中国北方第四纪黄土发育土壤铁锰结核形成环境及空间分布

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1、中国北方第四纪黄土发育土壤铁锰结核形成环境及空间分布*王秋兵1*国家自然科学基金（41771245、41371223）、科技部国家科技基础性工作专项（2014FY110200A06）资助†通讯作者，E-mail：qiubingwangsy@163.com作者简介：王秋兵（1962-），男，主要从事土壤地理方面研究。E-mail：qiubingwangsy@163.com2017土壤全国土壤地理与遥感会议收稿日期：年-月-日；收到修改稿日期：蒋卓东1孙仲秀1（1沈阳农业大学土地与环境学院，农业部东北地区土壤与环境重

2、点实验室，辽宁省农业资源与环境重点实验室，沈阳110866）摘　要　土壤铁锰结核是土壤形成过程的产物，记录着土壤发育过程和成土环境变化信息，也是土壤类型划分的重要依据，具有很高的研究价值。通常认为铁锰结核主要分布在地势较低、地下水位较浅的地区，但在我国东北地区位于高平地、地下水位较深，发育于第四纪黄土状物质的土壤中有铁锰结核的分布，对该地区土壤分类造成了很多问题。为了摸清我国北方温带地区第四纪黄土状物质发育的土壤中铁锰结核的分布规律及形成原因，通过实地调查，并收集整理第二次全国土壤普查资料，对中国北方10个省份的

3、345个处于高平地（地下水位深）、发育在第四纪黄土状物质的土壤剖面资料进行整理和统计分析。研究表明，有铁锰结核存在的土壤剖面分布具有明显规律，即主要分布在温带湿润地区（41.19°～49.01°N，120.82°～133.37°E），该区域年均降水量在370.6～917.7mm之间，年均气温在0.9～14.9℃之间，气候的共同特点是降水量大、蒸发量小、冬季土壤结冻持续时间长、春季土壤冻融交替持续时间久，且土壤“返浆现象”明显。研究进一步表明，位于高平地、发育在第四纪黄土状物质土壤中铁锰结核的形成与土壤冻融交替有关

4、。关键字　铁锰结核；冻融交替；第四纪黄土状物质；温带地区；空间分布中图分类号S159.2文献标识码A土壤铁锰结核是土壤中常见的一种新生体形态[1-2]，是土壤形成过程的产物[3]，在土壤环境的化学反应中扮演着十分关键的角色[4]，是划分土壤类型的重要依据[5]。铁锰结核对于pH、Eh和水分等周围环境变化的反映十分敏感，记录着区域土壤水分状况、土壤发育过程以及环境变化等多种重要信息[6-8]。因此，研究土壤铁锰结核具有很高的科学价值。铁锰结核是在土壤发育过程中土壤环境干湿交替的产物，铁锰氧化物在渍水条件下还原为Fe

5、2+和Mn2+，随着土壤溶液迁移，又在土壤变干时氧化淀积，长期的干湿交替下，形成铁锰结核并逐渐增大[9]。一般认为，铁锰结核的形成与地形、母质等因素关系密切，存在铁锰结核的土壤主要分布在地势低平、地下水位较浅的地区，土壤形成受地下水位的强烈影响，成土母质多为河流冲积物、湖积物、坡积物等，属于隐域土[10-12]；而位于地下水位较深的高平地，不会有铁锰结核的存在，通常将这些土壤称为地带性土壤。然而，在我国东北地区土壤调查过程中发现，在位于高平地、地下水位较深的第四纪黄土状母质发育土壤中通常能够看到铁锰结核的分布[1

6、3-14]，这与传统认识的土壤与景观关系相矛盾。目前，其形成机制尚不明确，有专家认为是现代成土条件下的产物，有专家认为是古土壤中存在的产物，这在该地区土壤分类过程中造成了很多的困扰[15-16]。在我国第二次土壤普查时使用的地理发生学分类体系，主要依据生物气候条件和地理环境等成土条件来划分土类，忽视了剖面的形态和发育，未能体现出铁锰结核对于分类的影响；而中国土壤系统分类以诊断层和诊断特性为基础，更加注重强调土壤本身性质，土壤中铁锰结核的存在符合诊断特性中的氧化还原特征，影响土类及亚类的划分[17]。对于土壤铁锰结

7、核的研究，目前主要集中于热带、亚热带地区铁锰结核的结构、元素组成和变化等方面[18-19]，缺少对于温带地区铁锰结核的形成及空间分布规律的研究。为科学划分土壤类型，对温带地区具有铁锰结核土壤的空间分布规律和形成环境开展研究就显得十分必要。为了摸清我国温带地区地带性土壤中铁锰结核空间分布规律，本文以我国北方10省（市、区）为研究区域，选择位于高平地、发育在第四纪黄土状物质的土壤为研究对象，以实地调查研究成果和收集整理全国第二次土壤普查资料为研究材料，探讨存在铁锰结核土壤的空间分布特征，为进一步研究该地区土壤铁锰结核

8、的形成机理奠定基础，同时也为该地区土壤科学分类提供理论依据。1材料与方法1.1研究区概况研究区位于我国北方温带湿润半湿润地区，地理位置为34°～53°N和97°～134°E之间，行政范围包括黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、北京、天津、河北、山西、山东、河南等10个省、自治区和直辖市（图1）。研究区经纬度跨度大，水热条件的空间分布差异非常显著，年平均气温为-4～16℃，年均降水