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土壤是地球圈层系统相互作用的产物，也是联系生态系统生物地球化学循环的重要纽带。传统土壤发生学指出矿物风化是土壤中矿质元素的主要来源，而大气降尘对土壤物源的贡献经常被忽视，在我国的相关研究也比较薄弱。由于土壤时间序列在研究不同类型土壤演化速率与方向，进而建立土壤发生演化模型上具有重要的价值，并且能为土壤发生学理论的验证提供宝贵的信息。因此，本研究拟在我国热带地区海南岛选择具有代表性的不同风化程度玄武岩发育的土壤，构成的一个成土时间序列，按照发生层并结合表层的高密度采样，通过土壤常规指标、地球化学分析和Sr、Nd同位素指纹方法，系统研究土壤的元素、同位素特征和发生演变规律。通过系统对比剖面中的常量元素和痕量元素Ti、Zr、Ta和Nb等，以及Sr、Nd的含量和同位素值，探讨热带地区土壤中痕量元素的累积、迁移演变特征及其机理，揭示大气沉降对土壤发生发育的影响，进一步了解热带高度风化地区不同年龄玄武岩发育土壤的特点和多元特征，以及降尘对不同发育程度土壤的相对贡献，为理解我国热带地区土壤的发生演化过程提供更全面的认识。研究结果表明：
(1)通过野外土壤剖面形态特征、去除黏粒的粉粒含量、稳定元素Ti/Zr比值等多项母质不连续性判定指标的综合结果，可以得出本研究挑选的具有不同年龄玄武岩发育土壤其剖面内和剖面间的土体是由同种母质发育而成。通过对海南岛玄武岩发育土壤时间序列样品的一般理化性质研究发现，土壤中粘粒含量、pH和CEC7值，随土壤发育时间的增加均表现出较好的分异演变特性。随着成土时间的增加，颗粒组成逐渐变细、粘粒含量呈逐渐增加趋势，而随着碱基离子的逐渐淋失，土壤pH、CEC7值表现出逐渐降低的趋势。土壤有机碳的剖面分布特征符合一般的规律，其含量随着深度的增加而逐渐降低，且呈现出表层富集的趋势。
(2)土壤样品中大量元素以SiO2.Al2O3和Fe2O3为主，Al2O3、Fe2O3和TiO2在土壤层中明显富集，而K2O、Na2O、CaO、MgO等易溶组分的含量很低，除MgO含量略高于1％外，其余组分均不足1%。这表明研究区域土壤经历了较强的化学风化作用，符合亚热带地区脱硅富铝/脱硅富铝铁的基本成土过程，反映了热带地区特有的化学风化环境。海南岛玄武岩发育土壤时间序列中，土壤表层的K2O、CaO、P2O5含量均高于底土层，而土壤表层Si2O含量则随土壤年龄增加出现先降低后升高的变化趋势。这可能与土壤发育过程中受生物归还作用的影响有关。因此，我国热带地区土壤的形成是脱硅富铝化过程与生物富集过程共同作用的结果。
通过比较Ti、Zr、Nb、Ta、Th在土壤发生过程中的相对稳定性，并结合前人研究结果，在进行土壤发生过程中各种元素的质量平衡计算时，选择Th作为稳定元素，并以此作为物质质量平衡计算基础。通过物质质量平衡计算的元素移动与再分配规律表明，温带地区较难迁移的稳定元素(如Ti、Zr、Nb和Ta等)在高温多雨的热带环境下也会发生强烈的淋失，究其原因主要是受湿热环境下高有机质含量和强酸性条件影响。同时，痕量元素的含量组成和迁移特征也能较好地反映土壤的发育程度。随着土壤发育时间的增加，相对稳定元素在剖面中的迁移淋失量呈现增大的趋势；而对于非稳定痕量元素(如Li、Be、Co、Sc、Sr和Ba等)，在热带地区强风化条件下均发生了较大程度的迁移；随着土壤发育时间的增加，这些痕量元素的迁移率也逐渐增大，逐渐从剖面中迁移出土体。
(3)由于研究区域位于热带地区，土壤中原生矿物经历了强烈的风化作用，以大气降尘形式持续添加的新物质对土壤有着深远影响。海南岛玄武岩发育土壤母岩端元的87Sr/86Sr为0.7039，143Nd/144Nd比值为0.512848(εNd(0)=+4.10)；而陆源大气降尘端元的87Sr/86Sr为0.723，143Nd/144Nd比值为0.512100(εNd(0)=-10.44)。这两者物源Sr和Nd同位素值的强烈反差，便于我们利用Nd同位素组成示踪土壤的物质来源。
海南岛玄武岩发育土壤的87Sr/86Sr比值最高可达0.719，非常接近来自大陆源的大气降尘的Sr同位素比值(87Sr/86Sr=0.723)，表明土壤受到大气降尘物源输入的显著影响。从剖面内部纵向比较来看，近地表层土壤相对玄武岩母岩具有较高的87Sr/86Sr比值，表明近地表层土壤受到了来自陆源大气降尘组分的重要物源输入；而深土层样品的87Sr/86Sr比值显著低于表土层，最低值甚至非常接近玄武岩母岩的Sr同位素比值(87Sr/86Sr=0.7039)，指示该土层主要继承了玄武岩母岩的物源特征。从土壤发育时间横向比较来看，较年轻土壤母岩风化的低87Sr/86Sr比值是Sr的主要源，而对于较老的土壤，由于来自母岩风化的Sr源在热带条件下淋失强烈，陆源大气降尘的Sr补给则成为了主要的Sr来源。
海南岛玄武岩发育土壤的εNd(0)值介于-6.42到+1.85之间，高值接近玄武岩母岩的8Nd(0)值(+4.1)，而低值则接近陆源大气降尘的εNd(0)值(-10.44)，表明土壤既继承了玄武岩母岩的物质特性，也受到大气降尘物质来源的重要影响。近地表层土壤受到了来自陆源大气降尘组分的重要影响，而深土层则呈现出显著的高εNd(0)值的玄武岩物源特征。从土壤时间序列的钕同位素分异特征可以看出，较年轻土壤母岩风化的高εNd(0)值是Nd的主要源；对于较老的土壤，由于来自母岩风化的Nd源在热带条件下淋失强烈，而陆源大气降尘经过较长时间的不断累积，对剖面的物源补给则成为了主要的Nd来源。海南岛玄武岩发育土壤时间序列的87Sr/86Sr vs.τSr和εNd vs.τNd特征图以及87Sr/86Sr vs.εNd(0)双端元混合图，均指示Sr-Nd同位素随土壤发育时间的演化特征，反映海南岛土壤同时受到来自玄武岩母岩和陆源大气沉降的影响，是二者共同作用的产物。
(4)根据元素质量平衡原理，结合土壤剖面各层次的厚度、容重和烧失量(LOI)等物理化学属性以及玄武岩端元(εNd=+4.1)和陆源大气降尘端元(εNd=-10.4)的Nd同位素值，可以计算出各个土壤剖面来自大气降尘的物源贡献率(fNddusi)和接收的大气沉降量。
研究剖面由新到老，土壤中大气降尘的贡献率(fNddusi值)呈现逐渐增加的趋势，表明随着土壤发育年龄的增加，大气降尘对土壤的贡献率也相应增大。指示随着成土年龄的增加，土壤受母岩的物源影响逐渐减弱，而受到大气降尘的物源贡献逐渐增大。四个剖面底土层中的fNddusi值显著低于表土层，表明该土层主要继承了玄武岩母岩的物质来源，而受到大气降尘物源的影响较小。相反，近地表层土壤的中大气降尘的贡献率则明显增大，表明近地表层土壤受到了来自陆源大气降尘组分的重要影响。另外，根据大气沉降量除以土壤发育时间，可以计算得到土壤的大气沉降速率。土壤发育时间较短的剖面，能够给我们提供更为可靠的大气沉降速率估算值。通过对比海南岛和夏威夷群岛土壤的大气沉降速率可知，亚洲陆源降尘对海南岛地区的影响明显大于夏威夷群岛。这与前人对亚洲陆源降尘远距离输送沉降速率的估算相吻合。