劉智杰，董 雪，張志毅，黃 麗

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九宮山土壤剖面中黏土礦物的組成特征①

劉智杰，董 雪，張志毅，黃 麗*

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中下游耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070)

以湖北省九宮山的4種垂直地帶性土壤為對(duì)象，研究其剖面層次的黏土礦物組合和鐵、鋁氧化物的特征，揭示山地土壤中黏土礦物的變化特點(diǎn)。結(jié)果表明，隨海拔升高，土壤中黏土礦物類(lèi)型從以高嶺石為主，逐漸變?yōu)橐?4.0?礦物、伊利石及三水鋁石為主，有從1︰1型向2︰1型礦物過(guò)渡的趨勢(shì)；不同層次的土壤中黏土礦物類(lèi)型和相對(duì)含量變化明顯；土壤隨垂直高程的升高，其中游離態(tài)鐵、鋁減小，非晶形和絡(luò)合態(tài)鐵、鋁增加，各種形態(tài)鐵、鋁氧化物的總量也增加。

九宮山；地帶性土壤；剖面；黏土礦物；鐵、鋁氧化物

華中地區(qū)山地土壤種類(lèi)繁多，約占全區(qū)面積的80%，有巨大的生產(chǎn)潛力[1]。隨山地垂直地帶分異，不同土壤呈現(xiàn)出不同的剖面形態(tài)和理化性質(zhì)，對(duì)其黏土礦物的組成有較大的影響[2]。黏土礦物是由各類(lèi)母巖經(jīng)過(guò)風(fēng)化作用、蝕變作用或沉積作用而形成的產(chǎn)物[3]，密切聯(lián)系著土壤屬性和土壤肥力特征[4]。因此研究山地土壤的黏土礦物組成特點(diǎn)，有助于揭示山地土壤的演化和資源分布規(guī)律，對(duì)山地土壤資源保護(hù)和開(kāi)發(fā)利用具有重要意義。

山地土壤中黏土礦物類(lèi)型豐富，呈現(xiàn)明顯的垂直地帶性分布，隨海拔升高，環(huán)境溫度降低，土壤中1:1型黏土礦物含量減少，2︰1型黏土礦物含量增加[5]。關(guān)于華中地區(qū)大別山南坡土壤黏土礦物的研究表明，隨海拔升高，土壤黏土礦物從高嶺石、綠泥石轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿邘X石、三水鋁石為主，直至全以三水鋁石為主[6]。而對(duì)于阿爾卑斯山不同層次的土壤剖面，A層含有較多腐殖質(zhì)，能溶解綠泥石等礦物而形成較多高嶺石和混層礦物；B層黏土礦物相對(duì)百分含量變化不大；C層屬母質(zhì)層，風(fēng)化較弱，其較A層的高嶺石含量低[7-8]。華中地區(qū)幕阜山垂直帶土壤剖面的研究表明，幕阜山海拔800 m以下的紅壤、山地紅壤和黃紅壤，黏土礦物以高嶺石為主，海拔高于800 m的暗黃棕壤和山地灌叢草甸土，黏土礦物以2︰1型礦物為主[9]。

目前，有關(guān)山地土壤的研究較少且集中在其剖面特征、黏土礦物組成及垂直分布等方面[10-12]。九宮山地處幕阜山脈中段，植被與土壤類(lèi)型十分豐富，且垂直分布明顯。但由于山地土壤地形、母質(zhì)和植被等的特殊性和復(fù)雜性，關(guān)于土壤剖面中礦物的變化研究較少[9]。為此，我們以九宮山的幾種垂直地帶性土壤為材料，研究其不同土壤剖面層次的黏土礦物組合和鐵、鋁氧化物的特征。為探索華中地區(qū)山地土壤黏土礦物的分布規(guī)律，豐富土壤發(fā)生和演化理論等提供依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 取樣概況

九宮山位于鄂贛兩省交界處的幕阜山脈中段(114°59'E，29°23'N)，最高峰海拔1 656 m，年平均氣溫22℃，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候[13]。本文選取從九宮山山腳到山頂?shù)闹饕貛酝寥?基帶棕紅壤、山地黃紅壤、山地黃棕壤和山地草甸土)，根據(jù)實(shí)際情況采集系列剖面樣(主要為A層、B層和C層)，共11個(gè)發(fā)生層次，經(jīng)風(fēng)干、研磨、過(guò)篩后備用，基本理化性狀如表1。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤理化性質(zhì)的測(cè)定[14]：土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀–外加熱法測(cè)定；pH用電位法(水土比1、2.5，奧力龍868型pH計(jì))測(cè)定；土壤質(zhì)地用吸管法測(cè)定(采用國(guó)際制土壤質(zhì)地分類(lèi)系統(tǒng))；陽(yáng)離子交換量用NH4OAc浸提法測(cè)定；交換性鉀、鈉用NH4OAc浸提火焰光度法測(cè)定；交換性鈣、鎂用NH4OAc浸提原子吸收法測(cè)定(AAS；FAAS-240型)。

表1 供試土壤主要性狀

鐵、鋁氧化物的測(cè)定：游離態(tài)鐵、鋁采用DCB(檸檬酸鈉–重碳酸鈉–連二亞硫酸納)法提取，非晶形鐵、鋁用草酸銨緩沖液提取，絡(luò)合態(tài)鐵、鋁用焦磷酸鈉溶液(內(nèi)含10% Na2SO4，pH 10.0)提取，等離子發(fā)射光譜(ICP；VISTA-MPX型)測(cè)定鐵、鋁的含量。

黏粒的分離與提?。和翗佑眠^(guò)氧化氫去除有機(jī)質(zhì)，用少量0.5 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)土壤懸液至pH為7 ~ 8，并經(jīng)超聲波分散處理后，用沉降法分離< 2 μm黏粒。

黏土礦物鑒定：沉降法提取 <2 μm的黏粒，DCB脫鐵處理后，分別制成鎂–甘油飽和定向片和鉀飽和定向片后進(jìn)行X 射線衍射(XRD)(Bruker D8 Advance)分析。鉀飽和定向片，根據(jù)需要，依次加熱至300℃和550℃，恒溫2 h后再進(jìn)行衍射掃描。測(cè)試條件為：CuKα(銅靶)輻射，管壓40 kV，管流40 mA，步進(jìn)掃描，速度為10o/min，步長(zhǎng)0.01o，掃描2θ范圍為3o ~ 35o。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft office 2003和Origin9.0處理。黏土礦物半定量分析采用XRD圖譜中的峰面積進(jìn)行估算[15-16]：MgCl2-甘油飽和片衍射圖譜使用Jade軟件平滑和扣除背景值后，計(jì)算各礦物特征衍射峰的積分面積，并乘以其比例系數(shù)(蛭石/綠泥石×2，14.0 ?過(guò)渡礦物×2，12.0 ?過(guò)渡礦物×2，伊利石×3.5，高嶺石×2，三水鋁石×1)，再分別計(jì)算各特征峰的面積占總面積的百分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤的基本理化性質(zhì)

供試土壤發(fā)育于片麻巖和花崗巖，植被利用方式以灌木和草本為主，垂直分布明顯(表1)。pH(表2) 變化范圍為4.42 ~ 5.27，均呈酸性。整體看來(lái)，隨海拔升高，土壤酸化程度增加。不同層次土壤中，A層、B層和C層土壤有機(jī)質(zhì)含量變化范圍分別為19.64 ~ 90.03、6.24 ~ 30.21和3.23 ~ 16.91 g/kg，有A層> B層>C層的規(guī)律?？梢?jiàn)，隨土壤深度增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量降低。對(duì)于海拔高度不同的土壤，基帶棕紅壤的有機(jī)質(zhì)含量最低，為3.23 g/kg；草甸土的有機(jī)質(zhì)含量最高，為90.03 g/kg?？梢?jiàn)，隨海拔升高，土壤有機(jī)質(zhì)含量逐漸增加，這可能主要與海拔升高時(shí)植被類(lèi)型的變化及氣溫降低，微生物活動(dòng)減弱有關(guān)[9]。

表2 供試土壤基本理化性質(zhì)

從山腳到山頂，棕紅壤、黃紅壤、黃棕壤和草甸土的陽(yáng)離子交換量逐漸減小，其變幅分別為8.27 ~ 19.93、11.78 ~ 15.81、5.57 ~ 28.68和8.57 ~ 22.64 cmol(+)/kg?？赡芤?yàn)殡S海拔升高，降雨量增加，淋溶作用變強(qiáng)，導(dǎo)致土壤的陽(yáng)離子含量降低[17]。同一剖面不同層次的土壤，陽(yáng)離子交換量有A層> B層>C層的規(guī)律，其中表層的較高，這與表層土壤豐富的有機(jī)質(zhì)有關(guān)。土壤交換性鉀和鈉的含量隨海拔高度的變化不明顯，變化范圍僅為0.08 ~ 0.22 cmol(+)/kg，而土壤交換性鈣和鎂的含量隨海拔升高逐漸減小。不同層次土壤中，交換性鉀的含量為A層>B層>C層；交換性鈉的含量隨層次變化不明顯；交換性鈣的含量A層普遍大于B、C層；交換性鎂含量為A層>B層>C層(除位于基帶的棕紅壤外)。不同類(lèi)型的土壤中，隨海拔升高，土壤中黏粒含量逐漸減少，質(zhì)地由重黏土和粉黏壤過(guò)渡到粉壤，這與溫繡娟等[18]的研究結(jié)果一致。

2.2 黏土礦物組合的變化

2.2.1 黏土礦物組成 同一類(lèi)型土壤不同層次的XRD圖譜比較相似，所以選取具有代表性的B層土壤樣品(<2 μm)的XRD圖譜進(jìn)行分析。棕紅壤B層樣品的鎂–甘油飽和圖譜(圖1)中出現(xiàn)14.2、10.0、7.2、4.99、4.26、3.57和3.36?的衍射峰。而K-25℃圖譜中14.2?的衍射峰消失，10.0?峰增強(qiáng)，表明棕紅壤中含有蛭石；所有處理的XRD圖譜中皆存在10.0、4.99和3.36?的衍射峰，其鉀飽和片經(jīng)加溫處理后穩(wěn)定性極好，表明伊利石的存在；K-550℃圖譜中7.2和3.57?的衍射峰消失，表明黏土礦物中有高嶺石。高嶺石7.2?衍射峰極度不對(duì)稱(chēng)，存在向低角度區(qū)域拖尾的現(xiàn)象，說(shuō)明棕紅壤黏粒中存在高嶺石–2:1型黏土礦物的間層礦物(KIMs)，可能是高嶺石-蛭石或高嶺石-伊利石間層礦物，表明黏粒中高嶺石結(jié)晶度較差[19-20]。各衍射圖譜在4.26?處均出現(xiàn)了微弱的衍射峰，且較穩(wěn)定，說(shuō)明棕紅壤中存在少量石英。棕紅壤的黏土礦物類(lèi)型較簡(jiǎn)單，主要為高嶺石和伊利石及少量蛭石。

山地黃紅壤的鎂–甘油飽和圖譜(圖2)中出現(xiàn)14.2、12.0、10.0、7.2?的衍射峰。K-25℃圖譜中，14.2?的峰有所減弱但并未消失，表明含蛭石；當(dāng)鉀飽和片加溫到300℃后，12.0?的峰消失，說(shuō)明山地黃紅壤中所含的混層礦物類(lèi)型為蛭石–伊利石；K-300℃圖譜中，14.2?峰進(jìn)一步減弱，并且10.0?峰變寬，表明含有14.0?過(guò)渡礦物；K-550℃圖譜中，14.2?峰全部收縮成12.0?峰，說(shuō)明黏土礦物中不存在綠泥石；其中10.0、7.2和2.83?衍射峰的出現(xiàn)顯示伊利石和高嶺石的存在。在鎂–甘油飽和圖譜出現(xiàn)4.82?峰，而K-300℃圖譜中4.82?峰消失，表明黏土礦物中有三水鋁石。與基帶棕紅壤相比，山地黃紅壤的礦物更加豐富，除了高嶺石、伊利石、蛭石和14.0?過(guò)渡礦物，還存在12.0?混層礦物及少量三水鋁石。

山地黃棕壤的鎂–甘油飽和片圖譜(圖3)顯示14.2、10.0、7.2、4.82?的衍射峰。K-25℃圖譜中，14.2?的衍射峰沒(méi)有收縮，但K-300℃圖譜中，14.2?的衍射峰向10.0?峰收縮移動(dòng)，形成了一個(gè)12.0?的過(guò)渡峰，而K-550℃圖譜中，14.2?峰不消失，12.0?峰消失，表明山地黃棕壤中的14.2?礦物含有綠泥石和14.0?過(guò)渡礦物。10.0、7.2和4.82?衍射峰的存在顯示黏土礦物中含有伊利石、高嶺石和三水鋁石?？梢?jiàn)，山地黃棕壤主要存在14.0?礦物，其次為高嶺石、三水鋁石和伊利石。與山地黃紅壤相比，黃棕壤中沒(méi)有出現(xiàn)12.0?混層礦物。

山地草甸土的鎂–甘油飽和圖譜中出現(xiàn)14.2、12.0和4.82?的衍射峰，K-25℃圖譜中，14.2?衍射峰不消失，但衍射峰強(qiáng)度有所減弱，說(shuō)明草甸土中含有蛭石。K-300℃圖譜中，14.2?的衍射峰向10.0?偏移，形成了一個(gè)寬峰，加溫到550℃后，14.2?峰有所減弱，但不消失，說(shuō)明草甸土中的14.2?礦物同時(shí)含有綠泥石、蛭石和14.0?過(guò)渡礦物[21]。但當(dāng)鉀飽和片加溫到300℃后，12.0?衍射峰消失，說(shuō)明山地草甸土中含有12.0?混層礦物，可能含有蛭石–伊利石和綠泥石–伊利石兩種混層礦物。10.0、7.2和4.82?衍射峰加溫后的變化說(shuō)明黏土礦物中還含有伊利石、高嶺石和三水鋁石。這表明山地草甸土黏土礦物種類(lèi)更為復(fù)雜，同時(shí)含有綠泥石、蛭石和14.0?過(guò)渡礦物、12.0?混層礦物、伊利石、高嶺石和三水鋁石。

2.2.2 黏土礦物的相對(duì)含量 棕紅壤的黏土礦物類(lèi)型較單一，主要為高嶺石和伊利石(表3)。從A層到C層，土壤中14.0?礦物(蛭石)的含量減少，高嶺石的含量增加，而伊利石的含量有B層＞A層＞C層的趨勢(shì)。其中ZH-A含有少量的三水鋁石，僅為2%；并且ZH-A和ZH-B還含有少量的蛭石，分別為7% 和6%；ZH-C的礦物類(lèi)型最簡(jiǎn)單，僅含高嶺石和伊利石，但高嶺石含量高達(dá)94%。

表3 土壤中黏土礦物類(lèi)型及相對(duì)含量(%)

山地黃紅壤的黏土礦物類(lèi)型隨層次的變化不大，其黏土礦物主要有高嶺石、伊利石、14.0?礦物(蛭石和14.0?過(guò)渡礦物)和少量三水鋁石。相比棕紅壤，在HH-A層還出現(xiàn)少量12.0?混層礦物，含量約為5%。

山地黃棕壤黏土礦物種類(lèi)隨土壤剖面層次的變化較大，其中HZ-A和HZ-B的主要黏土礦物為14.0?礦物(14.0?過(guò)渡礦物和綠泥石)，其含量均高于65%，其次為高嶺石、三水鋁石和伊利石。而HZ-C的主要黏土礦物為三水鋁石和14.0?礦物，其中三水鋁石含量百分比高達(dá)52%。

山地草甸土黏土礦物主要以14.0?礦物(蛭石、14.0?過(guò)渡礦物和綠泥石)和伊利石為主，其含量百分比在25% ~ 40% 之間，且在CD-A層中伊利石含量超過(guò)40%。其次是高嶺石，其含量隨土壤層次變化不明顯，變化范圍僅為20% ~ 23%。不同剖面層次土壤的三水鋁石含量差別較大，CD-B和CD-C分別為12% 和18%，而CD-A的三水鋁石含量較CD-B和CD-C少，僅為3%。整體來(lái)看，山地草甸土礦物類(lèi)型隨剖面層次的變化不大，但B層礦物類(lèi)型較A層和C層復(fù)雜，還含有7% 的12.0?混層礦物。山地草甸土的黏土礦物隨剖面層次的變化與山地黃棕壤的一致。

不同剖面間比較發(fā)現(xiàn)，九宮山土壤不同層次中，黏土礦物類(lèi)型和相對(duì)含量發(fā)生明顯變化。對(duì)于基帶棕紅壤的不同層次，在剖面A、B層中含有少量的14.0?礦物和三水鋁石，在母質(zhì)層中伊利石含量減少，高嶺石含量增加，這是因?yàn)樵摰刈丶t壤發(fā)育于花崗巖，花崗巖中含有大量難以風(fēng)化的石英，且該地土層深厚，母質(zhì)抗風(fēng)化能力強(qiáng)，所以土壤表層中高嶺石含量較低。而山地黃紅壤不同層次間黏土礦物含量相似，沒(méi)有明顯變化。相比基帶棕紅壤，山地黃棕壤和山地草甸土，在剖面A、B層中14.0?礦物和三水鋁石含量有所提高，而高嶺石含量有所降低，母質(zhì)層中三水鋁石含量明顯增加。同一山體不同土壤剖面黏土礦物變化規(guī)律的差異性，主要是受海拔高度、氣候(包括生物氣候條件)、母巖、植被等因素的影響[6]。

九宮山土壤中三水鋁石含量隨層次的變化與高嶺石的規(guī)律相反，且三水鋁石含量隨海拔升高而增加，這與2:1型礦物的含量變化有相同趨勢(shì)，推斷九宮山土壤中三水鋁石的形成除經(jīng)過(guò)高嶺石階段，還可以通過(guò)斜長(zhǎng)石的直接風(fēng)化，其數(shù)量的多少由花崗巖和片麻巖中斜長(zhǎng)石含量的多少?zèng)Q定[9]。隨山體海拔增加，土壤中14.0?礦物含量增加，關(guān)于14.0?礦物組成的變化，低海拔土壤中蛭石相對(duì)較多，14.0?過(guò)渡礦物較少，高海拔土壤中14.0?過(guò)渡礦物增加，蛭石減少，且有少量綠泥石出現(xiàn)。

2.2.3 剖面中黏土礦物隨海拔的變化 土壤黏土礦物隨山體海拔高度的變化，呈有規(guī)律分布。隨海拔升高，不同的A層土壤中14.2和4.82?的衍射峰逐漸增強(qiáng)(圖5A)，而高嶺石的7.2和3.57?衍射峰逐漸減弱，說(shuō)明14.0?礦物和三水鋁石在黏土礦物中所占比重逐漸增加，高嶺石所占比重逐漸減小。即隨海拔升高，A層土壤中的黏土礦物從以高嶺石為主逐漸變?yōu)橐?4.0?礦物和三水鋁石為主，表明A層土壤層間2︰1 型礦物的淋溶脫鉀和羥基鋁化作用隨海拔升高逐漸增強(qiáng)。這與已有研究結(jié)果類(lèi)似[5]。除山地黃棕壤A層土壤以外，其他3種土壤伊利石的衍射峰(10.0、4.99和3.36?)隨海拔升高而增強(qiáng)，表明隨海拔升高，1︰1 型礦物含量減少，2︰1 型礦物含量增多，這與黏粒陽(yáng)離子交換量的變化相吻合。而黃棕壤的結(jié)果不同，可能與當(dāng)?shù)氐臍夂蚝蜕飾l件以及成土過(guò)程有關(guān)，成土過(guò)程中礦物組成的變化受植被原生演替和土壤pH的影響較大[22]。不同海拔高度B層土壤黏土礦物(圖5B)的變化與A層一致。而3種土壤C層的黏土礦物隨海拔高度變化最為明顯，不僅14.0?礦物和伊利石含量增加，高嶺石含量減少，而且三水鋁石含量明顯增多，尤其是山地黃棕壤C層的三水鋁石含量最多，可能是該地表層土壤經(jīng)淋溶作用羥基鋁淀積在C層，進(jìn)而形成三水鋁石。在不同海拔高度土壤的XRD衍射圖譜中，高嶺石衍射峰的形狀隨海拔升高，由極度不對(duì)稱(chēng)逐漸過(guò)渡到對(duì)稱(chēng)，且由矮寬逐漸變得高窄，說(shuō)明海拔越高，高嶺石的結(jié)晶度越高[23]。

從黏土礦物組合來(lái)看，隨山體海拔升高，環(huán)境溫度的降低，有從1︰1型向2︰1型過(guò)渡的趨勢(shì)，這與水平帶土壤隨緯度北移相同。主要表現(xiàn)為高嶺石含量減少，伊利石和14.0?礦物含量增加，同時(shí)部分土壤出現(xiàn)12.0?混層礦物。表明土壤發(fā)育程度隨海拔的升高而減弱，這與土壤基本理化性質(zhì)和黏?；瘜W(xué)組成的變化相符。并且隨著海拔高度的增加，黏土礦物從以高嶺石、伊利石為主變?yōu)橐?4.0?礦物和三水鋁石為主，可能是因?yàn)楹０斡撸苋茏饔迷鰪?qiáng)，脫硅富鋁化作用愈強(qiáng)烈的緣故[6]。

2.3 鐵、鋁氧化物的特征

供試土壤黏粒的游離鐵含量(Fed)為10.67 ~ 52.42 g/kg，非晶質(zhì)鐵(Feo)和絡(luò)合態(tài)鐵(Fep)的含量分別為0.99 ~ 8.70 g/kg和0.02 ~ 3.53 g/kg(圖6)。在土壤垂直帶譜中，發(fā)育于不同海拔下的土壤剖面之間鐵氧化物含量存在明顯差異。海拔低處的棕紅壤黏粒中游離鐵含量最高(27.45 ~ 52.42 g/kg)，海拔高處的山地黃棕壤和草甸土黏粒中游離鐵含量最低(10.67 ~ 23.13 g/kg)；而非晶質(zhì)鐵和絡(luò)合態(tài)鐵，以棕紅壤黏粒中的含量最低(分別為0.99 ~ 4.83 g/kg和0.02 ~ 0.16 g/kg)，山地草甸土黏粒中的含量最高(分別為2.94 ~ 8.70 g/kg和0.84 ~ 3.53 g/kg)。這說(shuō)明，隨海拔升高，游離鐵含量略微減少，非晶形和絡(luò)合態(tài)鐵含量逐漸增加，這與劉凡等[5]的研究結(jié)果一致。這可能是因?yàn)樯降卮怪钡貛酝寥乐?，隨著海拔的升高，氣溫降低，降雨量和濕度及土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯增高，促進(jìn)其鐵氧化物溶解、螯合而導(dǎo)致海拔高處土壤中有較高含量的無(wú)定形鐵。

不同形態(tài)的鐵氧化物在不同土壤層次中占的比例不同，百分含量最大的是游離態(tài)鐵，其次是非晶形鐵，而絡(luò)合態(tài)鐵的相對(duì)含量最少。除ZH-B以外，其他土壤中3種形態(tài)鐵氧化物的總量大體隨海拔升高而增加，這與土壤隨緯度北移相同[24]。ZH-B土壤中各種形態(tài)鐵氧化物的總量較大，可能因?yàn)橥黄拭娌煌瑢哟蔚耐寥?，A層土壤的游離鐵易被淋溶而淀積在B層，導(dǎo)致B層游離鐵含量增加。

黏粒中游離鋁(Ald)的含量為0.16 ~ 0.62 g/kg，非晶形鋁(Alo)的含量為0.1 ~ 0.59 g/kg，絡(luò)合態(tài)鋁(Alp)的含量為0.02 ~ 0.28 g/kg(圖7)。從相同剖面上看，隨著剖面深度的增加，各種形態(tài)鋁氧化物的含量呈降低的趨勢(shì)(棕紅壤除外)。這是因?yàn)椴煌瑢哟蔚耐寥榔拭嬷?，表?A層)的鐵、鋁更易淋溶淀積在B層，造成B層的游離鐵、鋁含量增高。C層屬母質(zhì)層，其風(fēng)化較弱，游離鐵、鋁的含量較A層的低。

土壤中各形態(tài)鋁氧化物的總量隨海拔升高而增大，這與鐵氧化物的規(guī)律一致。整體來(lái)看，隨海拔的升高，土壤pH降低，土壤中的Al3+含量和羥基鋁(游離鋁、非晶質(zhì)鋁和絡(luò)合態(tài)鋁)都有逐漸升高的趨勢(shì)，表現(xiàn)出明顯的富鋁化特征，這與三水鋁石隨海拔高度的升高而含量增加的結(jié)果一致。且Al3+和羥基鋁進(jìn)入2︰1 型膨脹性礦物(主要是蛭石)的層間，從而形成14.0?過(guò)渡礦物[25]。但隨海拔的升高，游離態(tài)鋁占鋁氧化物總量的百分比減小，絡(luò)合態(tài)和非晶形鋁所占百分比增加，說(shuō)明海拔低處的鋁氧化物以游離態(tài)為主，海拔高處的以絡(luò)合態(tài)和非晶形鋁為主。

3 結(jié)論

九宮山垂直地帶性土壤中黏土礦物組合垂直變化明顯，隨山體海拔升高，高嶺石含量逐漸減少，14.0?礦物、伊利石及三水鋁石的含量逐漸增加，部分土壤出現(xiàn)12.0?礦物混層，且其各種形態(tài)鐵、鋁氧化物的含量大體隨海拔高度的升高而增大。山地土壤黏土礦物的垂直變化與剖面中不同層次的土壤風(fēng)化程度有密切的關(guān)系。隨海拔升高，土壤質(zhì)地變輕，2︰1型黏土礦物增加，黏粒的游離態(tài)鐵、鋁的含量減小，非晶形和絡(luò)合態(tài)鐵、鋁的含量增加，都反映了九宮山垂直帶譜中土壤的風(fēng)化程度從低海拔到高海拔逐漸降低。

九宮山土壤不同層次中，黏土礦物類(lèi)型和相對(duì)含量發(fā)生變化。基帶棕紅壤剖面A層和B層具有較多14.0?礦物和伊利石，而C層具有大量高嶺石；山地黃紅壤的黏土礦物類(lèi)型和含量隨層次的變化不大；和基帶棕紅壤相比，山地黃棕壤和山地草甸土剖面A、B層中14.0?礦物和三水鋁石含量明顯提高，高嶺石含量明顯降低，而C層中三水鋁石含量增加最為明顯。垂直土壤的不同層次中，A層和B層的鐵、鋁氧化物含量均較C層的高。

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Characteristics of Clay Minerals in Soil Profilesof Jiugong Mountain

LIU Zhijie, DONG Xue, ZHANG Zhiyi, HUANG Li*

(Key Laboratory of Arable Land Conservation (Middle and Lower Reaches of Yangtze River), Ministry of Agriculture, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

The composition characteristics of clay minerals and iron-aluminum oxides at different horizons of soil profiles in the vertical zonal soils of the Jiugong Mountain in Hubei Province were studied to reveal the changes of clay minerals in mountain soils. The results indicated that the content of kaolinite was abundant in soil at lower altitude, whereas the majority was 14.0? minerals, illite and gibbsite at higher altitude. With the increase of altitude, there was a transition trend of clay minerals from 1:1 to 2:1 types. The changes of types and relative contents of clay minerals in soils were obvious at differe-nt horizons in soil profiles. With the increase of altitude, the contents of free iron-aluminum oxides decreased but those of amorphous and complex iron-aluminum oxides increased in clays, and the total amounts of iron-aluminum oxides in different forms were also increased.

Jiugong Mountain; Zonal soil; Soil profile; Clay minerals; Iron-aluminum oxides

10.13758/j.cnki.tr.2017.04.023

S151+.1；S151+.3

A

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41271252)和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)基金(2013PY002)資助。

(daisyh@mail.hzau.edu.cn)

劉智杰(1992—)，男，山西臨汾人，碩士研究生，主要從事土壤化學(xué)方面的研究。E-mail: 18935442641@163.com