川西地區(qū)表土磁學(xué)性質(zhì)及其環(huán)境意義*

陳梓炫 呂 鑌? 鄭興芬 馬興悅 何梅菊 趙國永

（1 濕潤亞熱帶山地生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室—省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，福州 350007）

（2 福建師范大學(xué)地理研究所，福州 350007）

（3 福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，福州 350007）

（4 信陽師范學(xué)院地理科學(xué)學(xué)院，河南信陽 464000）

中國黃土高原黃土-古土壤磁化率作為古氣候代用指標(biāo)被廣泛應(yīng)用于重演古環(huán)境變化，可以很好指示東亞夏季風(fēng)的強(qiáng)度[1-2］，與大尺度的氣候旋回有著良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系[3］。在以往黃土高原地區(qū)黃土-古土壤序列的研究中表明黃土磁化率呈低值，古土壤磁化率呈高值，磁化率與成土強(qiáng)度呈極好的正相關(guān)關(guān)系，并使得古氣候從原來的定性描述轉(zhuǎn)化為定量半定量的研究[4］；黃土-古土壤磁化率與古氣候的關(guān)系存在多種解釋，普遍認(rèn)為成壤過程中形成的細(xì)小磁鐵礦和磁赤鐵礦顆粒是古土壤磁化率增強(qiáng)的主要原因，因此利用黃土-古土壤序列磁化率可以定量重建古降水[4-8］。

隨著磁學(xué)研究在全球各地的開展和深入，發(fā)現(xiàn)并非所有的黃土與磁化率呈良好的正相關(guān)，阿拉斯加[9］和西伯利亞[10］的黃土研究表明與成壤呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；新西蘭[11］和阿根廷[12］的黃土研究中磁化率與成壤強(qiáng)度呈現(xiàn)不相關(guān)。磁化率應(yīng)用于重演古環(huán)境變化關(guān)鍵在于弄清磁化率與氣候要素之間的關(guān)系。現(xiàn)代表土磁學(xué)性質(zhì)的研究是建立氣候和磁化率關(guān)系的有效手段之一，許多學(xué)者對(duì)不同地區(qū)的現(xiàn)代表土的磁學(xué)性質(zhì)以及與現(xiàn)代氣候的定量關(guān)系開展大量的工作[13-20］。前人研究表明磁性礦物的形成受控于多種因素的影響，如降水、溫度、濕度、母質(zhì)類型和性質(zhì)以及地形條件，其中降水量是最受關(guān)注的影響因素。降水量與磁化率存在密切的相關(guān)性，但并非單一的線性關(guān)系，而是在降水區(qū)間上存在兩個(gè)臨界值；第一個(gè)臨界值為成壤作用下亞鐵磁性礦物的開始生成，第二臨界值為過多降雨下成土環(huán)境開始以缺氧還原的環(huán)境占主導(dǎo)從而導(dǎo)致強(qiáng)磁性礦物的溶解開始。呂厚遠(yuǎn)等[6］最初指出長江以南地區(qū)在1100 mm降水量左右磁化率發(fā)生明顯的下降。Liu等[15］的研究表明磁化率與土壤有效濕度存在兩個(gè)臨界值；第一個(gè)臨界值前磁化率受控于源區(qū)的黃土堆積，第二個(gè)臨界值前土壤環(huán)境處于干旱氧化的環(huán)境，土壤溫濕狀態(tài)與磁化率呈正相關(guān)，第二個(gè)臨界值后土壤處于缺氧還原的環(huán)境，磁化率與成壤作用呈反相關(guān)。Long等[21］通過海南島的表土研究發(fā)現(xiàn)磁化率在年平均降水量1440 mm左右隨年平均降水量的增加而減小，指示了高降雨量使成土環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為還原的環(huán)境，成土過程開始以灰化和潛育化占主導(dǎo)。魏海濤等[22］研究還表明在母質(zhì)、地形復(fù)雜的區(qū)域頻率磁化率較磁化率可以更好指示降水量的變化。由于不同地域磁化率影響因素的組合和強(qiáng)度各不相同導(dǎo)致磁學(xué)性質(zhì)出現(xiàn)復(fù)雜的空間變化[16-25］，這些因素使不同區(qū)域成壤強(qiáng)度差異明顯，成壤強(qiáng)的區(qū)域磁化率主要受控于降水量或土壤狀態(tài)的變化，但一定程度會(huì)受到區(qū)域環(huán)境因子的干擾，成壤弱的區(qū)域磁化率主要受控于源區(qū)母質(zhì)類型和性質(zhì)，開展不同區(qū)域表土研究，有助于深入理解磁性與氣候環(huán)境因素的內(nèi)在聯(lián)系。

位于青藏高原的東南邊緣的川西地區(qū)，氣候主要受印度季風(fēng)、高原季風(fēng)的控制。該區(qū)是我國重要的黃土分布區(qū)，氣候、地形和近緣物質(zhì)與黃土高原區(qū)相比差異明顯，磁化率在該區(qū)的表現(xiàn)和環(huán)境意義可能較黃土高原復(fù)雜得多。本文選取川西地區(qū)表層土壤作為研究對(duì)象，對(duì)表土進(jìn)行系統(tǒng)的環(huán)境磁學(xué)研究，并與其他黃土地區(qū)進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)代氣象資料探討磁化率等磁學(xué)參數(shù)與降水量的關(guān)系，分析該區(qū)表土磁學(xué)性質(zhì)的空間變化、影響因素以及變化機(jī)制，為利用環(huán)境磁學(xué)參數(shù)進(jìn)行川西地區(qū)黃土古土壤古氣候研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

川西高原位于青藏高原的東部邊緣，平均海拔為3500 m左右，是青藏高原到四川盆地的過渡地帶，地勢(shì)西北高，東南低。該區(qū)域地形復(fù)雜，氣候深受西風(fēng)環(huán)流和高原季風(fēng)的影響，水汽主要來自印度洋和太平洋，年均降雨量為600～750 mm，干濕季分明，夏半年溫暖多雨，冬季寒冷干燥，年平均相對(duì)濕度分布范圍為47%～85%，年平均氣溫分布范圍為-0.9 ?到17.8 ?。川西高原東面的成都平原位于長江上游，主要受印度洋西南季風(fēng)和東亞季風(fēng)的影響，年平均氣溫為16.1℃，降雨充沛且在空間和季節(jié)上分配不均，降雨量向東南方向遞減。成都平原地區(qū)的土壤類型大多為水耕人為土，淡色潮濕雛形土，鋁質(zhì)常濕淋溶土區(qū)；四川盆地周緣土壤類型為常濕淋溶土，鈣質(zhì)常濕雛形土，腐殖鋁質(zhì)常濕雛形土區(qū)；川西高原土壤類型為鈣質(zhì)干潤雛形土、濕潤淋溶土、草氈寒凍雛形土區(qū)。

1.2 樣品采集

本文研究區(qū)緯度跨度為29°N～33°N，經(jīng)度跨度為99°E～104°E。川西高原是典型的風(fēng)成沉積區(qū)，但由于地形原因，厚層黃土沉積只分布在河谷階地或斷陷盆地等平坦地區(qū)，其成土母質(zhì)總體上為風(fēng)成沉積，含少量粗顆粒物質(zhì)，同時(shí)成都平原也有大量的風(fēng)成沉積。通過野外考察，在川西高原和成都平原西部地區(qū)采集了54個(gè)表土樣品（如圖1），表土采樣深度約2～5 cm，盡量選擇遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)村莊、收費(fèi)站的區(qū)域，減少人為因素對(duì)樣品的干擾，樣品較大程度代表天然狀況；同時(shí)選擇地形相對(duì)平坦且土層較厚，排除明顯發(fā)育于坡積、沖積、和殘積沉積物上發(fā)育的土壤，盡量選擇發(fā)育在風(fēng)成沉積物（黃土）的土壤層進(jìn)行采樣，所屬類型為常濕淋溶土。采樣時(shí)使用GPS記錄樣品的經(jīng)緯度和海拔高度。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)處理

樣品在實(shí)驗(yàn)室自然晾干后，磨成粉末狀，稱取適量樣品后用塑料膜包緊壓實(shí)，放入體積為8cm3的立方體無磁性樣品盒中進(jìn)行低頻磁化率（χlf）、高頻磁化率（χhf），非磁滯剩磁（ARM），等溫剩磁（IRM）等參數(shù)的測(cè)量。低頻（470Hz）磁化率（χlf）和高頻（4700Hz）磁化率（χhf）用Bartington MS2型磁化率儀測(cè)試，并進(jìn)行質(zhì)量歸一化處理以及計(jì)算出頻率磁化率（χfd=χlf-χhf），百分比頻率磁化率（χfd%）=χfd/χlf×100%，如無特別說明，下文中的磁化率（χ）指的是低頻磁化率；非磁滯剩磁（ARM）用D-2000交變退磁儀（交流峰值為100 mT，直流場為50μT）與Minispin旋轉(zhuǎn)磁力儀進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算出非磁滯磁化率（χARM）=ARM/50μT；等溫剩磁通過ASC IM-10-30強(qiáng)磁儀進(jìn)行施加磁場和Minispin旋轉(zhuǎn)磁力儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量等溫剩磁（IRM）和飽和等溫剩磁（SIRM=IRM1T）并計(jì)算出剩磁矯頑力（Bcr）和硬剩磁（HIRM=(SIRM+IRM-300mT)/2）和S-ratio=IRM-300mT/SIRM×100%；選擇代表性的樣品在可變場居里天平（VFTB）測(cè)量熱磁曲線和磁滯回線，并得到磁滯參數(shù)。以上樣品的處理和測(cè)試均在福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院濕潤亞熱帶山地生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室—省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地完成。

本文的氣象數(shù)據(jù)主要采用國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)（http://www.cma.gov.cn/2011qxfw/2011qsjgx/）發(fā)布的數(shù)據(jù)，運(yùn)用ArcGIS軟件進(jìn)行協(xié)克克里格空間插值，得出采樣點(diǎn)的年平均降水量、年平均溫度、年平均相對(duì)濕度。

圖1 川西表土樣點(diǎn)分布圖Fig. 1 Distribution of the topsoil sampling sites in West Sichuan

2 結(jié) 果

2.1 主要指示磁性礦物含量的磁學(xué)參數(shù)

磁化率（χ）可以用來粗略估量磁性礦物的含量，它的數(shù)值大小與樣品中磁性礦物的種類、含量以及磁性顆粒大小有關(guān)[26-28］。川西地區(qū)的表土樣品的磁化率（χ）值在6.25～136. 7×10-8m3·kg-1之間，均值為42.32×10-8m3·kg-1，宋揚(yáng)等[18］研究表明在黃土高原地區(qū)采集的表土樣品磁化率的范圍為12.38～199.50×10-8m3·kg-1，均值為92.83×10-8m3·kg-1，可見川西表土的磁性礦物含量要少于黃土高原地區(qū)。川西表土按照樣品在空間上的分布和降雨量將其分為三個(gè)地區(qū)，分別為川西高原的東部和北部地區(qū)（4～27號(hào)）、川西高原的西部和南部地區(qū)（28～51號(hào)）、成都平原西部地區(qū)（1～3號(hào)、52～54號(hào)），其對(duì)應(yīng)的磁學(xué)參數(shù)如表1，從表1可知在川西高原東部和北部地區(qū)的磁化率均值為35.75×10-8m3·kg-1，西部和南部地區(qū)磁化率均值為49.70×10-8m3·kg-1，成都平原的西部地區(qū)磁化率均值為44.21×10-8m3·kg-1，表明了川西高原西部和南部的磁性礦物含量稍高。

飽和等溫剩磁（SIRM）不受順磁性和抗磁性物質(zhì)的影響，反映亞鐵磁性礦物和不完整反鐵磁性礦物的貢獻(xiàn)[27-28］。川西表土的SIRM的平均值為233.2×10-5A·m2·kg-1，范圍為26.42～616.2×10-5A·m2·kg-1。在空間變化上，各個(gè)地區(qū)的SIRM變化趨勢(shì)與磁化率的變化趨勢(shì)大體一致。非磁滯剩磁磁化率（χARM）可以用來反映樣品中SD顆粒亞鐵磁性礦物的含量[27-28］。川西地區(qū)的表土χARM變化范圍為8.80～471.20×10-8m3·kg-1，平均值為108.10×10-8m3·kg-1。李平原等[20］研究表明黃土高原表土χARM均值為222.20×10-8m3·kg-1，范圍為71.18 ～360.50×10-8m3·kg-1，可見黃土高原的χARM較川西地區(qū)表土高，但川西地區(qū)的χARM范圍波動(dòng)更寬，指示川西表土單疇附近顆粒含量較黃土少，但變化幅度相對(duì)較大。表1表明了西部和南部的χARM要較成都平原西部高，指示了西部和南部SD顆粒的磁性礦物含量對(duì)磁化率貢獻(xiàn)較高。S-ratio主要反映了樣品中亞鐵磁性礦物與不完整反鐵磁性礦物的相對(duì)比例，它隨著不完整反鐵磁性礦物貢獻(xiàn)的增加而下降，而HIRM反映樣品中矯頑力高的硬磁性礦物的絕對(duì)含量[26-28］。川西表土的HIRM值最大值為25.53×10-5A·m2·kg-1，最小值為1.88×10-5A·m2·kg-1，平均值為9.48×10-5A·m2·kg-1，而S-ratio最大值為96.94%，最小值為49.69%，均值為88.68%。從表1中HIRM和S-ratio來看，成都平原西部的表土應(yīng)含有相當(dāng)多的高矯頑力磁性礦物，而川西高原的西部和南部地區(qū)的S-ratio均值達(dá)到了95.15%，可見西部和南部地區(qū)表土含有大量的低矯頑力亞鐵磁性礦物。

表1 川西表土磁學(xué)參數(shù)和環(huán)境因素Table 1 Magnetic parameters of the topsoil in West Sichuan and environmental factors

2.2 指示磁性礦物粒度的磁性參數(shù)

百分比頻率磁化率（χfd%）可以反映樣品中超順磁顆粒（SP）的比例，值越高表明整體磁顆粒越細(xì)，根據(jù)Dearing[28］在1999年提出的應(yīng)用來估算SP顆粒的模式，χfd%接近0時(shí)，樣品中磁性顆粒以大顆粒為主，不含SP顆粒。χfd%小于5%表明樣品磁性顆粒的組合不以SP顆粒為主導(dǎo)，當(dāng)χfd%大于6%則表明含有較高比例的SP顆粒，當(dāng)大于10%則表明樣品中含有大量的SP顆粒。川西表土樣品中測(cè)得的百分比頻率磁化率（χfd%）平均值為5.90%，最大值為11.34% ，最小值為0.66%。宋揚(yáng)等[18］測(cè)得的黃土高原表土百分比頻率磁化率的變化范圍為2.00%～11.10%，均值為6.90%。川西地區(qū)表土與黃土高原表土相比，均值與黃土高原要小，但波動(dòng)范圍稍寬，指示了川西地區(qū)不同地區(qū)表土的成壤作用差異明顯，且SP顆粒的含量少于黃土高原。從表1可知百分比頻率磁化率（χfd%）均值在成都平原西部的均值為最高，指示了成都平原西部地區(qū)SP顆粒的亞鐵磁性礦物含量較高并且具有更強(qiáng)的成土作用。χARM/χ和χARM/SIRM 的比值可以指示磁性礦物顆粒大小的變化。χARM/χ高值代表樣品中磁性礦物以穩(wěn)定單疇（SSD）為主，低值反映樣品中磁性礦物以粗粒假單疇（PSD）和多疇（MD）為主[29］。χARM/SIRM較χARM/χ對(duì)粒徑的指示會(huì)更加明確，該比值只受永久磁化顆粒（即SSD、PSD和MD）的影響[29］。從表1各地區(qū)的χARM/χ，χARM/SIRM的均值來看，成都平原西部的磁性顆粒的粒徑較其他地區(qū)更細(xì)，含有更多的SD附近顆粒的亞鐵磁性礦物。

2.3 磁滯回線和熱磁曲線

磁滯回線能夠很好地指示樣品中磁性礦物的類型和疇?wèi)B(tài)特點(diǎn)[27-28］。圖2中樣品的磁滯回線均經(jīng)過了順磁校正，從圖可知川西表土的大部分磁滯回線變化基本一致，總體形態(tài)呈現(xiàn)高而瘦，與黃土高原相似，表明大部分樣品主要以低矯頑力的亞鐵磁性礦物為主。15號(hào)和32號(hào)樣品中的磁滯回線在300 mT左右形成閉合，表明樣品中含有高比例的低矯頑力亞鐵磁性礦物；11號(hào)和38號(hào)樣品在500 mT沒有閉合，指示了樣品中含有較多的高矯頑力磁性礦物。磁性礦物在加熱過程中表現(xiàn)出不同的磁性特征，因此利用熱磁曲線可以分析樣品中所含磁性礦物的種類[27-29］。從整體上看，所有的樣品中的熱磁曲線加熱到580 ?附近，磁化強(qiáng)度迅速下降，表明樣品中以磁鐵礦為主，并且樣品的加熱曲線在冷卻曲線的下方，指示了在加熱過程中產(chǎn)生大量的強(qiáng)磁性礦物。其中樣品的熱磁曲線的磁化強(qiáng)度在500 ?左右出現(xiàn)明顯的峰值，這與黃土高原黃土的熱磁曲線一致，指示了樣品中含鐵硅酸鹽礦物或弱磁性礦物在加熱過程中轉(zhuǎn)化為磁鐵礦[30］。大部分樣品的磁化強(qiáng)度在300～450 ?間有明顯的減少，這可能是亞穩(wěn)定、強(qiáng)磁性的磁赤鐵礦受熱轉(zhuǎn)化成熱穩(wěn)定的、弱磁性的赤鐵礦(γ-Fe2O3→α-Fe2O3)造成的[31］。此外，32號(hào)樣品在300 ?左右出現(xiàn)了峰值，指示了加熱過程中鐵的氫氧化物（如纖鐵礦）脫水生成了少量磁赤鐵礦(γ-FeOOH→γ-Fe2O3)[32］，表明了川西表土可能存在土壤季節(jié)性濕潤的現(xiàn)象導(dǎo)致成土環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)還原環(huán)境的現(xiàn)象。

圖2 表土典型樣品磁滯回線和熱磁曲線Fig. 2 M-T curves and magnetic hysteresis loops of the topsoil samples

3 討 論

3.1 川西地區(qū)表土磁性特征

川西地區(qū)表土樣品的磁化率均值要較黃土高原要弱得多，指示了其磁性礦物含量較黃土高原要少，但該地區(qū)表土含有較多的SP顆粒含量，表明成土強(qiáng)度與黃土高原差異不是很大，且該區(qū)域的年平均降雨量整體要較黃土高原高，按以往黃土高原降水量與成壤呈正相關(guān)來分析，該地區(qū)應(yīng)該有更強(qiáng)的磁化率，但事實(shí)上并不是這樣的，這可能要?dú)w因于該區(qū)域的環(huán)境因子改變了成壤的環(huán)境。此外熱磁曲線可知樣品中含有纖鐵礦，指示川西表土可能由于存在季節(jié)性的過度濕潤從而使成土環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原缺氧的環(huán)境，溶解了強(qiáng)磁性的鐵氧化物，導(dǎo)致成壤作用和磁化率的關(guān)系減弱。圖3（a）中χ和SIRM具有良好的相關(guān)性，指示磁化率主要由亞鐵磁性礦物和不完全反鐵磁性礦物所控制。圖3（b）中χfd是與SP顆粒的含量密切相關(guān)的磁學(xué)參數(shù)，Maher[33］表明χfd與χ軸的截距χ0可以表示原生母質(zhì)對(duì)土壤磁化率的穩(wěn)定貢獻(xiàn)，黃土高原χ0大約在20×10-8m3·kg-1，從圖3（b）可以看出χ和χfd有良好的線性關(guān)系，R2為0.932，表明磁化率的貢獻(xiàn)很大部分來自SP顆粒的亞鐵磁性礦物，χ和χfd的截距χ0為10.54×10-8m3·kg-1，表明母質(zhì)中原生磁性礦物對(duì)磁化率的穩(wěn)定貢獻(xiàn)較小。圖3（c）中表征SD含量的χARM隨χ增加而增加，趨勢(shì)與圖3（b）相似，指示了SD和SP顆粒的磁性礦物與磁化率密切相關(guān)，這與黃土高原的黃土-古土壤的研究相似，指示了川西表土的磁化率增強(qiáng)機(jī)制與黃土高原相似，即磁化率主要由成土作用生成的納米級(jí)SP、SD的亞鐵磁性礦物所貢獻(xiàn)。

圖3 表土樣品典型磁學(xué)參數(shù)散點(diǎn)圖Fig. 3 Scattergraph of magnetic parameters of the topsoil samples

3.2 川西地區(qū)表土磁學(xué)參數(shù)空間變化

綜合川西高原東部和北部，西部和南部以及成都平原西部的磁學(xué)性質(zhì)和水熱條件（見表1）可以發(fā)現(xiàn)成都平原西部地區(qū)具有更高的降水、溫度，成土作用相對(duì)也要強(qiáng)，但磁化率并未較其他地區(qū)強(qiáng)，甚至小于西部和南部地區(qū)，且含有大量的高矯頑力磁性礦物，指示了成都平原西部的表土可能由于高溫多雨的氣候條件下發(fā)生強(qiáng)磁性礦物向弱磁性礦物轉(zhuǎn)變的過程，從而導(dǎo)致亞鐵磁性礦物含量的降低而高矯頑力的磁性礦物含量的增高，其中高矯頑力礦物主要為赤鐵礦含量。東部和北部地區(qū)與西部和南部地區(qū)這兩個(gè)地區(qū)的MAP和MAT均值，西部和南部地區(qū)的相對(duì)濕度低，但磁化率均值卻有比較大的區(qū)別；從西部和南部地區(qū)SP顆粒含量和S-ratio來看意味著西部和南部地區(qū)有更強(qiáng)的成土作用，成土作用產(chǎn)生的細(xì)粒亞鐵磁性礦物對(duì)磁化率的貢獻(xiàn)很大；值得注意的是，西部和南部地區(qū)的HIRM較東部和北部地區(qū)高，東部和北部地區(qū)的S-ratio卻較西部和南部地區(qū)低得多且Bcr較高，而HIRM主要由赤鐵礦所貢獻(xiàn)，表明了東部和北部地區(qū)的不完全反鐵磁性礦物的貢獻(xiàn)可能來自于針鐵礦。

3.3 川西地區(qū)表土磁學(xué)參數(shù)與環(huán)境因子之間的關(guān)系

土壤的磁學(xué)性質(zhì)主要由母質(zhì)類型和后期環(huán)境作用共同決定的，母質(zhì)提供鐵的輸入，經(jīng)風(fēng)化作用下釋放鐵，并形成一系列次生的含鐵礦物，這些礦物會(huì)在土壤發(fā)育過程遷移并發(fā)生轉(zhuǎn)化、溶解和沉淀等過程，造成磁性礦物在含量、種類和粒徑的改變[16-25,34-36］。土壤發(fā)育的干濕狀態(tài)對(duì)土壤中磁學(xué)礦物的生成，轉(zhuǎn)變和溶解尤為重要，而降水量是影響土壤狀態(tài)的重要因素之一。圖4（a～f）中可見MAP、MAT與χ，χfd，χfd%的相關(guān)性較差，較宋揚(yáng)等[18］在黃土高原測(cè)得的表土與MAP、MAT的相關(guān)性差得多。川西表土磁化率與MAP總體呈增長的趨勢(shì)，指示了磁性礦物的含量隨MAP增長而增長，但在1 000 mm以上降水量磁化率趨于平緩且有下降的趨勢(shì)，這與以往研究相似。MAP與χfd%總體呈線性相關(guān)，指示了表土中SP顆粒的含量隨MAP上升而上升，但χfd%在650 mm～700 mm起伏變化非常大，可見在空間上成土作用差異明顯。由于該地區(qū)的地形非常復(fù)雜，對(duì)降水和溫度的分配影響很大，而且還存在季節(jié)性濕潤的現(xiàn)象，這對(duì)土壤土體狀態(tài)（有氧和缺氧狀態(tài)）有很大的影響，這些情況使亞鐵磁性礦物和反鐵磁性礦物的生成和轉(zhuǎn)換變得更加復(fù)雜，從而導(dǎo)致磁化率與MAP的相關(guān)性變差。土壤中的磁性礦物主要由原生的磁性礦物（以粗粒PSD和MD為主）和后期成土過程中新生成的強(qiáng)磁性礦物（以納米粒級(jí)Sp、SD和較細(xì)PSD為主）組成，土壤中次生磁性礦物的含量和粒徑對(duì)氣候是非常敏感[36-38］。χfd/HIRM反映成土產(chǎn)生的細(xì)粒亞鐵磁性礦物和反鐵磁性礦物的含量比值，從圖4（g）可知MAP在1 000 mm以下χfd/HIRM比值隨MAP同步上升，表明亞鐵磁性礦物的含量占主導(dǎo)位置，在1 000 mm以上反鐵磁性礦物含量逐漸占主導(dǎo)地位，而ARM/HIRM同樣可以表示成土作用產(chǎn)生的亞鐵磁性礦物和反鐵磁性礦物的含量比值，圖4（g）與圖4（h）趨勢(shì)一致。χARM/SIRM和χfd%均可以表征成土作用下生成的細(xì)粒/超細(xì)粒在磁性礦物中的含量，可以重建夏季風(fēng)強(qiáng)度和降水量[36,37］。從圖4（i）可見磁學(xué)參數(shù)χARM/SIRM隨MAP的上升而上升，與圖7f 相似，指示了在成土作用下磁性礦物的粒徑整體上隨MAP上升而變細(xì)。整體上表征粒徑相關(guān)參數(shù)χfd%和χARM/SIRM可以更好指示降水量的變化，事實(shí)上亞鐵磁性礦物與反鐵磁性礦物的含量比值由于該區(qū)相對(duì)濕潤的土壤狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致成土生成部分亞鐵磁性礦物被溶解產(chǎn)生弱磁性礦物，而表征成土作用產(chǎn)生的磁性顆粒粒徑的磁學(xué)參數(shù)不容易受到土壤狀態(tài)的影響。

圖4 磁學(xué)參數(shù)與環(huán)境參數(shù)的相關(guān)性Fig. 4 Diagram of the relationships between magnetic parameters and environmental parameters

4 結(jié) 論

（1）川西表土以亞鐵磁性的磁鐵礦為主，并含有少量的磁赤鐵礦和弱磁性的赤鐵礦；磁性礦物的粒度相對(duì)較細(xì)，含有大量的超順磁（SP）和單疇（SD）磁顆粒；川西表土的磁化率增強(qiáng)機(jī)制與黃土高原相似，主要受成土作用產(chǎn)生的細(xì)SP和SD的磁鐵礦和磁赤鐵礦所控制。（2）川西高原的西部和南部的磁性礦物含量相對(duì)川西其他地區(qū)較高，表土含有大量的低矯頑力亞鐵磁性礦物，SD附近的磁性顆粒對(duì)磁化率具有很大的貢獻(xiàn)；川西高原的東部和北部磁性礦物含量、SP和SD顆粒含量均不及西部和南部，這兩個(gè)地區(qū)的差異可能受控于濕度；成都平原西部地區(qū)成土作用最強(qiáng)，SP含量較高，磁性顆粒的粒徑較其他地區(qū)更細(xì)，但表土含有較多高矯頑力磁性礦物，顯然發(fā)生了強(qiáng)磁性礦物向弱磁性礦物轉(zhuǎn)換的過程。（3）川西地區(qū)表土的磁學(xué)參數(shù)與MAP的趨勢(shì)與以往研究相似，但相關(guān)性不及黃土高原。磁化率與MAP并不呈現(xiàn)單一的線性關(guān)系，但整體上隨MAP呈上升趨勢(shì)，1000 mm以上降水量磁化率趨于平緩且有下降的趨勢(shì)；MAP在1000 mm以下磁性礦物的含量，粒徑總體上隨MAP逐漸變細(xì)。表征粒徑相關(guān)的參數(shù)χfd%，χARM/SIRM較表征成土產(chǎn)生的亞鐵磁性礦物和反鐵磁性礦物的含量比值在該地區(qū)更適合指示降水量的變化。

致 謝靳建輝博士、周子博、溫昌輝和侯順民參與了野外采樣，在此一并致謝！