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对土壤发生过程的解译是理解土壤资源及其功能演变的基础。在高山地区,研究土壤发生过程有利于更好地揭示高山生态系统演变规律、土壤对气候变化的响应与反馈以及对流域水文过程的影响。受气候条件限制,多数高山地区化学风化较弱,但已有研究表明在全球范围内,大气沉降和气候变化对高山土壤和生态系统有重要的影响。 根据研究区土壤母质类型及其在地貌中的分布,选取了具有普遍意义的三个典型土壤母质-地形序列进行土壤发生学研究,其中包括单一母质(风积表土)地形序列,葫芦沟小流域冰碛物-风积物地形序列以及托勒盆地风积物-冲积物地形序列,并对不同组成的土壤序列进行了系统的土壤发生学表征和对比。 研究表明,黑河上游祁连山区属高寒气候,化学风化较弱,土壤很大程度上保留了母质的印记,这为利用沉积物粒度特征追溯土壤物质来源提供了可能性。该研究区土壤地表往往能够覆盖有一层粉质土层,其下则多为碎屑物质,理解表层细土物质来源具有重要的生态学意义。本研究利用土壤粒度曲线特征,结合前人在研究区所做的沉积学研究结果,对土壤母质进行了沉积类型划分,共划分出风积物、冲积物、坡积物与残积物四大类,其中风积物是研究区土壤特别是表土发育的主要来源,其分布十分广泛。 通过研究风积表土序列发现:研究区土壤化学风化较弱,主要过程为方解石和白云石的淋失。土壤黏粒含量普遍较低,黏土矿物以伊利石和绿泥石为主。主导土壤发生过程为土壤有机碳积累和碳酸钙淋洗,二者具有显著的负相关关系,这一方面是由于随海拔上升,降水增加与温度降低同时有利于有机碳积累和碳酸钙溶解;另一方面,土壤质地均一导致其对土壤过程的影响很大程度上被掩盖。土壤碳酸钙淋洗和土壤有机碳积累的共同作用提升了土壤生态水文功能,包括土壤pH由碱性趋于中性,土壤容重降低,土壤孔隙度提高,土壤阳离子交换量提高,土壤田间持水量和萎蔫含水量均有所提高。 通过研究葫芦沟小流域冰碛物-风积物序列发现:高海拔地带土壤细土物质主要来自于风积物,但风积物来源有所不同。三个重复出现的特征粒度峰值16μm、35μm、80μm揭示了流域土壤的发生学联系,它们分别指示不同来源、搬运路径和动力的风积降尘。其中16μm粒径峰值对应西风携带的远源粉尘;35μm粒径峰值对应冬季风带携带的风积物;80μm粒径峰值对应局部强风造成的近地扬尘,来源主要为近源河流冲积物。细土物质的积累极大地提升了高山碎屑质土壤的生产性能,为植被的生长和土壤有机碳的积累提供了有利条件。而另一方面,植被的生长可以显著提升对降尘的捕获能力,使研究区土壤不断向上加积。尤其在高山草甸植被中,草毡表层的形成很大程度上保护了风积降尘免遭侵蚀。此外,对比不同土壤发生层持水性能发现,草毡表层在不同基质势下均具有最高的持水能力,结合前人在流域进行的水文学研究,提出草毡表层能在坡面尺度和流域尺度显著影响流域水文过程。 通过研究托勒盆地风积-冲积序列发现:沉积物的分布主要受地貌单元调控,在山坡地带土壤母质主要为风积物;在冲积扇土壤母质主要为砂质冲积物,同时有粉质冲积物和风积物存在;冲积河道与泛滥平原主要为风积黄土覆盖于冲积碎屑之上。土壤发育同时受到地貌类型和沉积物类型的影响,其中沉积物类型直接影响土壤属性和土壤持水、固碳能力,而地貌一方面通过影响沉积物类型的分配影响土壤发生过程,另一方面通过影响水热条件,包括地下水等影响土壤发育。 本研究全面地表征了青藏高原独特土壤表层—草毡层的生态水文功能,明确了不同序列土壤发生过程及其对土壤功能演变的影响,在建立土壤环境—土壤过程—土壤功能的内在联系上取得了新的认识。