紫色母岩现代表生作用及环境效应研究

【摘要】： 表生作用是在风化壳、陆地生物圈和水圈发生的岩石和矿物的地表变化，大气圈、水圈的组分在表生圈层中进行物质和能量的交换以及地球化学过程，而风化壳是联系地球岩石圈、水圈、生物圈、土壤圈和大气圈层的重要界面，是表生地貌学的重要研究内容。岩石风化成土是一个极其缓慢的过程，因而对岩石风化成土的表生作用研究存在较大的局限性。但紫色母岩因其风化成土快、母质肥力高、冲刷严重等特点而具有独特的科学魅力，并且其发育土壤表现出在颜色、物理性状、矿物组成等方面继承了母岩的特性，有“土壤学研究的一块宝地”的称誉。但是过去的研究大多集中在紫色母岩风化物理颗粒变化、风化破碎成土、营养肥力等的某一方面，缺乏从岩石→土壤→环境(生态)系统动态的角度研究紫色母岩的现代表生过程。 长江上游、四川盆地有着广泛的紫色岩石出露和紫色土分布，紫色母岩特殊的风化成土过程、紫色土的特殊性质，严重地影响着紫色岩石分布区环境的安全、经济和社会发展的可持续性。通过对紫色母岩现代表生作用特征及其影响研究，探明紫色母岩现代表生作用机理，预测其表生过程的环境风险，为长江三峡水环境及紫色岩区生态、经济和社会的可持续发展提供科学依据。从农业土壤、生态环境和地质作用的角度，以岩石→土壤→环境(生态)系统整体研究为出发点，以四川盆地侏罗系蓬莱镇组(J_3p)、遂宁组(J_3s)、沙溪庙组(J_2s)和三叠系飞仙关组(T_1f)不同地层的4种紫色泥(页)岩及其发育的土壤为试验材料，采取模拟、动力学等试验方法，深入系统地研究了紫色母岩现代表生过程的五个方面：紫色母岩风化破碎、风化成土及养分释放特性和影响因素，紫色母岩和土壤养分释放对环境影响及预测分析，紫色母岩和土壤物理化学性质特征及变化规律，紫色母岩与有机物复合和紫色土有机质特征，利用方式和 土壤管理对紫色土养分、水分、水保等综合肥力特征的影响。主要结果如下： l 紫色母岩风化成土特征 风化一年，盆钵模拟自然风化细颗粒比例为 2．25％～sl．70％，风化成土比例为 0．30％～6．18％； 扰动两次紫色母岩风化细颗粒比例为4．72％～70．50％，风化成土比例为0石9％p4．84％；温度变 幅（ZO℃）风化细颗粒比例为m．65 WW75．Zo％，风化成上比例为2．ic％～39．74％；水分处理（】2％） 风化细颗粒比例为60．54W80．slO，风化成土比例为32．24％～42．34o；生物（小麦15株－高粱9 株）风化细颗粒比例为16．23％～78．34％，风化成土比例为7．51％～43．94％。 不同风化条件对4种紫色母岩风化破碎为细颗粒的影响作用不同，T／母岩表现为温度变 化＞扰动＞生物作用，人S母岩表现为生物作用＞水分＞温度变化＞扰动，人S母岩表现为水分＞温度 变化＞生物作用＞扰动，方p母岩表现为水分＞温度变化＞扰动＞生物作用。不同风化条件对四种紫 色母岩风化成土影响不一致，Tlf母岩风化成土表现为温度变化＞扰动＞生物作用，JZS母岩表现 为水分＞温度变化＞扰动＞生物作用，J仔母岩表现为水分＞温度变化＞扰动＞生物作用，J3p母岩表 现为水分＞温度变化＞生物作用＞扰动。 T；f、J。S、J。S、J。p 4种不同紫色母岩风化颗粒粒度分形维值为 0石0－3刀7。并且颗粒粒度分 维值与＜smm 颗粒比例关系为y一0．5763In（i＋0．3854（＊0．9873”“，n一24）对数函数，颗粒粒度分 维值与＜Zmm 成土比例关系为y一0．4308In00＋！．4044（r＝0．9741“”，n一24），颗粒粒度分维值与＜smm 细颗粒和＜Zmm成土比例均表现为极显著对数关系，因此可以说用非线性表征值分形维可以较 好地反映紫色母岩风化颗粒粒度的分布。颗粒粒度分维值能较好反映紫色母岩风化破碎程度及 成土量的指标之一。 2紫色母岩养分风化释放特征 不同风化处理飞仙关组母岩N、P、K释放量分另为23．09－92．799／m’、33．00一230．629／m’、 1031．33、4356．469／m＼增幅均表现为生物作用＞温度变化＞扰动。不同风化处理J／母岩 N、p、 K养分释放量分别为 96．80－239．59g／m’、508．72～ill4．l！g／m’、13240刀l－28657．05g／m’，增赐分 别表现为：生物作用＞水分＞温度变化＞扰动，生物作用＞温度变化＞水分＞扰动，生物作用＞水分＞ 温度变化＞扰动。不同风化处理人S母岩 N、P、K养分释放量引．46－357刀og加3、 115．13。576．92旮m＼2928．65叫5867．20g／m＼增幅分别表现为：生物作用＞水分＞温度变化＞扰动， 水分＞生物作用＞温度变化＞扰动，水分＞温度变化＞生物作用＞扰动。不同风化处理J刃母岩N、 P、K养分释放量108．11－341．369／m‘、253．19－812．6ig／m’、6103．99－19821．38ym‘，增陨均表现 为生物作用＞水分＞温度变化＞扰动。从N、P、K养分释放分析表明，不同风化条件对四种紫色 母岩N释放量影响均表现为生物作用＞水分＞温度变化＞扰动，不同风化条件对四种紫色母岩P 释放量影响均表现不一致，不同风化条件对四种紫色母岩K释放量影响除J扦母岩外，其它均 表现为生物作用＞水分＞温度变化＞扰动。除生物作用对遂宁组母岩P、K释放量增幅影响较低