水耕人为土时间序列铁氧化物与磁化率演变特征

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1、水耕人为土时间序列铁氧化物与磁化率演变特征*国家自然科学基金国际合作与交流项目(41571130051)和土壤与农业可持续发展国家重点实验室开放基金项目(中国科学院南京土壤研究所)(Y20160003)资助SupportedbytheProjectsofInternationalCooperationandExchanges,NationalNaturalScienceFoundationofChina(No.41571130051)andProjectfromStateKeyLaboratoryofSoilandSustainableAgriculture(Instituteo

2、fSoilScience,ChineseAcademyofSciences)(Y20160003)†通讯作者Correspondinganthor,Email:shaoma@igsnrr.ac.cn;glzhang@issas.ac.cn作者简介：黄来明（1984—），男，博士，浙江安吉人，主要从事土壤发生与地球化学研究。E-mail:huanglm@igsnrr.ac.cn收稿日期：2016-04-18收到修改稿日期：2016-09-19黄来明1,2,3邵明安1,3†陈留美4韩光中5张甘霖2,3†（1生态系统网络观测与模拟院重点实验室，中国科学院地理科学与资源研究所，北京100

3、101）（2土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所），南京210008）(3中国学学院大学，北京100049)（4遵义师范学院资源与环境学院，贵州遵义， 563002）（5内江师范学院地理与资源科学学院， 四川内江，641112）摘要以我国亚热带地区不同母质起源的水耕人为土时间序列为研究对象，分析不同形态铁氧化物和磁化率随成土时间的动态演变特征及其影响因素。结果表明，石灰性母质起源的水耕人为土0~120cm土体中全铁(Fet)、游离铁(Fed)和游离度(Fed/Fet)随时间序列演变均逐渐增加，0~50年内Fet、Fed和Fed/Fet增加速率分别为3.2t

4、hm-2a-1、1.2thm-2a-1和0.04%a-1，50~1000年内Fet、Fed和Fed/Fet增加速率分别为0.1thm-2a-1、0.15thm-2a-1和0.01%a-1；而酸性母质起源的水耕人为土0~120cm土体中Fet、Fed和Fed/Fet随时间序列演变均逐渐下降，0~60年内Fet、Fed和Fed/Fet下降速率分别为0.2thm-2a-1、0.5thm-2a-1和0.03%a-1，60~300年内Fet、Fed和Fed/Fet下降速率分别为0.9thm-2a-1、1.2thm-2a-1和0.06%a-1。土壤pH、Eh、以及外源铁输入与土体内铁淋失的相

5、对强度是控制不同母质水耕人为土中铁氧化物转化速率与途径的主要因素。石灰性母质起源的水耕人为土中不同磁学指标随时间演变分为三个阶段：0~50年内表现为质量磁化率(MS)，饱和等温剩磁(SIRM)和软剩磁(IRMs)的急剧降低；50~300年内表现为MS，SIRM和IRMs的持续、缓慢降低以及IRMh的相对稳定发展；300~1000年内表现为MS，SIRM和IRMs的持续、缓慢降低以及IRMh的快速下降。酸性母质起源的水耕人为土0~20cm和20~120cm土壤中磁学指标演变呈现截然不同的两个阶段：0~60年0~20cm内MS，SIRM和IRMs的急剧降低，IRMh具有明显增加；而2

6、0~120cm内MS，SIRM和IRMs缓慢下降，IRMh明显降低。60~300年0~20cm内不同磁学指标变化幅度均很小，而20~120cm内IRMh相对比较稳定，MS，SIRM和IRMs在种稻150年后快速下降。淹水还原条件下亚铁磁性矿物的破坏是不同母质水耕人为土演变过程中磁性衰减的主要机制。关键词水耕人为土；时间序列；铁氧化物；磁化率；成土母质中图分类号153.6文献标识码A铁是地壳中丰度位于第四的元素(6.7wt%)[1]，是生物所必需的微量矿质养分之一[2-4]。由于铁在自然界中分布广、化学活性强，其生物地球化学循环显著影响陆地生态系统中矿物风化[5]、养分循环[6]和

7、污染物行为[7]等诸多过程。近年来研究表明，土壤或沉积物中铁的氧化还原作用与有机质的封存、分解和释放密切相关[8-9]，从而影响全球碳循环和气候变化[10]。土壤中铁具有不同赋存形态，如原生硅酸盐矿物，次生黏土矿物，不同结晶度的铁氧化物或氢氧化物以及铁与有机质结合形成的络合物等[11]。不同形态铁之间的转化以及铁在土壤中的迁移和再分布是影响土壤物理、化学与矿物学特征的重要成土过程[12]。过去的研究表明，随着成土年龄的增加，排水良好的自然土壤中游离铁与全铁含量的比值逐渐升高，而无