陳心怡,呂 鑌

（1.華南師范大學(xué)，廣州510631；2.福建師范大學(xué)，福州350108）

常量地球化學(xué)元素及其相關(guān)參數(shù)是廣泛應(yīng)用于地球科學(xué)不同領(lǐng)域研究的基礎(chǔ)指標(biāo)。常量地球化學(xué)元素指標(biāo)具有參數(shù)多，易測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。其測(cè)量結(jié)果通常以氧化物的形式表示?；谠乇旧淼奶匦?，不同元素在化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中遷移能力存在著明顯差異，用元素比值（如化學(xué)蝕變指數(shù)、硅鋁率、硅鋁鐵率等）來(lái)表示化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度不僅可以更全面地反映相關(guān)的氣候要素，也可避免由于個(gè)別元素對(duì)氣候條件響應(yīng)的不確定性帶來(lái)的誤差。在不同的氣候條件下，常量地球化學(xué)元素對(duì)氣候的響應(yīng)機(jī)制也不盡相同，因此常常需要與其他指標(biāo)相配合來(lái)有效分析。如，在干旱區(qū)，由于降水稀少，化學(xué)風(fēng)化程度很弱，地球化學(xué)元素的遷移與沉積不僅受到氣候條件中水、熱因子的影響，也更易受其他更多因素的制約，因此很多環(huán)境信息被掩蓋，需要與其他指標(biāo)結(jié)合進(jìn)行研究［1］。又例如，在高溫或高濕的氣候條件下，某些常量地球化學(xué)元素可能已所剩無(wú)幾或淋溶殆盡，元素絕對(duì)含量變化往往并不能真實(shí)地反映風(fēng)化成土過(guò)程中元素的地球化學(xué)特征，活動(dòng)性元素的淋失會(huì)直接造成樣品中穩(wěn)定性元素的濃度增加［2］，而使某些常量地化參數(shù)在指示熱帶亞熱帶氣候變化研究中失靈。

近年來(lái)，許多學(xué)者開(kāi)展了熱帶亞熱帶地區(qū)土壤常量地化元素的研究，取得了一系列重要的研究進(jìn)展［3-5］。如，一些學(xué)者通過(guò)對(duì)福建第四紀(jì)紅土沉積的研究中，得出該地區(qū)符合亞熱帶脫硅富鋁或脫硅富鐵鋁的過(guò)程中，總體上形成于亞熱帶濕熱的季風(fēng)氣候［3］。又如，對(duì)海南島的多處土壤剖面的研究中，得出鐵鋁的富集與硅的淋失存在明顯的相關(guān)關(guān)系，當(dāng)SiO2含量降至某特定值時(shí)Al2O3的富集過(guò)程受到遏制，甚至一些區(qū)域的SiO2含量與其他常量元素負(fù)相關(guān)［4-5］。但關(guān)于微小環(huán)境條件差異下發(fā)育的土壤常量地球化學(xué)元素的研究較少，且關(guān)于山地垂直地帶性土壤，特別是海拔高度相差不大的若干剖面的對(duì)比研究更是少見(jiàn)報(bào)道。

本研究以福建省南平市延平區(qū)三樓村境內(nèi)的茫蕩山中僅海拔有微小差距的三個(gè)剖面采集土壤樣品為例，探討常量地化元素在微小的海拔高度變化下，對(duì)中亞熱帶中不同氣候因子的響應(yīng)進(jìn)行研究。本研究不僅可以探究本區(qū)山地土壤發(fā)育與氣候之間的相互關(guān)系，也可以為不同氣候區(qū)恢復(fù)古氣候環(huán)境提供參考，更可進(jìn)一步對(duì)常量地球化學(xué)元素對(duì)不同環(huán)境條件差異的響應(yīng)情況進(jìn)行對(duì)比。從已知的山地氣候條件推斷中亞熱帶山地中海拔差異微小的土壤的發(fā)展機(jī)制以及同一個(gè)剖面土壤的常量地球化學(xué)元素的垂向變化規(guī)律，以初步探明中亞熱帶山地在微小海拔差異條件下土壤淋溶的差異及主導(dǎo)影響因素。

1 研究區(qū)剖面概況與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 區(qū)域自然地理環(huán)境特征

茫蕩山研究樣區(qū)介于東經(jīng)117°00′至119°25′，北緯26°30′至28°20′之間，屬于我國(guó)東南丘陵山地的一部分，是武夷山脈向東南延伸的支脈南端，屬鷲峰山脈的西南支脈，主山體呈北東向南西走向，綿延達(dá)40 多千米，主峰朦瞳洋海拔1 363 m，山腳處海拔約100 m。茫蕩山地處的氣候區(qū)屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候［6-7］。在該類型氣候控制下，茫蕩山全年氣候溫和，雨季明顯，夏季時(shí)長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于冬季，全年霧日較多，無(wú)霜期較長(zhǎng)。年均氣溫為19.3 ℃，年均降雨量達(dá)1 660 mm（數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)天氣網(wǎng)）。此處作為閩江的上游區(qū)域，水系發(fā)育良好，山中溪流眾多，但規(guī)模較小。山中植被類型多樣，但以人工毛竹林及生長(zhǎng)在竹林以下低矮的草本植物與地被植物為主。

1.2 研究剖面概況與采樣

研究剖面點(diǎn)行政上歸屬于福建省南平市延平區(qū)茫蕩鎮(zhèn)的三樓村。該村在近年來(lái)由于人口縮減的原因，山體開(kāi)發(fā)程度很低，受到人類活動(dòng)的影響較小。野外調(diào)查與采樣在2018年進(jìn)行。樣品采集所在的三個(gè)剖面均在茫蕩山中，三者母巖類型同為淺變質(zhì)的板巖，成土母質(zhì)為板巖風(fēng)化殼，按10 cm 間距（個(gè)別層位按5 cm 間距）采樣，共計(jì)樣品55 個(gè)。為了盡量減小地形和水土流失的影響，選取的三個(gè)采樣點(diǎn)的植被情況良好，均為人工種植毛竹林。且坡度較小、土壤排水情況好，三個(gè)剖面均取于向陽(yáng)坡。三者均發(fā)育于板巖風(fēng)化殼之上，三者海拔差異微小，分別為559 m、623 m、667 m。從低到高，三個(gè)剖面海拔高度分別依次相差64 m，44 m。三個(gè)剖面海拔高度最大差距僅108 m。

剖面簡(jiǎn)稱按三樓村拼音首字母（SLC）與剖面海拔高度數(shù)值共同命名。在野外對(duì)三個(gè)剖面進(jìn)行采樣前，清除剖面外層約10 cm 浮土形成垂直切面。對(duì)土壤剖面形態(tài)特征如土壤顏色（對(duì)照土壤比色卡）、質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、松緊度、母質(zhì)類型等進(jìn)行詳細(xì)地記錄，并以這些指標(biāo)為依據(jù)進(jìn)行剖面不同土層的劃分。同時(shí)也需詳細(xì)記錄采樣剖面地理位置（經(jīng)緯度、海拔高度等）、所在局部區(qū)域植被、地形狀況。

SLC-559 剖面出露厚度為1.6 m，0—20 cm 為A 層，含有少量有機(jī)質(zhì)和植物根系，顏色為暗紅；20—90 cm 為B 層，粘粒含量高，質(zhì)地較為均一，顏色為紅色；90—160 cm 為BC 層，顆粒較粗，一定程度上保存了母巖的特征。以10 cm 等間距采樣，共獲得樣品18個(gè)。

SLC-623 剖面出露厚度為1.2 m，0—20 cm 為A 層，含有較多量有機(jī)質(zhì)和植物根系，顏色為暗黃；20—90 cm 為B 層，粘粒含量高，質(zhì)地較為均一，顏色為黃紅色；90—120 cm 為BC 層，下部含有未完全風(fēng)化的母巖巖塊。以10 cm 等間距采樣，共獲得樣品13個(gè)。

SLC-667 剖面位于局部洼地，出露厚度為1.3 m，分為兩層0—40 cm，黑色層，含有大量的植物根系和凋落物，質(zhì)地疏松；40—130 cm，質(zhì)地均一粘重，顏色為亮黃色。0—60 cm 為5 cm 等間距采樣，60—130 cm 以10 cm 等間距采樣，但為了在研究中與其他剖面保持一致，故采用10 cm 間距的樣品即其中的樣品14個(gè)進(jìn)行后續(xù)的實(shí)驗(yàn)與分析。

除此之外，采集的樣品還包括部分母巖樣品，由于以上三個(gè)剖面底部經(jīng)受的化學(xué)風(fēng)化程度高，剖面的母巖已嚴(yán)重風(fēng)化為母質(zhì)，所以用鉆孔法采集了茫蕩山其他五處相同的母巖樣品。鉆孔為該地建設(shè)勘探實(shí)施。5 個(gè)母巖顏色為淺黃、淺紫和灰白等。本研究共計(jì)樣品55個(gè)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

樣品在室內(nèi)自然風(fēng)干。風(fēng)干后取適量的三個(gè)剖面的樣品及五處母巖分成三個(gè)亞組。第一組樣品用于地球化學(xué)元素測(cè)量，第二組樣品供其它指標(biāo)測(cè)試，第三組留作備用。地球化學(xué)元素利用帕納科Epsilon3 臺(tái)式能量色散X 射線熒光光譜儀測(cè)量。取5g左右樣品研磨至200目的干燥樣品置于壓片機(jī)內(nèi)，以硼酸作為黏合劑壓成表面光滑圓片，將圓片放入X射線熒光光譜儀中進(jìn)行測(cè)量。對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理，得到常量化學(xué)元素含量及其比值。

所測(cè)得的土壤元素成分?jǐn)?shù)據(jù)項(xiàng)目有許多項(xiàng)包括常量元素和微量元素，由于一些成分含量過(guò)少容易引起誤差，所以在本文中將選取SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O 七個(gè)常量元素進(jìn)行研究探討。在熱帶亞熱帶地區(qū)，由于水熱條件良好，Ca、Na 元素被大量淋溶，在各個(gè)剖面中這兩種元素的含量極少，過(guò)度討論其變化會(huì)導(dǎo)致較大的誤差，因此在本文中不對(duì)這兩種元素含量變化深入討論，只利用其基本值求出相關(guān)化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度指標(biāo)。利用Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。化學(xué)蝕變指數(shù)的公式為CIA=［Al2O3/（CaO+Na2O+Al2O3）］*100，其中CaO 是指硅酸鹽中的鈣含量［8］。硅鋁率（SiO2/Al2O3）； 殘 積 指 數(shù)［ （Al2O3+Fe2O3）/（CaO+Na2O+MgO）］；鐵鋁比（Fe2O3/Al2O3）；ba指數(shù)［ba=（K2O+Na2O+CaO+MgO）/Al2O3］等，所有公式中元素含量均為摩爾百分比。 使用SigmaPlot10.0完成制圖。

2 結(jié)果分析

2.1 同一剖面常量元素含量隨深度變化特征

2.1.1 SLC-559 剖面 在同一土壤剖面中，土壤不同深度的水分與熱量組合不同。對(duì)于厚度通常僅為數(shù)米的土壤而言，溫度總是隨著深度下降，而水分情況稍微復(fù)雜：降水發(fā)生時(shí)，水分以自上而下遷移為主；非降水時(shí)段，表層土壤水分蒸發(fā)，深層水分通過(guò)毛細(xì)作用等向上遷移。這些過(guò)程是土壤元素遷移淀積的外在因素。元素本身性質(zhì)是內(nèi)在因素。不同的常量元素在深度變化的過(guò)程中，對(duì)相同的水熱條件組合也有不同的響應(yīng)狀況（元素鈣、鈉幾乎在土層中淋溶殆盡含量微小，其變化可能主要反映誤差，本文將數(shù)據(jù)列出，而不贅述）。從各元素曲線波動(dòng)的情況來(lái)看，在此剖面中某些常量元素對(duì)特定的水熱狀況的靈敏程度具有一定的共性，即在隨深度的變化過(guò)程中具有一定的階段性。如圖1 所示，在此剖面中，元素硅、鋁、鐵、鎂、鉀（質(zhì)量百分比）均在深度為1.0—1.2 m 處發(fā)生較大波動(dòng)，且在此范圍達(dá)到最大值與最小值，隨后變化幅度降低。SiO2含量隨深度增加過(guò)程中，含量先增加后在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，在深度為1.1 m 處突變至研究深度內(nèi)的最大值，在波動(dòng)的最終值略高于表層值；剖面的Al2O3含量隨深度變化過(guò)程中，除在深度1.2 m 處突變至最小值外，整體呈先增加后減少的趨勢(shì)，但最終值大于表層值；剖面的Fe2O3含量在剖面深度變化的過(guò)程中波動(dòng)較大，在淺層和深度為1.1—1.2 m 處有最大波動(dòng)，且其最終值大于表層值；MgO 含量隨深度增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，在深度為1.2 m 處突變至最大值后減少，最終值仍大于表層值；K2O 含量隨深度增加的趨勢(shì)是先增加后和緩波動(dòng)。整體而言，上述元素的變化范圍不大。SiO2含量大部分介于52%—53.5%，Al2O3含量介于11.6%—13.3%，F(xiàn)e2O3含量介于5.2%—6.2%，MgO 含量介于0.42%—0.42%，K2O含量介于1%—2.4%。

圖1 SLC-559 剖面常量元素及化學(xué)風(fēng)化指數(shù)的剖面變化Fig.1 Major elements content and chemical weathering parameters of SLC-559 section

從化學(xué)蝕變指數(shù)（CIA）和風(fēng)化淋溶系數(shù)（ba）隨深度的變化曲線可以看出，二者的值均有兩個(gè)突變劇烈的深度，分別在表層和深度為1.0—1.2 m 處發(fā)生劇烈波動(dòng)，驗(yàn)證前面所假設(shè)在此深度范圍內(nèi)元素化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度發(fā)生突變。從二者的變化情況來(lái)看，土壤的化學(xué)風(fēng)化程度在表層處最大，在表層和深度為1.0—1.2 m 處發(fā)生急劇降低，其余深度均呈和緩波動(dòng)。ba 值主要體現(xiàn)性質(zhì)較活潑的堿金屬氧化物的化學(xué)風(fēng)化情況。CIA 在B 層中獲得最大值，接近88。

2.1.2 SLC-623 剖面 如圖2 所示，在此剖面中，SiO2含量、Al2O3含量、SiO2含量、Fe2O3含量的變化在深度為0.8 m 處均達(dá)到最值，進(jìn)一步證明常量元素對(duì)特定深度下的水熱組合響應(yīng)具有一定的共性。

圖2 SLC-623剖面常量元素及化學(xué)風(fēng)化指數(shù)的剖面變化Fig.2 Major elements content and chemical weathering parameters of SLC-623 section

SiO2含量隨深度增加呈較大波動(dòng)地先減少后增加，在深度0.8 m 處達(dá)到最小值，最終值小于初始值，即在表層水熱組合對(duì)SiO2的富集呈最優(yōu)，隨深度增加的過(guò)程中，硅元素的富集程度先降低后增加；Al2O3含量隨深度變化過(guò)程整體先增加，在深度0.8 m處達(dá)到最大值后，在B層底部與BC層呈小范圍減少的趨勢(shì)，且減少后仍大于初始值；Fe2O3含量隨深度變化與Al2O3含量變化相似，在深度0.8 m 處達(dá)到最小值后在B 層底部與BC 層呈小范圍減少；剖面的MgO 含量、K2O 含量隨深度增加均變大，且在B層底部約0.8 m處開(kāi)始增加的幅度較大。與SLC-559 剖面相比，上述元素的變化范圍稍大。SiO2含量大部分介于50%—55%，Al2O3含量介于11%—15%，F(xiàn)e2O3含量介于3.8%—5.4%，MgO 含量介于0.25%—0.65%，K2O含量介于1.6%—3.6%。

從化學(xué)蝕變指數(shù)（CIA）和風(fēng)化淋溶系數(shù)（ba）隨深度的變化曲線可以看出，在表層水熱組合對(duì)化學(xué)風(fēng)化最優(yōu)，從表層往下深度增加CIA波動(dòng)式減少，ba 值波動(dòng)式增加，即化學(xué)風(fēng)化整體上降低，且可知在剖面研究范圍的最大深度化學(xué)風(fēng)化程度最低。CIA在表層中獲得最大值，約為85。

2.1.3 SLC-667 剖面 如圖3 所示，在此剖面中，在達(dá)到某特定深度時(shí)常量元素含量隨深度增加的變化情況發(fā)生轉(zhuǎn)折。SLC-667 的SiO2含量隨深度變化過(guò)程中，整體呈先增加后減少，最后在一定范圍內(nèi)小范圍波動(dòng)，剖面中的SiO2含量淺層和深度為0.5 m處急劇增加，在深度為0.5 m處達(dá)到最大值后開(kāi)始減少，但減少后的最終值仍大于初始值，說(shuō)明在此剖面中，隨著深度的增加水熱組合的變化有利于SiO2富集，表層的水熱組合并不是最適宜硅元素富集的；Al2O3含量、Fe2O3含量、MgO 含量、K2O 含量隨深度增加呈現(xiàn)先增加，在深度為0.7 m時(shí)氧化物含量達(dá)最大值后隨著深度增加呈現(xiàn)平緩波動(dòng)的狀態(tài)，說(shuō)明在此剖面中，隨著深度的增加，水熱組合利于這四種元素在土壤中的存留。以上所分析的常量元素在此剖面的變化均說(shuō)明了隨著深度的增加，常量元素均趨于富集。SiO2含量大部分介 于53%—56.5%， Al2O3含量介于9.5%—13.5%，F(xiàn)e2O3含量介于3.2%—4.2%，MgO 含量介于0.33%—0.65%，K2O含量介于1.8%—3%。

圖3 SLC-667剖面常量元素及化學(xué)風(fēng)化指數(shù)的剖面變化Fig.3 Major elements content and chemical weathering parameters of SLC-667 section

從化學(xué)蝕變指數(shù)（CIA）的值隨深度的變化曲線可以看出，在土壤表層的水熱組合對(duì)土壤的化學(xué)風(fēng)化是最優(yōu)的，在深度為0.1m 處CIA 達(dá)到最大值后迅速減少，而風(fēng)化淋溶系數(shù)（ba）同樣在此深度達(dá)到最小值后變大，則在淺層處化學(xué)風(fēng)化程度的變化是最劇烈的。表層的和淺層處的土壤化學(xué)風(fēng)化程度最高，隨后隨深度的增加化學(xué)風(fēng)化程度降低，則在此剖面隨深度增加不利于巖石的化學(xué)風(fēng)化。CIA 在表層中獲得最大值，約為83.5，除此之外，CIA均小于81。

2.2 不同剖面常量元素含量隨海拔高度變化特征

三個(gè)剖面和母巖共55 個(gè)樣品的地化元素含量的平均值如表1所示。三個(gè)剖面各常量元素含量平均值的順序均為SiO2＞Al2O3＞Fe2O3＞K2O＞MgO＞CaO、Na2O，其中由于Si 主要存在于石英中，而石英不易發(fā)生遷移，Al 主要存在于長(zhǎng)石、云母、輝石等鋁硅酸鹽礦物中，水中難溶解，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，所以在土壤中含量較高［9］。從實(shí)際野外調(diào)研中所知的三個(gè)剖面的位置相近以及常量元素含量的排序來(lái)看，排除三個(gè)剖面差異發(fā)育的母巖影響，三者的母巖均相同，即三個(gè)土壤發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)是相同的。

該地土壤發(fā)育所受人為因素影響小，因此可直接以所研究的表層以下較小深度范圍內(nèi)的土壤常量元素的平均含量與五個(gè)母巖樣品所測(cè)出的平均含量進(jìn)行對(duì)比，以判斷土壤常量元素在土壤發(fā)育過(guò)程中的變化情況。從平均值上看，母巖中此七種常量元素含量占比總和為79.20%，而在三個(gè)不同海拔的剖面中，SLC-559中七種常量地化元素之和為73.34%，SLC-623 中七種常量地化元素之和為73.51%，SLC-667 中七種常量地化元素之和為74.32%，說(shuō)明七種常量元素在土壤中的含量是相對(duì)淋失的，且這種減少的比例隨著海拔的升高而降低即此其中常量元素的風(fēng)化淋溶程度隨著海拔升高而降低。進(jìn)一步說(shuō)明在本次取樣的三個(gè)剖面中，隨著海拔的增加，水熱條件有較大的變化從而影響了微小海拔差距的三個(gè)剖面的土壤發(fā)育。

常量地化元素中SiO2、Al2O3、Fe2O3三者占比之和超過(guò)70%。Al2O3在SLC-559 與SLC-623 相對(duì)母巖含量較多，說(shuō)明相對(duì)富集，而當(dāng)?shù)竭_(dá)了剖面SLC-667 時(shí)含量降低，說(shuō)明在此海拔上Al2O3淋失程度增加。在三個(gè)剖面中，隨著海拔的升高，F(xiàn)e2O3的含量占比越來(lái)越少，則說(shuō)明鐵元素淋失率越來(lái)越高，在SLC-623 淋失率達(dá)20.57%，在SLC-667已高達(dá)33.67%。

MgO、K2O 的含量與母巖相比相距甚遠(yuǎn)，即相對(duì)母巖發(fā)生了強(qiáng)烈的淋失。其中MgO 淋失率達(dá)52.13%以上，Na2O 淋失率達(dá)60%以上，K2O 淋失率達(dá)38.37%以上。除此之外，三個(gè)剖面SiO2的含量與母巖相比也略有減少，說(shuō)明SiO2在土壤發(fā)育的過(guò)程中也受到一定程度的損耗，但由于Si 元素本身的地球化學(xué)特性較為穩(wěn)定，淋洗程度相對(duì)較弱。

以上說(shuō)明在福建南平茫蕩山的三個(gè)剖面中，F(xiàn)e、Al 元素與母巖中含量相差較少，Al 元素部分剖面含量甚至大于母巖含量，Si元素含量與母巖中含量相差小，在土壤發(fā)育的過(guò)程中較為穩(wěn)定。其他元素均受到不同程度的淋失，其中Ca、Na 元素幾乎淋溶殆盡。說(shuō)明在高溫高濕的氣候條件下，土壤中的元素以淋失為主，不同元素遷移能力不同，此消彼漲之下導(dǎo)致個(gè)別元素相對(duì)富集。

Si元素因?yàn)槌Ｒ怨腆wSiO2的形式存在，所以Si元素的化學(xué)性質(zhì)在所研究的七種常量元素中均較穩(wěn)定、較難淋失。在三個(gè)不同高度剖面中，SLC-667的Si元素含量比SLC-559、SLC-623的大較多，而SLC-559 的SiO2含量稍大于SLC-623。Si 元素的淋溶狀況是先稍微增加后急劇變小。則說(shuō)明故在海拔增加水分增加熱量減少的情況下，Si元素的淋溶程度是先緩慢上升后下降，淋溶的最大程度出現(xiàn)在海拔［559，623）m間，在淋溶最大程度出現(xiàn)后便是熱量條件抑制淋溶發(fā)生。且從三個(gè)剖面海拔的差值可知，當(dāng)Si 元素的淋溶程度開(kāi)始下降時(shí)速率較高。Al 元素的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在溫暖潮濕的氣候條件下，水介質(zhì)為酸性，沉積物中易溶元素溶解遷移，Al2O3相對(duì)富集［10］。故Al 元素在三個(gè)剖面中的差異呈先富集后淋溶，是因?yàn)殡S高度增加，水分增加雖然熱量變少，但對(duì)于Al 元素而言水熱配合程度變高，在海拔559 m 至623 m 間處于加速富集的狀態(tài)，而在海拔623 m 后，由于溫度條件的抑制，Al 元素難以富集開(kāi)始淋失，最大富集高度在［623，667）m。且由三個(gè)剖面的海拔差值與Al 元素含量的變化程度可知在富集最大高度后Al 元素淋失變化程度較大。Fe 元素對(duì)氣候環(huán)境中水分條件反映較為靈敏，當(dāng)水分條件充足易發(fā)生遷移，而在此三個(gè)剖面中，F(xiàn)e 元素的含量隨微小海拔變化呈下降狀態(tài)。但是對(duì)相應(yīng)的溫度的反應(yīng)仍不能在Fe 元素含量的變化中明確。K 元素為堿性金屬元素，性質(zhì)較為活潑，對(duì)環(huán)境水熱條件的反應(yīng)較為靈敏，在水熱條件良好情況下極易被淋溶。但在三個(gè)剖面海拔增加的過(guò)程中，K 元素的含量呈增加的趨勢(shì)即隨高度增加K元素的淋溶程度是降低的，且SLC-559與SLC-667兩個(gè)頂端的相差較大，說(shuō)明此處是熱量條件控制了K元素的淋溶，在海拔增加溫度降低的條件下，即使是水分條件變得優(yōu)越，K元素的淋溶程度也是變小。

表1 三個(gè)剖面和母巖的部分常量元素均值對(duì)比Tab.1 Mean comparison of some macroelement of three sections and R horizon

三個(gè)可反映結(jié)合具有代表意義的常量元素在微小海拔差異下的含量值，可得出隨海拔高度變化的特征。因?yàn)槿齻€(gè)剖面的海拔相差較小，且在三個(gè)剖面的高度范圍內(nèi)，隨著海拔增加降水量持續(xù)增加而溫度降低。CIA 在三個(gè)剖面中隨著海拔增加而減少。CIA 可以反映三個(gè)海拔下K、Na、Ca三者的相對(duì)損失情況。ba 指數(shù)在三個(gè)剖面中隨著高度的增加值變大，且各個(gè)高度ba 指數(shù)的值相差較大。說(shuō)明在微小海拔的差距下，剖面間的土壤風(fēng)化程度有著較大的差別。殘積指數(shù)隨著海拔高度的增加呈變小的趨勢(shì)。殘積指數(shù)與ba 指數(shù)成反比而與CIA 與殘積指數(shù)的大小成正比［11］，其通常用于表示土壤剖面中鐵、鋁元素的含量情況。隨著海拔的增加ba 指數(shù)升高。說(shuō)明隨著海拔的升高，土壤中常量元素的淋溶程度降低。依據(jù)殘積系數(shù)變化以及結(jié)合各剖面常量元素的含量變化可知，隨著海拔的增加，Mg元素淋溶程度也變低。

表2 三個(gè)剖面及母巖層的部分化學(xué)風(fēng)化參數(shù)和常量元素均值對(duì)比Tab.2 Mean comparison of chemical weathering parameters and macroelement of three sectionsand R horizon

綜上，在母巖、植被等基礎(chǔ)要素相同的情況下，即土壤發(fā)育的基礎(chǔ)物質(zhì)與影響土壤發(fā)育的生物因素和相關(guān)植物對(duì)降水的截留程度是一樣的情況下。海拔增加的過(guò)程中降水量是增加的而溫度降低，CIA 值、ba值、殘積系數(shù)的值的變化均說(shuō)明了即使是微小的海拔差異下，土壤中常量元素的淋溶程度仍有較大幅度的降低。且結(jié)合Si、Al、K等元素含量的變化情況，均說(shuō)明了在微小海拔的變化下，水熱條件極大程度控制了土壤的淋溶程度，控制了土壤中化學(xué)反應(yīng)的速率，是在微小海拔差異下控制土壤常量元素淋溶或富集的主導(dǎo)因子。

3 討論

3.1 亞熱帶山地土壤常量元素總體特征與其它氣候區(qū)的對(duì)比

首先，不同的氣候區(qū)的成土母質(zhì)不同，而從不同類型的礦物上發(fā)育而來(lái)的土壤，其常量元素含量的初始值會(huì)有差異，從而影響土壤發(fā)育過(guò)程中的風(fēng)化程度，很大程度上決定風(fēng)化程度的范圍。以CIA為例做參考，不同礦物的化學(xué)風(fēng)化程度及范圍都不相同。如鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石的CIA變化范圍在50—50.5，變化值小且變化范圍也小，以長(zhǎng)石和石英為主的花崗巖CIA 也在50—60；伊利石的CIA 變化范圍在75—85，可風(fēng)化的程度大且可變化幅度也大；高嶺土、綠泥石的CIA 變化范圍在99.5—100，可風(fēng)化程度大、變化范圍?。?2］。假如干旱半干旱區(qū)現(xiàn)代土壤的母質(zhì)中如有較多高CIA礦物，則其常量元素含量或比值（CIA 等）便無(wú)法指示現(xiàn)代環(huán)境，而指示高CIA礦物形成時(shí)的環(huán)境。位于北亞熱帶和中亞熱帶分界處的陜西省大巴山，其發(fā)育于山體北坡的土壤剖面，由于受花崗巖坡積物的影響，硅元素的含量要大于鋁元素和鐵元素的含量［13］。中國(guó)安徽南部的紫色巖盆地中，由于該區(qū)的土壤由紫色沉積巖發(fā)育而來(lái)，土壤中鐵元素含量高，所以土壤中的常量元素Fe 含量元素不僅受到氣候條件的影響，也有很大的繼承性［14］。本研究5 個(gè)母巖樣品平均CIA 為71.58，說(shuō)明含有化學(xué)風(fēng)化的產(chǎn)物。板巖由泥巖或砂質(zhì)泥巖經(jīng)淺變質(zhì)作用形成。沉積物中部分成分在沉積階段或沉積后經(jīng)歷了一定的化學(xué)風(fēng)化作用。

母巖為火成巖或沉積巖（不含或少含有化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)物），則其上發(fā)育土壤的常量元素變化主要是受環(huán)境條件（如氣溫和降水等）所制約。元素含量或多或少受控于母巖/母質(zhì)，難以準(zhǔn)確反映外因變化，因此通常用常量元素比值CIA在衡量不同地區(qū)之間的化學(xué)風(fēng)化程度差異。CIA 在50—65 之間時(shí)，表示干冷氣候條件下土壤經(jīng)歷弱的化學(xué)風(fēng)化；65—85 表示土壤經(jīng)歷中度化學(xué)風(fēng)化；85—100表示濕熱氣候條件下土壤經(jīng)歷強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化［15］。

位于中國(guó)西北內(nèi)陸干旱區(qū)的天山地區(qū)，其典型剖面的黃土CIA 值在45—55 之間，屬于初級(jí)風(fēng)化階段［16］。在對(duì)位于溫帶大陸性氣候的魯中南山地丘陵的土壤進(jìn)行研究時(shí)，測(cè)得其典型剖面處的土壤CIA 平均值為53.67，處于未受風(fēng)化-初等風(fēng)化階段［17］。北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)的漢江上游黃土的CIA 值 介 于56.98—71.32 之間，均 值 為65.99［18］，位于浙江境內(nèi)的金衢盆地，其CIA 值為89.10—89.68。在廣西北部的喀斯特山地中，其氣候?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，其CIA 值高達(dá)95 以上，化學(xué)風(fēng)化劇烈［19］。而位于亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候的悉尼的全新世軟土層可反映悉尼的現(xiàn)代氣候情況，其CIA平均值為89 且隨深度增加有增加的趨勢(shì)［20］。熱帶季風(fēng)氣候的海南島的玄武巖風(fēng)化殼中的CIA 值達(dá)99.4，而上部土壤已經(jīng)接近100 的最大值［4］。而在本研究的中亞熱帶季風(fēng)氣候的茫蕩山中，SLC-559剖面為強(qiáng)化學(xué)風(fēng)化階段，而另兩個(gè)剖面為中等化學(xué)風(fēng)化階段。從上述的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出在大空間尺度上，CIA可以很好地指示氣候的變化。

3.2 土壤常量元素差異的原因分析

土壤中常量元素含量差異主要是水熱因子的組合在起作用，因此在不同土壤發(fā)生層次（深度）的變化具有一定規(guī)律性?？梢岳么嗽韥?lái)反演過(guò)去氣候變化。不同地區(qū)不同條件下形成的現(xiàn)代土壤元素特征與氣候關(guān)系是其基礎(chǔ)。本研究的三個(gè)剖面均發(fā)育在弱變質(zhì)的板巖的風(fēng)化殼上，理論上無(wú)法證明1—2 m 厚的土壤層對(duì)應(yīng)的原先物質(zhì)具有高度的均一性，因?yàn)樵?物質(zhì)流失或富集并非僅受單一因素的簡(jiǎn)單作用。但即便如此，三個(gè)剖面不管在土壤層次上或整體剖面之間均表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，說(shuō)明原本母巖物質(zhì)的不均一性不是主導(dǎo)因素，而外在的氣候條件才是土壤常量元素產(chǎn)生分異的主要原因。如圖1—3 所示，鋁、鐵、鎂、鉀四種常量元素在同一剖面內(nèi)，在不同剖面之間表現(xiàn)出相當(dāng)一致的規(guī)律性，即總體上隨著深度增加含量增加。這一現(xiàn)象說(shuō)明了，剖面表層或頂層受水熱影響較為頻繁和強(qiáng)烈，這些元素往下遷移，甚至被帶出土體垂向進(jìn)入地下水或側(cè)向進(jìn)入地表徑流。硅元素與上述四種元素則無(wú)統(tǒng)一的規(guī)律，其原因可能是硅元素主要賦存在石英中。板巖的原生巖石為粘土巖或砂質(zhì)粘土巖，這兩者屬于遠(yuǎn)源的細(xì)粒沉積巖，硅酸鹽礦物在長(zhǎng)期長(zhǎng)遠(yuǎn)搬運(yùn)過(guò)程中風(fēng)化分解殆盡。因此，三個(gè)剖面中的硅含量更多反映原始母巖中石英含量及其它元素淋溶量（元素使用百分比表示，某些元素淋溶使得其它元素相對(duì)富集）?？傮w上，土壤表層CIA 高于下部，但層次間的規(guī)律性不明顯，這可能與山地土壤發(fā)育較薄，受侵蝕等因素有關(guān)。從土壤發(fā)生層次看，規(guī)律性更加明顯，整體而言，土壤的A層和B 層具有更高的CIA。降水在同一土壤剖面內(nèi)元素含量分異過(guò)程起到的作用大于溫度。該海拔高度段相對(duì)于中亞熱帶低海拔地區(qū)（100—200 m）顯現(xiàn)出強(qiáng)淋溶弱風(fēng)化特征。

在微小海拔差異下，本研究的三個(gè)剖面土壤發(fā)育中的五大成土元素中的母巖條件、生物（植被）條件、時(shí)間條件是相對(duì)一致的，且三者選取的剖面所處的地形部位相似，因此只有氣候條件影響他們之間的土壤風(fēng)化程度差異。從常量元素含量及比值，隨著海拔的增加，土壤風(fēng)化程度是降低的?；\統(tǒng)而言，影響土壤發(fā)育的氣候條件從降水和溫度兩個(gè)方面及其組合考慮。在亞熱帶低海拔地區(qū)，水熱條件優(yōu)越，兩者均非土壤發(fā)育的限制條件。研究剖面所屬的南平市的市區(qū)年均氣溫為19.3 ℃，年均降雨量達(dá)1 660 mm。市區(qū)海拔約100 m，與SCL-667 剖面相差約567 m。按海拔每升高1 000 m 氣溫下降6 ℃估算，SCL-667 剖面處年均氣溫約為15.9 ℃。SCL-667 剖面與SCL-559剖面氣溫相差約0.66 ℃。隨著海拔升高，降水量增大，即三個(gè)剖面所處年均降雨量高于1 660 mm。在降水量適宜情況下，氣溫主要通過(guò)兩個(gè)方面增加土壤發(fā)育：一是溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越大；二是促進(jìn)生物活動(dòng)，加強(qiáng)生物化學(xué)風(fēng)化作用。降水量越高，則越容易將土壤中可溶性元素淋溶。三個(gè)剖面從低到高，氣溫降低、降水增加，兩者呈反向變化。CIA 變化趨勢(shì)與氣溫相同，而與降水相反，說(shuō)明：溫度條件明顯成為抑制土壤整體風(fēng)化的主導(dǎo)因子；土壤常量元素含量可以很好地響應(yīng)微小氣候條件變化。

4 結(jié)論

（1）中亞熱帶山地土壤常量元素含量在土壤不同發(fā)生層次具有規(guī)律性變化，與同一氣候區(qū)低海拔土壤相比，整體表現(xiàn)出強(qiáng)淋溶、弱風(fēng)化的特征。

（2）不同海拔土壤剖面的常量元素含量表現(xiàn)出明顯的化學(xué)風(fēng)化差異規(guī)律性，氣溫是其主控因素。氣溫越高，化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度越高。土壤常量元素含量可以很好地響應(yīng)微小氣候條件變化。