礦區(qū)黏粒成分研究

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本文作者：蘇小娟1李成芳1王慧1曹湊貴1張涪平2胡紅青1作者單位：1華中農(nóng)業(yè)大學(xué)2.西藏農(nóng)牧學(xué)院

供試土壤的基本性質(zhì)

從表2可以看出，兩礦區(qū)土壤的酸堿強度不同，拉屋礦區(qū)土壤pH在4.92~6.21之間，呈酸性，隨海拔升高，酸性減弱。扎西康礦區(qū)土壤的pH均大于8.00，呈堿性。拉屋礦有機質(zhì)含量、CEC和黏粒含量最高的土壤均為LW13，依次為98.40gkg-1、18.88cmolkg-1和366gkg-1，其粉粒/黏粒值最低，為1.36；有機質(zhì)含量最低的為LW2號，為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，分別為5.95cmolkg-1和133gkg-1。扎西康礦山有機質(zhì)含量、CEC和黏粒含量也最高土壤的為ZX2，依次為19.49gkg-1、4.02cmolkg-1和209gkg-1，其粉粒/黏粒值最低，為2.27。綜上可見，拉屋礦區(qū)的土壤有機質(zhì)含量和CEC明顯高于扎西康礦區(qū)的，有機質(zhì)含量高的土壤CEC相對較高，有機質(zhì)含量相近的土壤CEC也基本相同。可以看出，西藏土壤有機質(zhì)含量是影響其CEC的重要因素[8]。

供試樣品層狀礦物組合的變化

西藏高原拉屋礦區(qū)和扎西康礦區(qū)土壤黏粒礦物組成的X-射線衍射鑒定結(jié)果見圖1。從拉屋礦山LW2黏粒的衍射圖譜來看，Mg飽和甘油定向片衍射圖譜的第一個衍射峰為1.4nm層狀硅酸鹽礦物的一級衍射峰，可以推斷其中可能包含綠泥石、蛭石、1.4nm過渡礦物和混層礦物等，K飽和定向片及其300℃、500℃高溫處理后的，峰的強度變化；第二個衍射峰為水云母的一級衍射峰，K飽和及加溫處理均無明顯變化。第三個衍射峰為高嶺石的一級衍射峰，也可能是1.4nm層狀硅酸鹽礦物的二級衍射峰，由于兩者峰值接近（高嶺石d001=0.715nm，1.4nm礦物的d002=0.710nm），衍射峰易于重合，很難區(qū)分。高嶺石的晶體結(jié)構(gòu)在K飽和定向片500℃高溫處理后遭到破壞，結(jié)合高溫處理可確定黏粒礦物中高嶺石的存在及含量。在27°左右出現(xiàn)的較強的衍射峰為水云母的三級衍射峰，其他的衍射峰均為礦物的二級或三級衍射峰。LW2黏粒經(jīng)K飽和處理后，1.4nm層狀硅酸鹽礦物的峰強度減弱，而1.0nm的峰強有所增加，說明1.4nm層狀硅酸鹽礦物中蛭石的層間陽離子被K+置換，層間距離減小為1.0nm左右，變成云母結(jié)構(gòu)。K飽和定向片經(jīng)過300℃和500℃高溫處理后，仍有1.4nm層狀硅酸鹽礦物的衍射峰，依此推斷黏土礦物中有綠泥石；水云母礦物的衍射峰明顯增強，形成一個寬峰，表明1.4nm過渡礦物的存在。此外，K飽和定向片在500℃高溫處理后，第三個衍射峰強度減弱，結(jié)合Mg片判斷，表明有高嶺石存在。綜上可見，LW2黏粒礦物含蛭石、1.4nm過渡礦物、綠泥石、水云母和高嶺石。同理可以推斷出其他土樣黏粒礦物的種類，拉屋礦LW16黏粒礦物中含有少量的混層礦物，拉屋礦山黏粒礦物主要有蛭石、1.4nm過渡礦物、綠泥石、水云母和高嶺石；扎西康礦黏粒礦物以水云母礦物為主，1.4nm層狀硅酸鹽礦物含量很少。根據(jù)衍射圖譜對黏土礦物進行半定量分析，結(jié)果見表3。結(jié)合圖1和表3可以看出，兩礦區(qū)的黏粒礦物組成不同。拉屋礦主要的黏粒礦物有水云母、高嶺石、綠泥石、蛭石及1.4nm過渡礦物，此外，有少量的混層礦物。水云母含量在40%~52%之間，高嶺石含量在24%~27%之間，各黏土礦物綠泥石含量的差別較大，LW2綠泥石含量最高為24%，LW9綠泥石含量最低為6%。LW16蛭石和1.4nm過渡礦物的含量很少，但含有13%的過渡礦物。扎西康礦黏粒礦物主要為水云母，占黏粒礦物含量的90%左右，高嶺石、綠泥石、蛭石及1.4nm過渡礦物的含量很少，均不含混層礦物。兩礦區(qū)土壤黏土礦物的組成反映了成土條件和成土過程以及風(fēng)化強度的差異。拉屋礦區(qū)土壤中含有較多的2:1型層狀硅酸鹽黏粒礦物，表明土壤具有較高的化學(xué)活性和較高的保肥能力。云母是土壤鉀素養(yǎng)分的主要來源，云母風(fēng)化脫鉀是土壤中層狀硅酸鹽黏土礦物發(fā)生和演化的主要途徑[9]。扎西康礦區(qū)土壤黏粒主要礦物為水云母，說明該土壤的潛在鉀素含量較高。

供試土壤黏粒氧化鐵類型及性質(zhì)

由表4可見，拉屋礦區(qū)土壤中全鐵含量（Fet）在41.77~61.43gkg-1之間。LW2的全鐵含量（Fet）、游離氧化鐵（Fed）、晶形氧化鐵（Fed-Feo）和晶膠比（(Fed-Feo)/Feo）均最高，依次為61.43gkg-1、37.56gkg-1、33.29gkg-1和7.78。拉屋礦區(qū)土壤，除非晶形氧化鐵含量及游離度的變化不大外，土壤其他形態(tài)的鐵的含量及游離度、晶膠比均呈現(xiàn)隨海拔增高而增加的趨勢。胡紅青等對湖北幕阜山土壤的研究表明：隨著海拔升高，黏粒復(fù)合體中非晶形鐵鋁氧化物含量增高[10],本試驗的研究結(jié)果與此基本一致。扎西康礦區(qū)土壤中全鐵含量在41.71~62.56gkg-1之間。ZX3的全鐵含量（Fet），游離氧化鐵（Fed）、晶形氧化鐵（Fed-Feo）和晶膠比（(Fed-Feo)/Feo）均最高，依次為62.56gkg-1、40.29gkg-1、38.44gkg-1和20.73gkg-1。土壤中各種形態(tài)鐵的含量及各指標(biāo)的變化趨勢與拉屋礦區(qū)的相同。由此可以看出，扎西康礦區(qū)土壤中全鐵（Fet）、游離氧化鐵（Fed）、晶形氧化鐵（Fed-Feo）的含量和晶膠比（(Fed-Feo)/Feo）高于拉屋礦區(qū)土壤的。扎西康礦土壤的非晶形氧化鐵(Feo)的含量均小于2.00gkg-1，明顯低于拉屋礦土壤的非晶形氧化鐵(Feo)含量，而游離氧化鐵（Fed）的含量差異不大，扎西康礦的氧化鐵活化度（Feo/Fed）低于拉屋礦區(qū)的。有資料表明：隨海拔升高，土壤濕度增大，促進氧化鐵的還原和溶解，以及氣溫降低，阻礙氧化鐵的老化，使土壤黏粒中氧化鐵的活化度增高[11]。兩礦區(qū)土壤黏粒中氧化鐵的活化度（Feo/Fed）隨海拔高度沒有明顯變化，可以推斷，在海拔、經(jīng)緯度相近的兩礦區(qū)土壤的非晶形氧化鐵（Feo）的含量及氧化鐵活度（Feo/Fed）的差異可能與成土母質(zhì)有關(guān)。表4還可看出，扎西康礦區(qū)土壤的氧化鐵晶膠比（(Fed-Feo)/Feo）在17.44~20.73，而拉屋礦區(qū)的晶膠比（(Fed-Feo)/Feo）在3.48~7.78之間。拉屋礦區(qū)的亞高山草甸土和扎西康礦區(qū)的高寒草甸土中游離氧化鐵均以晶形氧化鐵為主，非晶形氧化鐵所占比例很少。

西藏拉屋礦和扎西康礦土壤酸堿性不同，拉屋礦土壤呈酸性，扎西康礦呈堿性。兩礦區(qū)黏粒礦物組成基本一致，但含量不同。拉屋礦區(qū)土壤黏粒礦物主要有水云母和高嶺石，大約分別占50%和30%，其他的為蛭石、綠泥石、1.4nm過渡礦物，還有少量的混層礦物；而扎西康礦土壤黏粒礦物以水云母為主，占約90%，高嶺石、蛭石、綠泥石和1.4nm過渡礦物的含量很少。

拉屋礦和扎西康礦土壤的非晶形氧化鐵含量及游離度大小隨海拔的增加基本不變，晶形鐵的含量及游離度、晶膠比均呈隨海拔增高而增加的趨勢。扎西康礦土壤的非晶形鐵和氧化鐵的活化度均明顯低于拉屋礦的，而晶膠比高于拉屋礦的。總體看來，拉屋礦的亞高山草甸土和扎西康礦的高寒草甸土中游離氧化鐵均以晶形氧化鐵為主，非晶形氧化鐵所占比例很少。