土壤发育过程中稀土元素的地球化学指示意义3Ξ(11四川大学环境科学与工程学院,四川成都610065;21中国科学院南京土壤研究所,江苏南京210008)摘要:研究了海南岛北部不同时期喷发的玄武岩上发育土壤中稀土元素的地球化学特征和行为,探讨成土过程中稀土元素的分异及其对土壤发育程度的指示作用。REE总量与成土年龄呈显著正相关,是指示土壤发育程度的良好指标。同时,随土壤发育程度的加深,REE出现分异,土壤中轻稀土逐渐富集,重稀土亏损。伴随着土壤的进一步发育,Ce逐渐向正异常而Eu向负异常方向演化。关键词:稀土;土壤;地球化学;玄武岩:S151;O613133文献标识码:A:1000-4343(2000)02-0150-06稀土元素(REE)化学性质相似,在自然界中总是共生的。但由于在原子结构和晶体化学性质上存在着微小差别,所以在不同地球化学条件下也会产生分馏,形成不同的分布状况和分布模式,从而构成了有特殊意义的地球化学指标1,2。查明REE地球化学行为是研究成岩、成矿作用以及地球形成和演化的重要内容3。REE在岩石风化过程中的迁移、亏缺和富集规律也已有广泛研究4～6。风化作用和成土作用彼此紧密相连,又有区别。地处我国南端的海南岛北部集中分布有新生代以来不同时期喷发的玄武岩,形成于这些玄武岩上的土壤因成土年龄的差异,构成一发育程度相差很大的时间系列土壤。借此可以探讨REE形成和发育过程的地球化学行为,并可应用于推测土壤形成时期的环境以及稀土元素的次生成矿机制1,2。≥10℃积温8400～8600℃,年降雨量1800～2000mm7;其余6个剖面均属琼北沿海台地半湿润地区,年均温23～24℃,≥10℃年积温8500～8700℃,年降雨量1400～1800mm。在相同的环境和成土母质下,土壤酸性越强,粘粒分子硅铝率和硅铁铝率越小,土壤发育程度越高8。所采土壤样品的pH、粘粒分子硅铝率和硅铁铝率反映出的土壤发育程度与土壤发育时间吻合(表1)。1.2稀土元素分析与测试样品溶解采用碱溶法9,由南京大学金属矿床成矿机制研究国家重点实验室测试。仪器为JY38S型单道扫描型等离子光谱仪(法国JIONYVON公司),元素检测限(011～110)×10-6,RSD≤2%。测试条件为:焦距1m,分辨率01005nm,1材料与方法1.1材料选择第四纪以来不同时代喷发的玄武岩、火山角砾岩上发育的土壤。采样地点和土壤基本性质见表1。由于海南岛中部山地高耸,构成东北2西南走向的高山屏障,使岛内水分状况区域性变化较大。采于琼山县三门坡的HE11剖面则位东部丘陵台地和沿海平原,年均温2410～2415℃,2结果与讨论2.1土壤的稀土元素含量有关REE在岩石风化过程中的移动和分异存在不同看法。文献6认为,风化早期阶段,REE会产生剧烈变化,而文献12却认为REE的移动或分异发生在风化过程的后期。本文发现在成土过程中相同的环境条件下,发育时间愈长,土壤REE总量愈高。表2和表3可见,几种稀土元素总Ξ收稿日期:1999204209;修订日期:1999208211基金项目:国家自然科学基金(49831004)资助项目作者简介:黄成敏(1968-),男,四川成都人,博量指标中,除样品HW112外,土壤各层次REE含量均大于玄武岩基岩。HW02剖面的土壤REE总量达306184～332107mg·kg-1,剖面HW03仅有70mg·kg-1左右。随发育程度加深,土壤与基岩的REE含量差异越大。原因在于土壤发育程度越高,其他大量元素除Fe,Al外,如Ca,Mg,K,Na等元素淋失也多,迁移能力相对较弱的量土壤发育程度的良好指标。剖面HE11的土壤成土时间虽远高于剖面HW03,HW10,HE05,HE09,但REE淋溶更强烈,导致总量减少。在土壤内部,表层土壤普遍小于中下层土壤。一般认为在强酸性条件下,粘粒矿物的吸附容量小,成土母质中盐基大量淋失,REE也遭淋洗,而在底层有所淀积,所以表现为剖面中表层的REE含量低于底富集13层14,15。REE总量与成土年龄呈极显著线性正相。在半风化岩体中,REE含量多高于基岩,关,相关系数达019937。表明REE总量可作为衡却较上覆土壤层少。表1样品分布与基本性质粘粒采样地点(剖面号)样〗品层次深度/cm土壤发育时间/104apHSiO2/(Al2O3+Fe2O3)SiO2/Al2O3琼山市十字路(HE09)土壤土壤母质层母质层基岩土壤土壤母质层火山角砾岩土壤土壤母质层基岩土壤土壤土壤土壤母质层半风化岩石土壤土壤土壤土壤土壤土壤土壤土壤土壤土壤土壤土壤土壤土壤土壤0～1515～3030...