广东沿海地区及海南岛中新生代基性岩脉地球化学与岩石圈演化

本论文对广东沿海地区及海南岛基性岩脉的地球化学特征、成因、基性岩浆活动期次、地幔源区地球化学特征，以及岩石圈结构特征、形成机理和演化等进行了探索性的研究，得出以下几点认识：1.全岩K-Ar年龄分析数据表明广东沿海地区及海南岛基性岩脉的成岩年龄是在54～146Ma之间。根据K2O/Na2O比值和K2O含量，以及不相容元素分配模式是否有“Nb–Ta”负异常，可以划分出两类中钾基性岩脉和高钾基性岩脉。2.本区基性岩脉的地球化学特征表明，中钾和高钾基性岩脉有着不同的岩浆来源，中钾基性岩脉的岩浆应来源于软流圈物质与Ⅰ型富集地幔的混合作用，高钾基性岩脉的岩浆应来源于软流圈物质与Ⅱ型富集地幔的混合作用。3.广东沿海地区应存在两个具有不同地球化学特征和演化历史的岩石圈地幔块体，北块体岩石圈地幔为Ⅰ型富集地幔。南块体岩石圈地幔为Ⅱ型富集地幔。南块体岩石圈地幔的富集作用与太平洋板块消减作用产生的流体交代有关。4.南、北块体最早的形成与特提斯构造有关，它们是由两岩石圈块体碰撞形成。5.软流圈上涌是本区岩石圈减薄主导因素。软流圈物质最早可能是沿岩石圈地幔中的断裂入侵的，通过对岩石圈的熔蚀发展成“蘑菇云”状，然后不断发展扩大，在蘑菇云顶部的局部地区形成突起，大约在54Ma，蘑菇云下方的岩石圈地幔脱落沉入软流圈中，软流圈物质直接大量上涌，岩石圈发生大规模的拉张减薄，形成本区物质来源以软流圈为主新生代玄武岩。而岩石圈地幔被部分置换，由软流圈物质和残留的古老岩石圈地幔组成双层结构。

石漠化过程中的土壤生物地球化学特征

岩溶生境中的土壤具有高度的小生境异质性，与小生境土壤厚度、土壤面积、枯落物厚度等环境因子的异质性密切相关，只有样地土壤的面积权重混合样才能代表样地土壤性质。樵采和开垦干扰方式和不同的干扰程度对土壤生物地球化学特征都有影响，其中干扰方式的影响大于干扰程度。以土壤有机碳氮和有效磷、钾等养分指标和阳离子代换量等为主的化学指标主要与人为干扰方式有关，以土壤微生物生物量碳和微生物活性等为主的生物指标和酶活性除了与人为干扰方式有关外，还与植被生物量有关。初步提出能体现石漠化成因及程度的土壤退化指标体系，包括有化学指标：SOC、碱解氮、全氮、有效钾、CEC、颗粒有机碳的分配；酶指标：脲酶、β-葡萄糖苷酶；生物学指标：LOC、LFOC、SMBC、qSMBC；物理指标：团聚体稳定性、密度、D湿- D干、粉粒。樵采和开垦石漠化过程的土壤退化模式不同，与潜在石漠化等级相比，樵采石漠化轻度等级的土壤退化不明显，中度等级稍有退化，强度等级的退化较明显；开垦石漠化轻度、中度、强度等级的土壤明显退化，轻度与强度接近，中度的退化程度最高。樵采和开垦序列的土壤退化都主要发生在酶活性和生物学性质方面，其次是化学性质的退化，物理学性质的退化都不明显。

喀斯特石漠化区植物水分适应机制的稳定同位素研究

通过植物群落和个体对环境梯度的反应，结合稳定同位素技术和植物生理生态学方法，针对喀斯特地区植物生长的限制因子——水分，认识石漠化过程对植物结构功能造成的改变及植物在干旱环境中维持水分平衡的能力，探讨在喀斯特石漠化生境中植物对水分的竞争和利用策略。通过对花江喀斯特低热河谷小流域典型石漠化样区的环境、植物指标分析，得出以下认识：（1）在石漠化梯度对环境影响上，小气候梯度、群落结构、生物量及生物量年增长量及群落间物种多样性，总体表现为各等级间总体差异显著，但组间差异出现一定变化。（2）旱季，喀斯特皮下水成为强度石漠化样地植物主要水源（>50%）；雨季，土壤下层水分是植物主要水源，其中常绿种最为突出(>85%)。在强度石漠化样地，多雨季节，除了常绿种固定地利用土壤下层水，落叶树种利用土壤表层水。（3）在石漠化梯度的碳同位素效应及对WUE的指示上：强度石漠化>中度,轻度石漠化>潜在石漠化。11种植物种叶片δ13C值及WUE随环境因子的变化趋势可以分为3个模式，主要表现为随环境水分条件的好转而下降的趋势。植物叶片的解剖结构各个特征的变化不同步，总体表现出叶片光合效率对δ13C值的重要影响及其随着石漠化程度的增加而增高的趋势。常绿树种水源稳定，水分利用效率（WUE）较低，表现为更负的δ13C值。

峨眉山大火成岩省的地球化学特征及其动力学指纹

峨眉山大陆溢流玄武岩省（ECFB）是中国国内唯一被国际学术界认可的大火成岩省，其独特的地球化学特征和完整的岩浆演化序列，日渐引起了地学界的关注。但总体研究程度还很低，随着研究的推进，需要探讨以下问题：（1）对比ELIP各岩区的地球化学特征；（2）探讨ELIP岩浆岩演化趋势及其地球化学特征；（3）寻找更多地幔柱成因证据；（4）研究其化学储库特征及其地球动力学指纹。本文从岩石地球化学、PGE地球化学、同位素地球化学和动力地球化学等方面作了较系统的探讨。 本文除了对峨眉山玄武岩活动时段、S不饱和特征、三大趋势及其氧逸度、两大序列、高镁玄武岩等作了探讨外，还建立了一些新的微量元素、PGE和热动力熔融模拟图解，系统对REE、蛛网配分模式图进行了孔隙度动力熔融模拟，通过Sr－Nd－Pb同位素混合模拟较细致的研究了ELIP源区DM与EM组份比例。首次对ECFB的PGE含量作了定量模拟，表明ELIP起源于0.3－1％的外核物质+50％亏损上地幔+50－49.7％下部原始地幔的混合源区。 模拟还表明ELIP西岩区熔融源区在Gt橄榄岩到Sp二辉橄榄岩地幔内（熔融压力3.0～1.8GPa），部分熔融度2－8%，部分小于<2%；中岩区熔融源区在Gt－Sp二辉橄榄岩地幔内（熔融压力3.0－2.5GPa），熔融度主要<2％；东岩区熔融源区在Gt－Sp二辉橄榄岩内（熔融压力2.9～2.4GPa），部分熔融小于1％。笔者认为从西到东，上覆岩石圈从薄的特提斯大洋盖层变为厚的扬子克拉通盖层环境，这导致熔融压力／深度的增加而平均熔融度降低，这与根据EFB中的La/Yb比值推测的岩石圈下熔融面地图基本一致。 通过Sr-Nd同位素动力学模式探讨了ELIP的组份异质性，认为亏损的镁铁质大洋板片携带泛古陆上地壳陆源沉积物，俯冲脱水后长期（约1Ga）储积在热边界层，沉积物与亏损古洋壳发生交代混合形成富集地幔（EM2），并被峨眉山地幔柱捕获夹带入头部，并在P/Tr冲击登陆于扬子克拉通西缘，从而产出含有UCC（或TS或GLOSS）组份特征的ECFB。

喀斯特流域风化成土作用及其矿质元素行为与环境质量

岩石风化成土作用是生态系统矿质元素的重要来源，也是全球矿质元素生物地球化学循环的重要环节。因此，岩石风化成土过程中矿质元素的行为与环境质量研究有助于我们深入了解矿质元素的生物地球化学循环及其生态环境效应，同时对农业生产和环境保护也具有重要意义。选择乌江流域沉积岩-土壤-植被-河流系统作为研究对象，采集了多个小流域盆地岩石、土壤、植物及溪水样品。通过测试样品的矿物、元素组成以及元素存在形态等，分析了喀斯特流域的矿物学与地球化学特征，研究了喀斯特流域的成土物源、风化成土方式及风化成土作用的控制因素，探讨了风化成土过程中矿质元素的行为与环境质量，为进一步进行喀斯特地区土壤-植被系统矿质元素的生物地球化学循环研究奠定基础，为喀斯特地区生态环境保护和修复以及稀土等矿质元素的农业利用提供科学依据，同时为核废料的地质处置提供参考。通过研究，取得了如下一些成果和认识： (1) 提出了弱淀积元素的概念，改进了侵蚀前后风化剖面中元素的演化模型。 (2) 硅酸盐岩地区土壤来源于下伏基岩的风化成土作用，其风化成土过程中存在脱硅富铝作用。 (3) 连续碳酸盐岩地区土壤最终来源于碳酸盐岩的风化成土作用，其风化成土作用存在四种方式和两个阶段。脱钙(镁)富铝硅和脱硅富铝两个阶段的研究结果，支持了王世杰等(1999)提出的碳酸盐岩两阶段风化成土模式。 (4) 岩性和地形是研究区风化成土作用的主要控制因素，植被和其它因素只是对其风化成土产物的理化性质进行了一些改造。 (5) 由于侵蚀、脱钙和元素本身的淀积作用，相对于研究区黄壤、中国土壤(CS)和世界土壤(WS)，研究区石灰土富集Mn、V、P、REE 和U 等矿质元素。风化成土过程中矿质元素的行为主要受岩性和地貌部位控制，还受元素性质、土壤pH 值、氧化还原条件、铁锰(氢)氧化物和有机质含量、粘土矿物组成以及植被条件等的影响。 (6) 石灰岩等岩石风化成土作用可以通过植物营养供给和元素相互作用影响土壤质量和植物生长。 (7) 石灰岩等岩石风化成土作用控制着溪水和乌江河流的pH 值以及Mg、Ca、P、Mn 和U 等矿质元素的分布特征。 (8) NH4Ac-HAc单一提取法可用于评价石灰土中Mg、Ca、K、Mn和P等多数矿质元素的植物可利用性。与何子平等(2001)的研究结果不同，石灰土中多数矿质营养元素对植物的供给能力高于其它土壤。

不同尺度下喀斯特石漠化的景观格局与空间因子分析

喀斯特石漠化是我国喀斯特地区所面临的严峻生态问题，目前对石漠化发生机制的研究主要集中在宏观调查与状态的描述，因此所提出的是总体的生态恢复治理模式。但石漠化的发生发展在喀斯特地区存在着显著的内部差异性，需缩小石漠化研究的空间范围，考虑石漠化发生的不同背景，发现差异存在的规律性，才能有针对性地找到石漠化治理的普遍适用的模式。 本文以遥感与地理信息系统相结合的研究手段，从全省到小流域的不同研究尺度下，以景观生态学的研究方法为思路，深入分析了不同自然条件下石漠化景观的生态分异规律，并以此提出喀斯特地区小流域生态治理的不同对策。 在研究中取得了以下几点认识： （1）贵州省景观在空间上存在地域分异，整体景观退化，其中西部和西南部地区的退化更严重，黔东区和黔北区生态环境最好；类型上以林地退化差异较大、草地退化较一致。全省景观在时间上体现出波动特征，类型间转换关系复杂，景观具有不稳定性；生态系统服务功能价值总体下降，生态退化在局部地区加重。 （2）连续性碳酸盐岩地区一致性表现为以灌木林地为优势景观、林地和草地以次生景观为主，景观中大多数为偏小斑块，斑块形状趋于规则，人为干扰大的景观中斑块的破碎化更加明显。与连续性白云岩相比，连续性石灰岩地区空间异质性强、分割破碎、稳定性差、水资源利用率低下、抗干扰能力弱 ，退化更严重、更易发生逆向演替。 （3）连续性碳酸盐岩地区中灌木林地也是最不稳定的类型，并同时存在正向和逆向的双向演替。此外，连续性白云岩地区的中覆盖度荒草地、连续性石灰岩地区的疏林地为易受干扰景观。连续性石灰岩地区的景观变化率高于连续性白云岩地区，变化幅度较大，变化类型集中。 （4）连续性白云岩小流域中石漠化形成的人为作用明显，带有低坡度特征。斜坡区石漠化景观发生频率高且强度大，处于不稳定状态；峡谷区石漠化面积虽大但不严重；高原区景观稳定，生态环境最优。连续性石灰岩小流域的生态环境对地貌区带变化敏感，随着高原区到峡谷区的过渡，石漠化发生愈频繁兼强度加大，但主要驱动力的人为因素逐渐减少、自然营力作用逐步加强。 （5）通过研究区域间在相同岩性和地貌条件下的坡向和石漠化的对比，可以认为坡向对石漠化的发生并无直接影响。 （6）在高程因子的作用下，连续性碳酸盐岩地区的石漠化发生既有差异性又有着一定的相似性。连续性白云岩的峡谷区中随着高程的增加，石漠化发生面积愈大。连续性石灰岩小流域的较高海拔上高原区和峡谷区的强度石漠化较易发生，且石漠化现象较普遍。其它的情况下，强度石漠化在偏低海拔上较易发生；在流域中部的海拔范围内石漠化的发生总体上以轻度、中度石漠化为主。 （7）在石漠化小流域恢复中提出了以空间地域分异为指导的分级治理原则。首先以岩性作为分级指标，连续性石灰岩优先于连续性白云岩地区。石灰岩地区中以高原区为生态恢复的首选，其次是峡谷区。白云岩的斜坡区是治理重点，高原区随后。