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全球气候变化造成高山冰川退缩,更多的成土母质开始出露并逐渐发育为土壤。受冻融、雨雪融水渗透和植被群落演替作用的影响,冰川退缩区经历了成土作用的早期过程。因此,研究高山和亚高山环境下土壤发育早期阶段的矿物风化和发育过程有助于揭示高山和亚高山环境对土壤矿物风化、土壤发育速率的影响,丰富土壤发育理论,阐明土壤早期发育机制。 贡嘎山东坡的海螺沟冰川退缩迹地上形成的较完整的120年左右土壤演化序列,是研究山地环境中土壤发育初期土壤理化性质变化、土壤矿物风化以及黏土矿物演化的理想场所。在海螺沟土壤序列上,根据成土母质出露时间,本研究设置6个样点,分别代表2010年、1980年、1970年、1958年、1930年、1890年出露的成土母质。根据土壤产状及颜色等特征将土层划分为O层(半分解的凋落物层)、A层(有机质富集层)和C层(母质层)。采集到的土壤进行理化性质分析(土壤容重测定、机械组成分析、土壤pH值测定、有机质测定、阳离子交换量和交换性盐基离子、土壤元素总量),使用X射线衍射(XRD)进行土壤矿物组成分析(矿质土壤和黏土),并结合当地的地质、气象和植被数据,分析土壤成土过程、土壤发育速率以及土壤矿物演化。主要的结果和结论如下: 1、海螺沟土壤序列上母质均质性较好。随成土母质出露时间增加,土壤理化性质发生变化:土壤容重和pH值逐渐降低,而土壤表层的有机质含量逐渐上升,显示出土壤逐渐发育的过程。海螺沟土壤O层的阳离子交换量从249.43mmol kg-1上升到531.42 mmol kg-1,而盐基饱和度从23.8%下降到10.1%,交换性K+上升。CEC的变化受到有土壤机质的影响。 2、海螺沟土壤主要包含有机质累积和盐基离子淋溶两个发生学特点。土壤中K、Ca、Na、Mg、 Fe、Al元素随土壤发育均呈迁移淋失状态。受地表植被快速演替的影响,海螺沟土壤具有较高的土壤发育速率,超过380 t km-2 a-1,最高达到700 t km-2 a-1,土壤发育速率随母质出露时间的增加而下降。 3、伴随着土壤元素的迁移流失过程的,是土壤中原生矿物的风化过程。海螺沟土壤中主要的矿物组成以硅酸盐矿物为主,包括石英(24.5%)、斜长石(28.5%)、钾长石、普通辉石、角闪石、黑云母、绿泥石和蛭石;并有少量的碳酸盐矿物方解石(<8%)和白云石(<2.3%)和磷酸盐矿物磷灰石(<2.1%)。土壤中长石、角闪石、黑云母矿物含量较高,呈新发育土壤特征。随土壤发育,土壤A层方解石在土壤发育到52年时便几乎消耗殆尽,受生物化学作用影响形成草酸钙石。土壤中的角闪石、黑云母、磷灰石随土壤发育时间增加而逐渐下降。地表植被不仅通过在生长过程中分泌有机酸降低土壤pH直接促使表层土壤矿物风化,还通过植被演替加速对矿物风化。 4、对土壤中黏土矿物的分析表明,海螺沟土壤序列中的黏土矿物主要是云母族矿物、蒙皂石、云母/蒙皂石混层矿物以及绿泥石、高岭石为主。土壤中的绿泥石和高岭石很可能直接继承于成土母质。土壤中云母族矿物以三八面体矿物为主,很有源自成土母质中的黑云母。随土壤发育,土壤A层中云母族矿物因风化而晶层破碎加剧,表现出逐渐从三八面体矿物向二八面体矿物(伊利石)过渡的趋势。土壤中的化学环境有利于云母族矿物向蒙皂石演化,在演化的过程中形成了过渡产物云母/蒙皂石混层矿物,混层矿物在演化中逐渐从无序混层结构变为有序混层结构。