海南岛燥红土发生学特性的薄片观察

1、海南岛燥红土发生学特性的薄片观察熊德祥武心齐(南京农业大学资源与环境科学学院,南京210095摘要燥红土薄片的显微镜观察表明,由于长期受干热的生物气候条件影响,燥红土在发育过程中矿物风化淋溶程度较弱,各种分解形态的有机残体数量少,有机质含量缺乏。燥红土的主导形成过程是红化作用,由于遭受侵蚀,燥红土近代成土过程遭受砂化,表层呈现漂白砂型土壤微垒结。关键词燥红土;土壤微形态;土壤发育分类号S155125Microscopical observation on the genetic characteristicsof dry red soil of H ainan island in ChinaX

2、 iong Dexiang and Wu X inqi(C ollege of Natural Res ource and Environmental Sciences ,Nanjing Agric Univ ,Nanjing 210095ABSTRACT Microscopical observation of thin sections of a dry red s oil shows that the intensity of mineral weathering and eluviation were relatively weak.The quantities of organic

3、residues with various forms and organic matter were less due to the in fluence of dry tropical biocli 2mate on dry red s oils.Rubification was the dominant s oil forming process of dry red s oil.As the natural vegetation was destroyed and the s olis were eroded ,sandification occurred during m odern

4、 s oil forming process.The porphyroskelic fabric was changed into the bleached sand fabric in surface layer of dry red s oils.K ey w ords dry red s oil ;s oil microm orphology ;s oil development燥红土过去称为红棕壤、红褐土、热带稀树草原土1,2,在海南岛主要分布于西南部沿海昌江、东方、乐东及三亚等县(市。该地区因五指山的屏障,阻碍了东南季风的进入,加上西南干热风的影响,形成了特殊的干热气候条件。全年干湿

5、季节明显,春季多焚风,年降雨量7501000mm ,蒸发量则为降雨量的23倍,全年旱季长达7个月以上,是全国热量最高的地区。由于特殊的生物气候条件,使其燥红土在土壤发生学特性上与同纬度的热带砖红壤明显不同。本文用显微镜观察的方法研究燥红土的发生学特性,并通过基岩风化物土壤的薄片观察探讨燥红土的主要发生过程。1材料与方法试样采集于海南岛东方县板桥,于花岗岩和古老海相沉积物上发育的燥红土上分别按发生层采集原状土样。对于基岩风化物形成的土壤,同时搜集基岩、风化物及母质样品。用不饱和聚脂树脂丙酮混合液浸渍、固化原状土样,经切片、磨片,制备成厚度为0103mm 的薄片3,在偏光显微镜下观察土壤微形态学特

6、征。2结果与讨论211燥红土的主要发生学特性21111有机质积累的特点燥红土由于发育在热带干热的生物气候条件下,全年干湿季节明显,与同收稿日期:20000418南京农业大学学报2000,23(4:5962Journal o f Nanjing Agricultural Univer sity纬度的砖红壤相比有着特殊的有机质积累过程。在雨季,由于热量充沛,植物地上部分生长旺盛。至旱季,因气温高,蒸发量大,植物因缺水而凋亡。在持续高温干旱的情况下,植物残体分解缓慢,有利于粗有机质的积累。镜下观察,燥红土的表层含有一定数量的新鲜植株残体和植物组织已经变色,呈黄色、淡草黄色,其组织的细胞结构仍然很清楚

7、的弱度分解的植株残体(图1。两者由于纤维素的存在,在正交偏光镜下具有明显的双折射,呈现出一级灰白的干涉色。 已经腐殖化的植株残体主要出现在细粒物质中,并以铁质2腐殖质凝胶态,以桥接物的形式填充于土壤孔隙中。由于自然植被遭受破坏,土壤被侵蚀,两种母质类型发育的燥红土,表层土壤薄片都显示出明显的粗骨性,所含细粒物质数量少,呈现出明显的漂白砂型土壤微垒结(图1,2。由于薄片中所能观察到的各种分解形图1土壤有机残体和漂白砂型土壤微垒结Fig.1S oil organic residues and bleached sand fabric 照片的左方有弱度分解的有机残体和腐殖质化残体(单偏光,16The

8、re are weakly decomposed and humified organic residues in the left of Fig.(Plane polarized light ,16图2裂解的石英颗粒(单偏光,38Fig.2Crocked quartz grains (Plane polarized light ,38态的植株残体数量少,且多以弱度分解和新鲜植株残体形态存在,反映出燥红土在干热气候条件下,有机质积累过程较弱。21112矿物风化淋溶程度低由花岗岩发育的燥红土,其基岩薄片鉴定示明,岩石内主要矿物组成为长石、石英。除此之外,还含有少量的黑云母、角岩石。副矿物主要有磷

9、灰石、锆石、榍石、黄铁矿等。经过土壤地球化学风化和土壤化学风化4形成燥红土以后,残留在薄片中的原生矿物主要是石英,其次是少量的长石和呈针状、纤维状的黑云母风化的中间产物。岩石中原有的副矿物,因颗粒小、含量稀少,在粘土矿物、腐殖质和铁的侵染下,薄片中已难以鉴定。燥红土中的长石颗粒一般粒径较大(大于018mm ,由于高岭土化、绢云母化加上表面有铁的沉积,镜下大多呈微棕色、表面乌暗无光泽。长石属于易风化的矿物,由于深刻的风化作用,它们一般不存在于大部分潮湿热带的土壤中。燥红土残留有一定数量且颗粒比较大的长石是燥红土矿物风化淋溶程度较弱的一个重要微形态学证据。据K ubiena 研究,石英在热带土壤中

10、并不表现为稳定矿物,在潮湿的热带它反而略显可溶性,并转化为胶体态的氧化硅。由于遭受缓慢的溶解,常具有圆滑的表面,并保持其光泽,表面发亮。在老砖红壤层内(大部分为白垩纪的原生和次生石英能完全被溶解与冲洗掉5。海南岛地形较高的古老侵蚀面上,由花岗岩风化残积形成的砖红壤薄片观察的结果亦进一步证明了K ubiena 的上述观点。薄片观察结果示明,由于强度的风化淋溶作用,石英颗粒磨圆度好,表面光滑清亮,并以大小不同的粒径颗粒均匀地分布在呈凝胶态的土壤基质中。与砖红壤不同的是燥红土由于风化淋溶程度较弱,细粒物质含量少,在显微镜下观察,石英颗粒相对数量较多,粒径大(80%以上大于012mm ,表面粗糙,缺乏

11、光泽。在长期的干热气候条件作用下,表面近于垂直的裂隙数量较多(图2,曹升赓将上述现象称之为石英的热裂作用,其形成是由于内生张力的释放而引起的自裂作用68。大颗粒有棱角,部分呈磨圆形,小颗粒几乎全部呈棱角形。石英颗粒的上述微形态学特征是燥红土风化淋溶程度弱的又一个重要微形态学指标。06南京农业大学学报第23卷212土壤形成过程特点从基岩、半风化物、母质及土壤的薄片观察可以间接地推断出燥红土的形成过程有如下三个阶段。21211岩石矿物的原始风化过程观察基岩、半风化物的薄片,结果示明,岩石矿物风化初期,长石明显发生高岭土化、绢云母化、铁质化。黑云母经脱钾、去铁、水化已完全褪色,形成黑云母至蛭石之间的

12、中间产物水黑云母。后者由于钾、铁的脱出,单偏光下无色透明,旋转载物台无多色性、吸收性,正交偏光镜下呈23级鲜艳的干涉色,锥光下二轴晶干涉图清晰度降低。石英表面产生较多的不规则状或近于垂直的裂隙。随着岩石中碱金属、碱土金属的析出,环境变碱,暗色的钙、镁、铁矿物风化游离出的氧化铁、氢氧化铁,以溶胶或凝胶态聚积在长石表面、石英裂隙、黑云母解理缝及矿物边缘(图3 。图3黑云母风化产物(正交偏光,100Fig.3Weathering product of black mica(Cross polarized light ,100(有解理缝的为褪色的水化黑云母,黑色部分为铁的聚积物The minerals

13、 with cleavages are fadedbydrobiotite ,black area is iron accumulation 图4 母质层中氢氧化铁胶体在孔隙和矿物表面淀积(正交偏光,100Fig.4C olloids of iron hydroxides illuvated on s oil pore space and mineral surface in C H orizon(Cross polarized light ,10021212红化及红土化过程5据张桃林等研究,我国干热地区的土壤普遍具有pH 值高,盐基饱和度大,盐基组成以Ca 2+、Mg 2+为主,CEC 和E

14、CEC 值接近,铁化系数大,水合系数小的特征。海南岛西南部燥红土粘粒代换量仅13cm ol (+/kg ,粘土矿物以结晶良好的高岭石为主,SiO 2/Al 2O 3从表层到底层由214降至2121,K 2O 和Na 2O 的含量亦以底层最低。上述结果说明海南岛燥红土整个剖面具有一定程度的脱硅富铝化的特点,其主导的土壤形成过程是富铁铝化过程9,在干热的热带气候条件下,岩石矿物的原始风化产物在富铁铝化过程作用下将进一步发生红化和红土化。燥红土各发生层及母质层的薄片观察表明,随着岩石内矿物进一步风化,盐基离子淋溶,风化壳变酸。当酸化到一定程度时,铁、铝开始溶解而具有流动性,残留的氧化铁以氢氧化铁胶体

15、状态发生移动和淀积(图4,旱季老化结晶后以微小的针铁矿,部分以赤铁矿晶体均匀地分布在燥红土的基质中和骨髂颗粒表面。基质中的铁与腐殖质胶体、粘粒一起通过凝聚作用,逐步形成红色的微团聚体,致使土体颜色呈均匀的红棕色,呈现出粗基质状斑晶骨骼嵌埋状微垒结和聚积状微垒结(图5。21213砂化过程在前一过程的基础上, 由于燥图5斑晶骨骼嵌埋状微垒结(单偏光,38Fig.5P orphyroskelic fabric (Plane polarized light ,38红土旱季遭受强烈的太阳辐射和缺少遮阳植被,引起土壤干燥化,粘土矿物等土壤胶体胶结能力降低。在春季焚风和雨季地表迳流影响下,粘粒部分大量流失,

16、造成表层土壤砂化。表现在微形态上,表层土壤几乎由不同大小的石英颗粒所组成,细粒物质和有机胶体数量甚微,呈现出明显的漂白砂型土壤微垒结。16第4期熊德祥等:海南岛燥红土发生学特性的薄片观察3结论11由于长期受干热的生物气候影响,燥红土在形成发育过程中矿物风化淋溶程度较弱,薄片中残留有一定数量且颗粒比较大的长石,石英颗粒相对数量较多,粒径大,表面粗糙,缺乏光泽,垂直状裂隙广为发育。各种分解形态的有机残体数量少,有机质含量缺乏。21燥红土在岩石矿物原始风化的基础上,经过红化和红土化作用发育而成。经薄片观察,燥红土土壤基质中的铁、腐殖质和粘粒一起通过凝聚作用形成微团聚体,使土体呈现均一的红棕色和斑晶骨

17、骼嵌埋状微垒结。由于自然植被遭受破坏,土壤被侵蚀,燥红土近代成土过程遭受砂化,表层呈现粗基质状的漂白砂型土壤微垒结。参考文献1全国土壤普查办公室著1中国土壤1北京:中国农业出版社,1998.2722772何金海,石华,陆行正,等1海南岛调查报告1土壤专报第31号,1958.1663曹长赓,金光1土壤和非固结物质薄片的系统制备方法1土壤专报第43号,1989.83904黄瑞采,周传槐1土壤的发生分类与资源评价1南京:江苏科技出版社,1986.54615W 1L 库比纳著1李连捷译1土壤地理的微形态学特征1北京:中国科学出版社,1979.981086曹长赓1我国红壤的微形态学特征1土壤专报第40号,1986.1287Eswaran H.Cys C ,S ousa E C.Plasma in fusion a pedolo