从岩石到土壤：腐岩形成过程及其对成土过程中亚表层结构与微团聚体形成的遗传影响

本研究通过剖面-时间法揭示了不同基岩类型（花岗岩、砂岩、石灰岩）在温带气候条件下从原始基岩→腐岩→亚土壤的转化过程，阐明了基岩类型通过矿物组成和结构特征决定土壤微团聚体形成的物质基础，证实了土壤迁移物质在腐岩层中形成聚集结构的新机制，为理解成土过程中的"岩石遗传"效应提供了关键证据。

　　

岩石如何神奇地转变为孕育生命的土壤？这个看似简单的自然过程实则隐藏着复杂的科学奥秘。在地球表层，岩石经历漫长的风化作用和成土过程（pedogenesis），逐渐形成具有特定结构和功能的土壤。然而，长期以来科学界对基岩类型如何通过风化过程影响土壤微结构形成，特别是亚表层微团聚体（micro-aggregates）的初始发育机制认识不足。理解这一过程对预测土壤生态功能、评估气候变化影响具有重要意义。

德国研究团队在《Geoderma》发表的研究，创新性地采用"剖面代时间"（profile-for-time）方法，系统考察了德国中部三种典型基岩（花岗岩、砂岩、石灰岩）从原始基岩→风化腐岩（saprock）→亚土壤的连续转化过程。研究结合立体偏振显微镜、扫描电镜-能谱联用（SEM-EDX）、红外光谱和X射线衍射等分析技术，揭示了基岩类型通过"岩石遗传"（lithologic legacy）效应控制土壤微团聚体形成的物质基础。

在"基岩向腐岩转化：岩石遗传与风化效应"部分，研究发现花岗岩中的长石绢云母化和黑云母绿泥石化属于岩浆冷却后期的热液蚀变产物，而非现代风化作用结果；砂岩中孔隙胶结物的完全溶解和长石蚀变主要归因于近代风化；而石灰岩中的自形石英微晶则是埋藏成岩作用的遗迹。所有基岩类型均显示出铁元素从含铁矿物中活化并在裂隙中再沉淀的典型风化特征。

关于"母岩向亚土壤转化：岩石遗传与成土改造"的发现表明，硅酸盐基岩（花岗岩、砂岩）的风化残骸成为土壤微团聚体形成的"核芯"，而碳酸盐岩则仅提供溶解残余的粘土矿物。研究观察到两种世代不同的核芯包被：花岗岩发育土壤中，早期形成的铁氧化物（Fe-(hydr)oxide）富集包被经历物理改造；而砂岩发育土壤中，干湿循环导致细颗粒物质在矿物颗粒表面形成初始结壳。值得注意的是，碳酸盐岩发育土壤中纯粘土微团聚体显示出明显的收缩裂缝，反映干湿循环导致的粘粒重组。

研究特别揭示了"土壤可移动组分向基岩的迁移"现象。在石灰岩裂隙表面观察到由平行排列粘土矿物组成的胶膜（clay cutans），其中包含原地碳酸盐岩碎屑和可能来自土壤迁移的浑圆石英颗粒。这种聚集结构的形成证实了土壤物质可通过入渗流体向基岩反向迁移，在腐岩裂隙中形成次生聚集结构。

这项研究构建了基岩-土壤连续体转化的概念模型：岩石遗传效应通过矿物组成和结构特征决定土壤微团聚体形成的物质基础，表现为垂直方向上随时间线性发展的基岩→腐岩→土壤转化序列；而成土过程则通过物质迁移（包括下降和上升运动）非线性地塑造最终的土壤-岩石连续体特征。研究发现风化初期形成的铁氧化物和粘土矿物包被能保护岩石残骸免受进一步风化，这一机制解释了为何某些"岩石遗传"特征能在土壤中长期保存。

该研究的创新性在于：首次系统阐明了腐岩形成阶段对土壤微结构发育的奠基作用；证实了土壤物质向基岩反向迁移形成聚集结构的新机制；建立了不同基岩类型特有的风化-成土模式。这些认识为预测气候变化背景下土壤形成速率、评估土壤碳固定潜力提供了理论基础，对数字土壤制图和土壤生态系统服务功能评估具有重要应用价值。特别是关于铁氧化物在保护"岩石遗传"特征方面的发现，为理解土壤中元素长期保存机制开辟了新视角。