是現(xiàn)代成土條件下的產(chǎn)物，有專家認為是古土壤中存在的產(chǎn)物，這在該地區(qū)土壤分類過程中造成了很多的困擾[1516]。在我國第二次土壤普查時使用的地理發(fā)生學(xué)分類體系，主要依據(jù)生物氣候條件和地理環(huán)境等成土條件來劃分土類，忽視了剖面的形態(tài)和發(fā)育，未能體現(xiàn)出鐵錳結(jié)核對于分類的影響；而中國土壤系統(tǒng)分類以診斷層和診斷特性為基礎(chǔ)，更加注重強調(diào)土壤本身性質(zhì)，土壤中鐵錳結(jié)核的存在符合?國家自然

7、科學(xué)基金（41771245、41371223）、科技部國家科技基礎(chǔ)性工作專項（2014FY110200A06）資助?通訊作者，Email：qiubingwangsy@作者簡介：王秋兵（1962），男，主要從事土壤地理方面研究。Email：qiubingwangsy@2017土壤全國土壤地理與遙感會議收稿日期：年月日；收到修改稿日期：圖1采樣點分布圖Fig.1Spatialdistributionofsamplingpoints1.3土壤

8、剖面調(diào)查實地調(diào)查樣點均按照中國科學(xué)院南京土壤研究所《野外土壤描述與采樣規(guī)范（第一版）》進行野外景觀和土壤形態(tài)描述；對第二次全國土壤普查資料《中國土種志》的土壤剖面，收集整理景觀描述和土壤形態(tài)特征，保證母質(zhì)類型一致，景觀部位相近。對所有供試土壤，重點考察土壤是否存在鐵錳結(jié)核，并記述鐵錳結(jié)核在土壤剖面出現(xiàn)的初始深度。1.4數(shù)據(jù)處理各土壤剖面的大氣溫度、降水量、地溫等數(shù)據(jù)來自中國氣象局中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)（:data.），仔細篩選和剔除

9、氣象數(shù)據(jù)與區(qū)域氣候特點差異較大的海拔極端的山上后的氣象站數(shù)據(jù)后選擇783個氣象站點的1981—2010年的日值數(shù)據(jù)，包括各個氣象站的經(jīng)緯度、氣溫、地溫以及降水量等數(shù)據(jù)。本文根據(jù)Henry等[21]的方法定義地表土壤溫度≤0℃確定土壤凍結(jié)狀態(tài)，并以此為標準計算土壤凍結(jié)天數(shù)和春季土壤凍融交替天數(shù)。土壤凍結(jié)天數(shù)為1981—2010年每年從7月1日至次年6月30日的日平均地溫低于0℃的天數(shù)之和的累年平均值，春季土壤凍融交替天數(shù)為1981—201