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水耕人为土时间序列铁氧化物与磁化率演变特征黄来明1, 2, 3 邵明安1, 3? 陈留美4 韩光中5 张甘霖2, 3?（1 生态系统网络观测与模拟院重点实验室，中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101）（2 土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所），南京 210008）(3 中国学学院大学，北京 100049)（4 遵义师范学院资源与环境学院，贵州遵义，?563002）（5 内江师范学院地理与资源科学学院，?四川内江，641112）摘 要 以我国亚热带地区不同母质起源的水耕人为土时间序列为研究对象，分析不同形态铁氧化物和磁化率随成土时间的动态演变特征及其影响因素。结果表明，石灰性母质起源的水耕人为土0~120 cm 土体中全铁 (Fet) 、游离铁 (Fed) 和游离度 (Fed/Fet) 随时间序列演变均逐渐增加，0~50年内Fet、Fed和Fed/Fet增加速率分别为3.2 t hm-2 a-1、1.2 t hm-2 a-1和0.04% a-1，50~1000年内Fet、Fed和Fed/Fet增加速率分别为0.1 t hm-2 a-1、0.15 t hm-2 a-1和0.01% a-1；而酸性母质起源的水耕人为土0~120 cm 土体中Fet、Fed和Fed/Fet 随时间序列演变均逐渐下降，0~60年内Fet、Fed和Fed/Fet下降速率分别为0.2 t hm-2 a-1、0.5 t hm-2 a-1和0.03% a-1，60~300年内Fet、Fed和Fed/Fet下降速率分别为0.9 t hm-2 a-1、1.2 t hm-2 a-1和0.06% a-1。土壤pH、Eh、以及外源铁输入与土体内铁淋失的相对强度是控制不同母质水耕人为土中铁氧化物转化速率与途径的主要因素。石灰性母质起源的水耕人为土中不同磁学指标随时间演变分为三个阶段：0~50年内表现为质量磁化率 (MS)，饱和等温剩磁 (SIRM) 和软剩磁 (IRMs) 的急剧降低；50~300年内表现为MS，SIRM和IRMs的持续、缓慢降低以及IRMh的相对稳定发展；300~1000年内表现为MS，SIRM和IRMs的持续、缓慢降低以及IRMh的快速下降。酸性母质起源的水耕人为土0~20 cm 和20~120 cm土壤中磁学指标演变呈现截然不同的两个阶段：0~60年0~20 cm 内MS，SIRM和IRMs的急剧降低，IRMh具有明显增加；而20~120 cm内MS，SIRM和IRMs缓慢下降，IRMh明显降低。60~300年0~20 cm内不同磁学指标变化幅度均很小，而20~120 cm内IRMh相对比较稳定，MS，SIRM和IRMs在种稻150年后快速下降。淹水还原条件下亚铁磁性矿物的破坏是不同母质水耕人为土演变过程中磁性衰减的主要机制。关键词 水耕人为土；时间序列；铁氧化物；磁化率；成土母质 中图分类号 153.6文献标识码 A铁是地壳中丰度位于第四的元素 (6.7 wt%)[1]，是生物所必需的微量矿质养分之一[2-4]。由于铁在自然界中分布广、化学活性强，其生物地球化学循环显著影响陆地生态系统中矿物风化[5]、养分循环[6]和污染物行为[7]等诸多过程。近年来研究表明，土壤或沉积物中铁的氧化还原作用与有机质的封存、分解和释放密切相关 [8-9]，从而影响全球碳循环和气候变化[10]。土壤中铁具有不同赋存形态，如原生硅酸盐矿物，次生黏土矿物，不同结晶度的铁氧化物或氢氧化物以及铁与有机质结合形成的络合物等[11]。不同形态铁之间的转化以及铁在土壤中的迁移和再分布是影响土壤物理、化学与矿物学特征的重要成土过程[12]。过去的研究表明，随着成土年龄的增加，排水良好的自然土壤中游离铁与全铁含量的比值逐渐升高，而无定形铁与游离铁含量的比值逐渐下降[13-15]。同时，铁氧化物的结晶度以及针铁矿中铁被铝的替代量随土壤发育程度的增强而增加[16-18]。不同成土环境下土壤中铁的赋存形态具有明显差异，在冷湿条件下有利于针铁矿的形成，而在干热条件下有利于赤铁矿的形成[19-21]。与土壤中含量较高的针铁矿和赤铁矿相比，磁铁矿与磁赤铁矿含量非常低，很难通过矿物分析直接鉴定，但可以通过测定磁化率来间接反演。许多学者研究表明，自然土壤演变过程中表层土壤磁化率显著增强[22-27]，并认为这是由于植物焚烧[22-23]、氧化还原反应[22, 28]或微生物作用[29]使得成土过程中形成和富集亚铁磁性矿物而引起的。尽管前人对成土过程中铁氧化物与磁化率的演变特征进行了大量研究，然而这些研究主要集中在排水良好的自然土壤上，而受到人为活动强烈影响、氧化还原作用交替进行的水耕人为土长期演变过程中铁氧化物与磁化率的动态特征目前尚不清楚。与自然成土过程相比