關(guān)中平原第5層古土壤風(fēng)化特征研究

關(guān)中平原第5層古土壤風(fēng)化特征研究

中國科學(xué)家對中國黃土和環(huán)境變化進行了大量研究，取得了顯著成效。目前，中國黃土對250萬人口的地文水分變化進行了詳細(xì)記錄，并可以作為全球陸地環(huán)境變化的重要標(biāo)準(zhǔn)[1.6]。在以往的研究中，黃土是冬季風(fēng)天氣的惡化和夏季土壤水分的相對溫濕氣候，而老土壤水土是夏季風(fēng)天氣的惡化。天氣變化很大，羅川黃土剖面的研究表明，羅川5s是棕色的土壤。在過去的10多年研究中，中國西北部的空氣堆積始于第三紀(jì)，當(dāng)時氣候開始干燥。然而，在研究紅色古土壤風(fēng)化剖面的變化深度時，僅調(diào)查了土壤侵蝕程度、土壤含水量和土壤侵蝕程度的變化。這些問題的研究不僅擴大了研究環(huán)境變化的內(nèi)容，而且對加深對氣候變化和古植被性質(zhì)的理解起到了重要作用，對解決現(xiàn)有問題和意見之間的差異起到了重要的推動作用。本文在探討該層古土壤侵蝕特征和環(huán)境變化的特點的基礎(chǔ)上，研究了該層古土壤侵蝕特征和環(huán)境變化。1區(qū)域、剖面和方法的研究2結(jié)果2.1土壤紅色黏土膠膜的分布特征關(guān)于第5層古土壤黏土膠膜分布,過去進行了一定的研究,但定量研究不夠,對遷移、分布深度研究很少.黏土膠膜分布深度代表了不可溶膠體成分的遷移強度,對環(huán)境變化與淋溶強弱的指示作用比可溶化學(xué)成分遷移及其含量變化更為重要.通過野外觀察和顯微鏡下的觀察可知,該層古土壤的紅色黏土膠膜分布特別,不僅在紅色黏化層中大量存在,而在黏化層底界之下的黃土(L6)中也有較多分布(圖2(a)~(i)),分布深度可達(dá)第6層黃土頂面之下1.8m深處.從上向下,紅色黏土膠膜含量減少,分布面積變小.在L6上部0.5m范圍內(nèi)多為直徑1~20cm或更大的不規(guī)則厚片狀(圖1(a),圖2(a),(b)),聚集最厚者可達(dá)1~2mm,向下逐漸變?yōu)楸∑瑺?、斑點狀與細(xì)條狀(圖2(c)~(i)).在L61.8m深度以下,一般不見紅色膠膜出現(xiàn).顯微鏡下對62張薄片的鑒定也表明第6層黃土1.8m深度之下幾乎無光性黏土膠膜存在,1.8m以上光性黏土膠膜逐漸增多.第6層黃土2.2m深處S5CaCO3結(jié)核淀積層的存在和結(jié)核層之上淋濾裂隙的存在表明L6上部的膠膜來自S5黏化層(圖1(a),(b)).2.2不同立地條件下黏土膠膜礦物成分對比根據(jù)宏觀與微觀識別相結(jié)合的方法,我們對西安東郊任家坡、藍(lán)田田家坡、長安雙竹村和寶雞陵塬何家村該層古土壤進行了大量觀察.觀察結(jié)果表明,土體表面一般均為紅色膠膜覆蓋,只有無裂隙、孔洞發(fā)育處才無黏土膠膜覆蓋.這表明該層古土壤黏土膠膜發(fā)育非常好.利用半自動顯微鏡圖像處理系統(tǒng),對所研究的4個剖面中103張薄片進行了鏡下統(tǒng)計.統(tǒng)計結(jié)果表明,該層古土壤黏化層中部黏土膠膜發(fā)育很好,呈厚片狀,光性較均一,含量最高可達(dá)30%(圖1(c),(d)),一般占20%左右.過去對黃土中黏土膠膜的化學(xué)組成研究很少,這是由于膠膜樣品難以采集的緣故.關(guān)中平原S5厚度較大的片狀膠膜為我們研究其化學(xué)成分提供了良好材料.安芷生和魏蘭英先生對洛川S5黏土膠膜的研究表明,黏土膠膜礦物成分主要為伊利石和蒙脫石,化學(xué)成分中SiO2占50.3%,Al2O3和Fe2O3分別占20.5%和9.7%,Na2O和K2O含量分別為0.39%和3.36%.我們所作的16塊較純的厚片狀黏土膠膜樣品的化學(xué)分析顯示,膠膜中SiO2含量為38.64%~43.44%,Al2O3含量為22.23%~24.82%,Fe2O3含量為9.6%~12.7%,K2O含量為2.83%~3.09%,Na2O含量為0.25%~0.32%.這一分析結(jié)果顯示,關(guān)中平原S5黏土膠膜中SiO2含量比洛川S5黏土膠膜中的SiO2低7%左右,Al2O3和Fe2O3含量分別高2%左右,K2O和Na2O含量略有降低.根據(jù)這一分析結(jié)果判斷,西安黏土膠膜比洛川發(fā)育更好,指示的成壤作用更強.與土體樣品化學(xué)成分相比,黏土膠膜具有顯著富含F(xiàn)e2O3與Al2O3的特征.通過對比得知,S5中黏土膠膜Fe2O3含量與南京黃棕壤鐵質(zhì)結(jié)核化學(xué)成分幾乎相同,而Al2O3含量比南京黃棕壤高5%~7%,指示其成壤強度比南京黃棕壤強.因黏土礦物本身一般不含F(xiàn)e2O3,所以紅色膠膜中11%左右的Fe2O3顯然是存在膠體狀赤鐵礦的顯示,它代表了Fe2O3的遷移.為獲得膠膜礦物成分的理想結(jié)果,我們對田家坡、任家坡和何家村剖面分別進行了4個厚片狀膠膜樣品的X射線衍射.結(jié)果表明,膠膜礦物成分以蒙脫石為主,一般占68%~80%,伊利石和高嶺石各占8%左右,石英少量.這表明關(guān)中平原S5黏土膠膜主要是由新生黏土礦物蒙脫石和一定量的高嶺石、伊利石構(gòu)成.2.3caco3遷移深度利用氣量法對所研究的4個剖面106塊樣品的CaCO3含量進行了分析,結(jié)果表明(圖3(a)~(c)),該層土壤黏化層中CaCO3含量很低,一般都在1%以下,多數(shù)樣品為0.0,在深部的淀積層中含量高,在有的剖面中達(dá)60%以上.在西安任家坡和長安雙竹村該層土壤之下的L6上部2m左右厚度范圍內(nèi),CaCO3含量也小于1%(圖3(a)),在降水量偏多的白鹿塬東端的田家坡和寶雞何家村剖面,該層土壤CaCO3遷移更強烈,在L6上部2.5m厚度范圍內(nèi)CaCO3含量都很低,2.5m以下CaCO3的含量也只有3%左右(圖3(c)).如按CaCO3結(jié)核淀積層下界計算,任家坡和雙竹村S5CaCO3遷出黏化層底界的距離已達(dá)2.7m,其遷出黏化層頂界的距離已達(dá)4.2m,田家坡和寶雞何家村S5的CaCO3遷移深度比任家破和雙竹村剖面更大.CaCO3是可溶成分,它比可溶的膠體成分易遷移,所以它的遷移深度比由Fe2O3和黏土礦物構(gòu)成的黏土膠膜遷移深度大(圖1(a),(b)).2.4古土壤中sr的遷移特性對于易遷移的元素,它們在剖面中的變化也很明顯,在受淋溶的層位含量低,在淀積的層位含量高,Sr就屬于這樣的元素.Sr在地表活動性與鈣接近.通過對所研究的4個S5剖面中106塊樣品的原子吸收法分析可知,古土壤黏化層Sr含量一般在40×10-4~75×10-4之間(圖3(d),(e)),而在黃土和富含Sr的CaCO3淀積層中Sr含量在90×10-4~150×10-4之間(圖3(d),(e)),在風(fēng)化淋濾的黃土層中Sr含量與黏化層中基本相同(圖3(d),(e)).Sr含量變化表明,Sr的遷移深度、淀積層位與CaCO3相同,也表明該層土壤具淋溶特征.2.5土壤的結(jié)構(gòu)及土壤理化性質(zhì)的變化在第5層古土壤底部之下的黃土中(L6),上部2m厚的黃土受到了風(fēng)化作用的顯著影響,除表現(xiàn)為上述的CaCO3與Sr含量很低以外,土體的風(fēng)化破碎、較密集的裂隙發(fā)育也是突出的特征(圖1(a),(b)).深部黃土的破碎反映了較強的風(fēng)化過程.還需特別指出的是,在所研究的4個剖面中,風(fēng)化黃土層上部0.5m厚度的土層變成了棕紅色,這種棕紅色土層仍具有黃土的結(jié)構(gòu),但不是紅色黏土膠膜存在的顯示,而是土層本身受到了氧化作用和產(chǎn)生了Fe2O3的結(jié)果.根據(jù)中國現(xiàn)代土壤資料可知,秦嶺以北現(xiàn)代土壤黏化層幾乎都不呈現(xiàn)棕紅色,其下的母質(zhì)層上部更沒有變?yōu)樽丶t色風(fēng)化層的現(xiàn)象.而在南方亞熱帶黃棕壤之下的母質(zhì)層上部常有氧化變紅的母質(zhì)層發(fā)育,這表明棕紅色風(fēng)化母質(zhì)層的發(fā)育是亞熱帶土壤的突出特征.棕紅色風(fēng)化母質(zhì)層的形成需要較高的溫度條件,這也是其發(fā)育在亞熱帶地區(qū)的主要原因.3討論3.1土層重力水淀積的機理包氣帶的水分由上而下可分為重力水帶、薄膜水帶和包氣帶之下的地下潛水帶.下述表明,確定重力水帶分布深度具有十分重要的科學(xué)意義.根據(jù)野外觀察和試驗分析,我們發(fā)現(xiàn)CaCO3和Sr的淀積層、風(fēng)化淋濾黃土層、膠膜中的黏土礦物和Fe2O3的遷移深度都有指示重力水分布深度的作用.使土層化學(xué)成分發(fā)生溶解和遷移的水主要是重力水.前人一般認(rèn)為,薄膜水也能夠溶解可溶鹽,但其溶解作用很弱.據(jù)我們的觀察,薄膜水可以溶解易溶的鹽類,但對難溶的碳酸鹽幾乎沒有溶解作用,也不具備使CaCO3發(fā)生沉淀的作用.如S5等發(fā)育好的古土壤黏化層形成之后經(jīng)歷了長達(dá)幾十萬年的薄膜水的作用,但許多古土壤黏化層中的CaCO3含量仍然為0.0.這充分證明S5的CaCO3淀積層不是薄膜水作用的結(jié)果,而是重力水溶解、遷移和沉淀的結(jié)果,而且后期的薄膜水對其沒有發(fā)生作用.土層中的薄膜水是吸附水,其特點是含量低,運移速度緩慢,這是其溶解力很弱的原因.土層重力水是土層含水量大于田間持水量的條件下形成的水,黃土高原南部的田間持水量為20%,所以關(guān)中平原土層重力水帶水分含量大于20%.由于土層重力水含量高,運動速度快,有時具有酸性特點,所以具有較強的溶解、遷移能力和沉淀的能力.CaCO3淀積層和元素Sr發(fā)生淀積的可能原因有2個,一是隨著水溶液的向下入滲,水溶液由酸性變?yōu)閴A性,含CaCO3和Sr的水溶液達(dá)到過飽和而發(fā)生沉淀;二是隨著水分的向下入滲,土層含水量不斷減少,當(dāng)含水量低于約20%時,重力水轉(zhuǎn)變?yōu)楸∧に?使水的溶解力大大降低,造成CaCO3和Sr的過飽和而沉淀.在發(fā)生沉淀的第一種情況下,CaCO3和Sr淀積層分布下界小于重力水帶分布下界,在發(fā)生沉淀的第二種情況下,CaCO3和Sr淀積層分布下界等于重力水帶分布下界.為得出可靠的結(jié)論,我們認(rèn)為CaCO3和Sr的沉淀發(fā)生在第二種情況下,即CaCO3和Sr的沉淀發(fā)生在重力水轉(zhuǎn)變?yōu)楸∧に那闆r下.這種認(rèn)識是保守的,但得出的結(jié)論是可靠的.這一認(rèn)識表明,S5發(fā)育時重力水帶分布深度至少到達(dá)了CaCO3和Sr淀積層的下界,而且可能還要更深.根據(jù)西安地區(qū)和洛川2003豐水年重力水(含量大于20%)分布深度(見后述表1)推斷,S5發(fā)育時的重力水帶分布深度很可能略大于CaCO3淀積層分布的下界.黏土膠膜中非可溶的膠體狀Fe2O3和黏土礦物的遷移更是重力水直接作用的結(jié)果,膠體成分需要重力水向下的推動力才能發(fā)生遷移,而且需要弱酸性的條件,顯然膠膜中Fe2O3和黏土礦物的遷移深度要小于可溶成分CaCO3、Sr的遷移深度.風(fēng)化淋濾黃土層的形成需要較強的淋溶作用,它能更可靠地指示重力水分布.因此,上述5種指標(biāo)都具有指示土層重力水分布深度的作用.關(guān)中平原4個S5風(fēng)化剖面CaCO3,Sr遷移下界深度為4.2m或大于4.2m,指示當(dāng)時含水量高的重力水帶的分布深度至少達(dá)到了4.2m(圖4).所研究的4個剖面S5之下風(fēng)化淋濾黃土層分布深度都達(dá)到了3.7m(圖4)或更大深度,非可溶的富含F(xiàn)e2O3和黏土礦物的黏土膠膜遷移深度為3.3m左右(圖4)或略大,分別指示當(dāng)時重力水帶分布深度大于3.7m和大于3.3m.由于膠膜中Fe2O3和黏土礦物的遷移深度要小于CaCO3遷移深度,風(fēng)化淋濾黃土層的分布深度也略小于CaCO3淀積層遷移深度,所以它們指示的重力水帶分布深度都應(yīng)當(dāng)是4.2m.雖然重力水帶之下薄膜水帶含水量會有明顯減少,但其減少也是逐步的,所以在重力水帶之下1m左右深度范圍內(nèi)含水量仍較高,含水量一般大于15%.這表明在S5發(fā)育時,土層4.2m范圍內(nèi)水分充足,含水量達(dá)到了20%以上,5m以上范圍內(nèi)土層水分含量都較高,也表明當(dāng)時沒有土壤干層發(fā)育,那時重力水分布深度比現(xiàn)今顯著大(圖4).3.2洛川表面重力水帶的降水量200010如上述,關(guān)中平原土層重力水帶含水量大于20%.土層含水量高的重力水在土層中持續(xù)時間長短對植被生長有決定作用.如果含量高的重力水在土層中保持時間短,也不利于森林植被的發(fā)育.為證實含量高的重力水在土層中保持的時間過程,我們從2002年開始對西安地區(qū)土壤含水量進行了監(jiān)測[29~32],特別是對降水量達(dá)880mm左右的西安、臨潼和洛川2003年人工林地進行了30多個6m深鉆孔的采樣研究.結(jié)果表明,西安和臨潼2003年12月6m深度范圍內(nèi)土層平均含水量為20%左右,洛川6m深度范圍內(nèi)土層平均含水為22.3%左右.需要指出的是,2003年之前的2002年為西安地區(qū)的干旱年,年平均降水量只有406mm(比正常年的600mm少了近200mm),6m深度范圍內(nèi)平均含水量只有11%左右(表1),而在2003豐水年增加到了20%左右.如果連續(xù)多年降水量為800余mm,西安地區(qū)土壤剖面重力水帶含水量會顯著大于20%,一般應(yīng)有25%以上的含水量.由于洛川地區(qū)年均溫度較西安低3.5℃,蒸發(fā)較弱,而年降水量相同,所以洛川人工林土層含水量較西安地區(qū)高.一般認(rèn)為,細(xì)粒土層包氣帶內(nèi)重力水帶含水量相當(dāng)于飽和含水量的60%.馬蘭黃土孔隙度與飽和含水量為約50%,所以包氣帶內(nèi)馬蘭黃土雨季重力水帶含水量一般為30%左右.我們的觀測資料證明了前人的認(rèn)識是正確的.我們在2004年12月對相同地點進行了含水量測定,結(jié)果(表1)表明,在2004年西安地區(qū)年降水量為512mm左右條件下,經(jīng)過1年的樹木吸收和水分再分配,整個剖面0~6m土壤含水量平均減少了2%~3%(表1),由于豐水年積累的含水量高的2~4m水分的向下入滲,4~6m含水量有所增加.如果象第5層古土壤發(fā)育時那樣每年有900mm多的降水量,那么顯然土壤重力水帶在每年各月一般都會有顯著大于20%的高含水量.也就是說,在年降水量900余mm的條件下,在每年的絕大部分時間里,土層重力水帶含水量都會明顯大于20%.3.3年降水量與年蒸發(fā)量林地土壤水分平衡為:W=P-I-R-E,式中W為土壤儲水量,P為年降水量,I為樹冠截流量,R為地表徑流量,E為土壤總蒸發(fā)量(土壤水蒸發(fā)量和植物蒸騰量之和).前人的多年觀測表明,在年平均降水量600mm左右條件下的黃土高原,裸地、草地、農(nóng)田和林地土壤總蒸發(fā)量與年降水量基本保持平衡,即土壤年總蒸發(fā)量與年均降水量基本相等.在年均降水量多于600mm的年份土壤水量平衡值為正值,在年均降水量少于500mm的年份土壤水量平衡值為負(fù)值.如前所述,S5發(fā)育時年均降水量達(dá)到了900余毫米,由此可以推斷當(dāng)時年降水量顯著大于年土壤總蒸發(fā)量.一般認(rèn)為,淋溶土壤發(fā)育區(qū)的年降水量大于土壤蒸發(fā)量.前述的資料表明關(guān)中平原S5為淋溶明顯的土壤,也表明該層土壤發(fā)育時的年均降水量大于年土壤總蒸發(fā)量.土壤化學(xué)成分遷移深度和風(fēng)化剖面特征是指示年降水量和土壤總蒸發(fā)量相對多少的可靠證據(jù),而且還能用于判定大氣降水對地下水的補給情況.土壤化學(xué)成分遷移深度越大,代表的降水量越多,化學(xué)成分遷移達(dá)到了一定深度就能夠指示年降水量大于土壤總蒸發(fā)量.土壤的CaCO3淀積層遷移深度超過2m就指示土壤為明顯的淋溶類型,就表明年降水量等于或略大于土壤年總蒸發(fā)量.黃土高原現(xiàn)代降水量偏少,土壤不屬淋溶類型,所以該區(qū)年降水量一般等于或略小于土壤總蒸發(fā)量.如前面所述,S5的CaCO3淀積層遷移到了4.2mFe2O3也發(fā)生了顯著遷移,顯然指示當(dāng)時年降水量顯著大于土壤總蒸發(fā)量.由于水分平衡計算公式包括了樹冠截留的雨量和地表徑流量,所以在年降水量顯著大于土壤總蒸發(fā)量的條件下,必然會有一部分剩余的大氣降水通過入滲補給地下水.由此可以確定,在S5發(fā)育時期,關(guān)中平原年降水量顯著大于年土壤總蒸發(fā)量,每年有剩余的大氣降水補給地下水.3.4土壤水caco3淀積層的分布特征古土壤發(fā)育時土壤水的性質(zhì)可根據(jù)土壤剖面中化學(xué)成分的遷移特點來確定.如前所述,S5黏化層中CaCO3含量很低,一些樣品為0.0,S5剖面中CaCO3淀積層遷移到了4.2m的深度(圖1),指示當(dāng)時土壤水的溶解力較強.雖然CaCO3的遷移可以發(fā)生在堿性條件下,也可以發(fā)生在中酸性條件下,但是遷移深度達(dá)到了黏化層底界之下2m多深度的CaCO3淀積層在堿性土壤水環(huán)境中是不會發(fā)生的.在中國北方的堿性土壤中,CaCO3淀積層緊接在黏化層的底部,構(gòu)成土壤剖面的一部分.在北方的弱酸性棕色森林土和南方的酸性黃棕壤剖面中,CaCO3淀積層位于黏化層底界之下1m左右深度或更大深度的母質(zhì)中,也就是說CaCO3淀積層遷移深度在黏化層底界之下1m左右就能夠指示土壤水是弱酸性的.因為大氣降水是酸性的,所以只要確定了土壤是酸性的,那么土壤水就是酸性的.S5的CaCO3淀積層分布在黏化層底界之下2m多的深度,表明當(dāng)時土壤水應(yīng)當(dāng)是酸性的.Fe2O3遷移深度能夠提供更為可靠的土壤水性質(zhì)的依據(jù).Fe2O3的淋溶和遷移發(fā)生在弱酸性條件下,在堿性條件下不發(fā)生遷移.如堿性褐土中Fe2O3一般沒發(fā)生移動,在弱酸性的棕色土中Fe2O3有弱的遷移,在酸性較明顯的亞熱帶黃棕壤中Fe2O3遷移較明顯.S5剖面中代表Fe2O3遷移的紅色黏土膠膜遷移深度達(dá)到了黏化層底界之下1.7m的深度,充分證明該層土壤發(fā)育時的土壤水是弱酸性的.S5發(fā)育時每年有持續(xù)時間較長的大氣降水的補給,土壤含水量較高,這是其具有酸性的主要原因.3.5關(guān)中平原5的存在,在自然、年變化、古土塬區(qū)的生長情況下,還可以確定森林植被類型的考慮,根據(jù)降水量和土壤水分狀況,可以判斷植被的類型.在現(xiàn)代年均降雨量800余mm的溫暖氣侯條件下發(fā)育的地帶性植被均為闊葉森林.從S5發(fā)育時年平均降水量為900余mm的亞熱帶氣候推斷,當(dāng)時具備闊葉林植被發(fā)育的條件.從高含水量的重力水分布深度和持續(xù)時間確定當(dāng)時也具備闊葉林發(fā)育的較充足的土壤水分條件.黃土高原現(xiàn)在森林植被生長不良的最主要的原因是重力水入滲深度小于2m,2~4m深度范圍或更大深度土層中水分不足.土壤重力水帶含水量較高,在每年雨季能夠得到大氣降水的補充,含量可達(dá)20%以上,所以重力水帶是不可能出現(xiàn)長期性缺水的一個帶或不會出現(xiàn)長期性土壤干層的一個帶.在地下水位埋深大的地區(qū),樹木生長主要吸收土壤中的水分,大氣降水也主要通過入滲變?yōu)橥寥浪蟛艦橹参镂绽?所以土壤水對植物生長最為關(guān)鍵.中國南方亞熱帶森林發(fā)育好的原因是重力水分布深度達(dá)到了4m或超過了4m.因為樹木根系主要集中在4m以上,所以4m以上最容易出現(xiàn)缺水問題.如4m以上不存在缺水問題,樹木對深層水分的需要就很少了,顯然就已完全能夠滿足森林發(fā)育所需水分了.如上所述,關(guān)中平原S5發(fā)育時土壤重力水帶分布深度至少達(dá)到了4.2m,當(dāng)時4.2m深度范圍內(nèi)土層每年各月含水量一般都在20%以上,4.2~5m深度范圍內(nèi)水分也較充足,已完全能夠滿足樹木生長的需要,所以當(dāng)時發(fā)育森林植被是完全可能的.關(guān)于黃土中紅色古土壤發(fā)育時的黃土塬區(qū)植被類型,目前存在意見分歧.根據(jù)穩(wěn)定碳同位素的研究,有的研究者認(rèn)為西安東郊黃土塬區(qū)80萬年來的植被主要為草原和森林草原,幾乎沒有森林發(fā)育.有人根據(jù)黃土地層中的孢粉以草本為主、喬木花粉較少認(rèn)為溫濕期黃土塬上的植被以草原、森林草原為主,僅出現(xiàn)過短期的闊葉林.本文作者和唐克麗等則根據(jù)古土壤孢粉組合中有典型森林喬木花粉的存在認(rèn)為關(guān)中黃土塬區(qū)當(dāng)時植被主要是森林.呂厚遠(yuǎn)等根據(jù)植物酸體的研究認(rèn)為,寶雞S1發(fā)育時的植被以森林草原與草原為主,但在其發(fā)育的早期有森林發(fā)育,并認(rèn)為在黃土塬區(qū)具有800mm以上的年降水量就會有森林發(fā)育.郭正堂等據(jù)土壤微形態(tài)研究認(rèn)為渭南黃土塬區(qū)S1發(fā)育早期出現(xiàn)過較長時間的闊葉林,其他階段為森林草原.唐克麗等據(jù)土壤微形態(tài)研究認(rèn)為關(guān)中黃土塬區(qū)S0和S1發(fā)育時的植被為闊葉林.我們對西安黃土塬區(qū)的孢粉分析顯示,黃土地層孢粉組合為不正常類型,據(jù)此恢復(fù)植被要慎重考慮,造成這種不正常的原因是朱志誠研究得出的花粉受到了菌類和CaCO3嚴(yán)重破壞的結(jié)果.有的研究者認(rèn)為,黃土層厚度大,地下水埋深大,樹木不能利用深部的地下水,不利于森林發(fā)育.然而需要指出的是,樹木生長可以利用地下水,也可以利用土壤水,只要具備任一較為充足的水分來源,樹木就能正常生長.所以只要降水量達(dá)到要求,不論黃土層厚度有多大,發(fā)育森林都是可能的.綜上所述,雖然關(guān)于關(guān)中黃土塬區(qū)溫濕期植被還存在不同的認(rèn)識,但即使認(rèn)為以草原和森林草原植被為主的研究者一般也承認(rèn)末次間冰期和全新世溫濕期曾有短期的落葉闊葉林發(fā)育.而根據(jù)土壤微形態(tài)的研究則確認(rèn)以森林為主.這證明只要降水量達(dá)到森林發(fā)育的要求,黃土塬區(qū)就能發(fā)育森林植被.本文研究的是在250萬年來最濕潤的氣候條件下發(fā)育第5層古土壤,當(dāng)時年降水量達(dá)900mm以上,超過了被認(rèn)為黃土塬區(qū)年降水量達(dá)到800mm就能發(fā)育森林的降水條件,當(dāng)時土壤水分充足,所以那時發(fā)育森林植被是完全可能的.還需指出的是,關(guān)中平原S5紅色鐵質(zhì)膠膜的大量形成和顯著遷移需要較長的時間過程,所以當(dāng)時適于森林發(fā)育的濕潤氣候持續(xù)過程是相當(dāng)長的.古土壤發(fā)育過程較長,出現(xiàn)氣候和植被的多階段變化是正常的,所以關(guān)中地區(qū)S5形成時也可能出現(xiàn)過除森林之外的其他類型的植被.3.6不同濃度的土壤,對于目前關(guān)中平原地區(qū)的土壤,對于現(xiàn)代帶S5古土壤的黏土膠膜呈明顯的棕紅色(圖1(a)~(d),圖2(a)~(i)),呈棕紅色的黏土膠膜是亞熱帶土壤的特征,表明該層古土壤發(fā)育在亞熱帶氣候條件下.風(fēng)化黃土層上部為0.5m厚的棕紅色風(fēng)化黃土層,氧化變紅的母質(zhì)層在中國北方溫暖地區(qū)發(fā)育最好的棕壤與淋溶褐土下部是不存在的,是亞熱帶土壤的可靠證據(jù).通過S5風(fēng)化剖面中CaCO3,Sr,Fe2O3,黏土膠膜遷移深度、風(fēng)化淋濾黃土層分布深度與現(xiàn)代亞熱帶黃棕壤的對比可知,S5風(fēng)化剖面中的這些指標(biāo)比現(xiàn)代亞熱帶北緣的江蘇泗洪黃棕壤分布深度要大,而且還略大于更靠南部的江蘇六合黃棕壤風(fēng)化剖面中同類指標(biāo)分布深度(圖5).由于可溶成分與非可溶的膠體成分以及母質(zhì)層的風(fēng)化深度各項指標(biāo)均有同樣的顯示,所以我們得出關(guān)中平原S5發(fā)育時的氣候與江蘇六合基本相同.江蘇六合現(xiàn)今年平均溫度為16℃,年平均降水量為1000mm左右.由此我們確定S5發(fā)育時的年平均溫度為16℃左右,年平均降水量900mm以上.這也揭示當(dāng)時亞熱帶氣候遷移到了關(guān)中平原.由于當(dāng)時關(guān)中平原的亞熱帶氣候是從南方遷移來的,顯然當(dāng)時秦嶺以南是比關(guān)中平原更為濕熱的亞熱帶氣候,那么由此完全可以確定當(dāng)時秦嶺失去了亞熱帶與溫帶氣候