沈阳棕壤（简育湿润淋溶土）氧化还原动态变化与铁锰氧化物含量定位观测研究

发布时间：2017-12-22 19:47

本文关键词：沈阳棕壤（简育湿润淋溶土）氧化还原动态变化与铁锰氧化物含量定位观测研究　出处：《沈阳农业大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：土壤氧化还原电位(Oxidation reduction potential,ORP)对土壤的形成和发育、矿质元素价态的变化以及铁锰新生体形成等都有深远的影响。1920年开始,我国研究学者对土壤ORP的研究主要集中在我国南方热带和亚热带地区,研究对象主要是渍水土壤、森林土壤、植稻土壤等。而对北方土壤ORP的相关研究开展较晚(20世纪90年代),资料积累较少,土壤ORP与土壤铁锰氧化物(Iron and Manganese Oxides,IMO)的关系以及铁锰新生体的形成机制尚不清楚。位于东北地区的沈阳冬季寒冷漫长,春季冻融交替频繁,夏秋两季土壤干湿交替明显,对土壤氧化还原电位的影响较大,甚至在位于高平地景观的地带性土壤(棕壤)中也有铁锰新生体出现。本文以沈阳棕壤(简育湿润淋溶土)为研究对象,从2013年9月到2016年10月连续4年对土壤水分、温度、ORP、IMO含量等进行动态定位观测研究,并于2015年3月18日～2015年4月1日重点观测了冻融交替时期ORP的动态变化,分析了 ORP与游离氧化铁的关系,以便为沈阳棕壤中铁锰新生体的发生形成机制等相关研究提供坚实的理论依据。研究结果主要如下:(1)在土壤水热状况综合作用的影响下,沈阳地区棕壤各土层的氧化还原电位(ORP)呈波动变化,旱季大于雨季。冻融交替时期(3月中旬4月初),土壤ORP先降低(接近或低于300 mV)后升高;干湿交替时期(5～8月份),土壤ORP变幅较大且呈交替变化趋势(200～500mV)。同一土层氧化还原电位随降水量的升高而降低。冻融和干湿交替时期,各土层ORP与土壤含水量呈显著负相关关系(冻融交替期r表层=-0.655*、r 心土层 =-0.676*、r 底土层=-0.579*,P0.05,n = 24;干湿交替期 r 表层=-0.586*、r心土层=-0.685*、r底土层=-0.553*，P0.05,n = 48)。(2)各土层铁锰氧化物(IMO)含量随气候的季节性变化呈波动变化趋势。冻融交替时期各土层不同形态IMO明显升高,干湿交替时期其变幅较大且呈交替变化趋势。土壤ORP与不同形态IMO的变化具有良好的线性关系。并且表层ORP对不同形态氧化铁的影响呈正相关关系达到极显著水平(r游离态=0.756**，r 无定形态=0.664**，，P0.01,n=48),心土层和底土层ORP与氧化锰呈负相关关系并达到显著水平(心土层r游离态=-0.474*，r 无定形态=-0.486*;底土层 r 游离态=-0.557*,r 无定形态=-0.671*，P0.05,n = 48)。综上IMO能较好的反映土壤氧化还原环境的变化。同时,各土层ORP的对IMO活化度的影响不显著(P0.05);冻融和干湿交替时期,土壤ORP对IMO具有良好的相关性,从而影响其活化或老化过程。(3)沈阳棕壤在3月中旬开始解冻,3月底土壤完全化通,解冻期冻融交替持续10～15 d;土壤由地表向下和下部土层向上逐渐融化,土壤解冻深度逐步加深,冻层厚度逐渐变薄,70～80 cm 土层最后解冻使整个土体化通。冻融交替时期解冻界面(解冻层与冻土层交接处)形成滞水层,土壤被水分饱和,为其形成还原环境提供条件。(4)冻融交替时期土壤ORP随融化厚度加大而逐渐降低,40～70 cm 土层含水量保持最高值,土壤ORP持续4～5 d处于最低值(接近甚至低于200 mV),冻层化通后不透水层消除,土壤渗透性增强,土壤上层滞水现象消失,土壤由还原环境恢复到氧化环境,ORP达到正常值(300～400 mV之间)。(5)冻融交替时期,土体上部土层(0～50 cm)土壤解冻界面与完全化通时游离氧化铁的变化幅度较小,范围为36.9～44.2 g/kg,而下部土层(50～100 cm)游离氧化铁的变化幅度较大,范围为42.5～57.1 g/kg。即上部土层完全化通时游离氧化铁的含量低于开始解冻时,相反下部土层则高于开始解冻时。该时期土壤ORP与游离氧化铁存在着密切的2次方程式关系并达到显著水平,函数关系式为y =-0.0002x2-0.21x+89.042(r =-0.676**,P0.01,n = 45)。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S153

【参考文献】