矿区黏粒成分研究

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本文作者：苏小娟1李成芳1王慧1曹凑贵1张涪平2胡红青1作者单位：1华中农业大学2.西藏农牧学院

供试土壤的基本性质

从表2可以看出，两矿区土壤的酸碱强度不同，拉屋矿区土壤pH在4.92~6.21之间，呈酸性，随海拔升高，酸性减弱。扎西康矿区土壤的pH均大于8.00，呈碱性。拉屋矿有机质含量、CEC和黏粒含量最高的土壤均为LW13，依次为98.40gkg-1、18.88cmolkg-1和366gkg-1，其粉粒/黏粒值最低，为1.36；有机质含量最低的为LW2号，为16.29gkg-1，而CEC和黏粒含量并不是最低；CEC和黏粒含量最低的是LW16，分别为5.95cmolkg-1和133gkg-1。扎西康矿山有机质含量、CEC和黏粒含量也最高土壤的为ZX2，依次为19.49gkg-1、4.02cmolkg-1和209gkg-1，其粉粒/黏粒值最低，为2.27。综上可见，拉屋矿区的土壤有机质含量和CEC明显高于扎西康矿区的，有机质含量高的土壤CEC相对较高，有机质含量相近的土壤CEC也基本相同。可以看出，西藏土壤有机质含量是影响其CEC的重要因素[8]。

供试样品层状矿物组合的变化

西藏高原拉屋矿区和扎西康矿区土壤黏粒矿物组成的X-射线衍射鉴定结果见图1。从拉屋矿山LW2黏粒的衍射图谱来看，Mg饱和甘油定向片衍射图谱的第一个衍射峰为1.4nm层状硅酸盐矿物的一级衍射峰，可以推断其中可能包含绿泥石、蛭石、1.4nm过渡矿物和混层矿物等，K饱和定向片及其300℃、500℃高温处理后的，峰的强度变化；第二个衍射峰为水云母的一级衍射峰，K饱和及加温处理均无明显变化。第三个衍射峰为高岭石的一级衍射峰，也可能是1.4nm层状硅酸盐矿物的二级衍射峰，由于两者峰值接近（高岭石d001=0.715nm，1.4nm矿物的d002=0.710nm），衍射峰易于重合，很难区分。高岭石的晶体结构在K饱和定向片500℃高温处理后遭到破坏，结合高温处理可确定黏粒矿物中高岭石的存在及含量。在27°左右出现的较强的衍射峰为水云母的三级衍射峰，其他的衍射峰均为矿物的二级或三级衍射峰。LW2黏粒经K饱和处理后，1.4nm层状硅酸盐矿物的峰强度减弱，而1.0nm的峰强有所增加，说明1.4nm层状硅酸盐矿物中蛭石的层间阳离子被K+置换，层间距离减小为1.0nm左右，变成云母结构。K饱和定向片经过300℃和500℃高温处理后，仍有1.4nm层状硅酸盐矿物的衍射峰，依此推断黏土矿物中有绿泥石；水云母矿物的衍射峰明显增强，形成一个宽峰，表明1.4nm过渡矿物的存在。此外，K饱和定向片在500℃高温处理后，第三个衍射峰强度减弱，结合Mg片判断，表明有高岭石存在。综上可见，LW2黏粒矿物含蛭石、1.4nm过渡矿物、绿泥石、水云母和高岭石。同理可以推断出其他土样黏粒矿物的种类，拉屋矿LW16黏粒矿物中含有少量的混层矿物，拉屋矿山黏粒矿物主要有蛭石、1.4nm过渡矿物、绿泥石、水云母和高岭石；扎西康矿黏粒矿物以水云母矿物为主，1.4nm层状硅酸盐矿物含量很少。根据衍射图谱对黏土矿物进行半定量分析，结果见表3。结合图1和表3可以看出，两矿区的黏粒矿物组成不同。拉屋矿主要的黏粒矿物有水云母、高岭石、绿泥石、蛭石及1.4nm过渡矿物，此外，有少量的混层矿物。水云母含量在40%~52%之间，高岭石含量在24%~27%之间，各黏土矿物绿泥石含量的差别较大，LW2绿泥石含量最高为24%，LW9绿泥石含量最低为6%。LW16蛭石和1.4nm过渡矿物的含量很少，但含有13%的过渡矿物。扎西康矿黏粒矿物主要为水云母，占黏粒矿物含量的90%左右，高岭石、绿泥石、蛭石及1.4nm过渡矿物的含量很少，均不含混层矿物。两矿区土壤黏土矿物的组成反映了成土条件和成土过程以及风化强度的差异。拉屋矿区土壤中含有较多的2:1型层状硅酸盐黏粒矿物，表明土壤具有较高的化学活性和较高的保肥能力。云母是土壤钾素养分的主要来源，云母风化脱钾是土壤中层状硅酸盐黏土矿物发生和演化的主要途径[9]。扎西康矿区土壤黏粒主要矿物为水云母，说明该土壤的潜在钾素含量较高。

供试土壤黏粒氧化铁类型及性质

由表4可见，拉屋矿区土壤中全铁含量（Fet）在41.77~61.43gkg-1之间。LW2的全铁含量（Fet）、游离氧化铁（Fed）、晶形氧化铁（Fed-Feo）和晶胶比（(Fed-Feo)/Feo）均最高，依次为61.43gkg-1、37.56gkg-1、33.29gkg-1和7.78。拉屋矿区土壤，除非晶形氧化铁含量及游离度的变化不大外，土壤其他形态的铁的含量及游离度、晶胶比均呈现随海拔增高而增加的趋势。胡红青等对湖北幕阜山土壤的研究表明：随着海拔升高，黏粒复合体中非晶形铁铝氧化物含量增高[10],本试验的研究结果与此基本一致。扎西康矿区土壤中全铁含量在41.71~62.56gkg-1之间。ZX3的全铁含量（Fet），游离氧化铁（Fed）、晶形氧化铁（Fed-Feo）和晶胶比（(Fed-Feo)/Feo）均最高，依次为62.56gkg-1、40.29gkg-1、38.44gkg-1和20.73gkg-1。土壤中各种形态铁的含量及各指标的变化趋势与拉屋矿区的相同。由此可以看出，扎西康矿区土壤中全铁（Fet）、游离氧化铁（Fed）、晶形氧化铁（Fed-Feo）的含量和晶胶比（(Fed-Feo)/Feo）高于拉屋矿区土壤的。扎西康矿土壤的非晶形氧化铁(Feo)的含量均小于2.00gkg-1，明显低于拉屋矿土壤的非晶形氧化铁(Feo)含量，而游离氧化铁（Fed）的含量差异不大，扎西康矿的氧化铁活化度（Feo/Fed）低于拉屋矿区的。有资料表明：随海拔升高，土壤湿度增大，促进氧化铁的还原和溶解，以及气温降低，阻碍氧化铁的老化，使土壤黏粒中氧化铁的活化度增高[11]。两矿区土壤黏粒中氧化铁的活化度（Feo/Fed）随海拔高度没有明显变化，可以推断，在海拔、经纬度相近的两矿区土壤的非晶形氧化铁（Feo）的含量及氧化铁活度（Feo/Fed）的差异可能与成土母质有关。表4还可看出，扎西康矿区土壤的氧化铁晶胶比（(Fed-Feo)/Feo）在17.44~20.73，而拉屋矿区的晶胶比（(Fed-Feo)/Feo）在3.48~7.78之间。拉屋矿区的亚高山草甸土和扎西康矿区的高寒草甸土中游离氧化铁均以晶形氧化铁为主，非晶形氧化铁所占比例很少。

西藏拉屋矿和扎西康矿土壤酸碱性不同，拉屋矿土壤呈酸性，扎西康矿呈碱性。两矿区黏粒矿物组成基本一致，但含量不同。拉屋矿区土壤黏粒矿物主要有水云母和高岭石，大约分别占50%和30%，其他的为蛭石、绿泥石、1.4nm过渡矿物，还有少量的混层矿物；而扎西康矿土壤黏粒矿物以水云母为主，占约90%，高岭石、蛭石、绿泥石和1.4nm过渡矿物的含量很少。

拉屋矿和扎西康矿土壤的非晶形氧化铁含量及游离度大小随海拔的增加基本不变，晶形铁的含量及游离度、晶胶比均呈随海拔增高而增加的趋势。扎西康矿土壤的非晶形铁和氧化铁的活化度均明显低于拉屋矿的，而晶胶比高于拉屋矿的。总体看来，拉屋矿的亚高山草甸土和扎西康矿的高寒草甸土中游离氧化铁均以晶形氧化铁为主，非晶形氧化铁所占比例很少。