植被类型对亚热带不同土壤硅含量的影响机制及其风化程度指示意义

这篇研究通过对比巴西亚热带地区两种典型土壤（铁铝土Ferralsol和疏松土Regosol）在原生森林与草原植被下的硅(Si)动态特征，揭示了土壤风化程度与植被类型的关联性。研究发现：1）铁铝土有效硅含量(6.31-8.76 mg kg?1)显著高于疏松土；2）植被类型对有效硅无显著影响；3）矿物学分析显示两类土壤均含伊利石/云母(illite)、高岭石(kaolinite)和石英(quartz)；4）粉粒/粘粒比值(silt/clay ratio)是区分土壤风化程度的关键指标。该研究为理解生物-矿物相互作用提供了新视角。

　　

土壤风化与植被的硅循环博弈

Abstract
土壤风化过程与自然植被覆盖存在密切关联。研究选取巴西亚热带地区两种对比鲜明的土壤类型——高度风化的铁铝土(Ferralsol)和弱风化的疏松土(Regosol)，在原生森林和草原植被下探究其风化程度差异。通过形态学、硅含量和矿物学组合分析发现，尽管植被类型对有效硅含量影响有限，但土壤类型显著改变了硅的动态分布。

核心发现

• 有效硅含量在铁铝土中更高(8.76 vs 6.31 mg kg^?1)
• 总SiO₂含量达283.5-341.4 g kg^?1
• 风化指数Ki在铁铝土A层达2.77

1 引言
硅作为地壳第二大元素，其生物地球化学循环深刻影响着土壤发育。研究假设植被类型通过：1）植物组织硅积累差异；2）矿物溶解速率改变；3）生物硅沉淀(phytoliths)等途径调控土壤硅动态。亚热带特有的森林-草原交错带为验证该假设提供了理想场所。

2 材料与方法
2.1 研究区域
采样点位于巴西南部água Santa市(28°S)，属Cfa气候型，母质为巴拉那盆地火山岩(Serra Geral组)。采用对比设计：

• 铁铝土：原生草原(FNG) vs 森林(FNF)
• 疏松土：原生草原(RNG) vs 森林(RNF)

2.3 关键分析

• 有效硅：CaCl₂提取-钼蓝比色法
• 总元素：X射线荧光光谱(XRF)测定SiO₂/Al₂O₃/Fe₂O₃
• 矿物学：X射线衍射(XRD)鉴定粘土/粉粒组分

3 结果
3.1 风化指标
铁铝土展现出：

• 更高Ki指数(2.97 vs 2.49)
• 更低粉粒/粘粒比(0.37-0.51 vs 1.04-2.08)
• 特征性矿物组合：高岭石(d=0.716 nm)+石英(d=0.334 nm)

3.2 矿物学共性
所有土壤均含：

• 粘土矿物：伊利石(1.001 nm)+高岭石
• 原生矿物：石英+方石英(cristobalite, 0.405 nm)

4 讨论
4.1 硅动态悖论
尽管铁铝土风化程度更高，其有效硅反而更丰富。这可能源于：
1）粘土矿物对硅的吸附保护
2）草原植被(Poaceae)的强硅吸收-归还循环

4.2 气候的调控作用
研究区域较冷的亚热带气候延缓了：

• 2:1型粘土矿物(如伊利石)的分解
• 铁铝氧化物对硅的固定

5 结论
该研究揭示了亚热带土壤中：
1）土壤类型而非植被主导硅分布
2）粉粒/粘粒比是更可靠的风化程度指标
3）需结合植物组织硅分析深化生物-矿物互作认知

这项工作为理解"植被-土壤"协同演化提供了关键证据，特别强调了在评估风化过程时需整合多尺度指标。未来研究可延伸至人工林等受干扰生态系统，以揭示人类活动对硅循环的影响。