在湿地挖一个坑,坑壁上半截是褐色的,下半截突然变成青灰色,中间还夹着几道橙红色的锈斑。这个颜色分界不是岩性变化,而是氧气够不够到达那里留下的化学记录。
青灰底色是铁被还原的第一个信号
土壤孔隙被水充满后,氧气很快耗尽,微生物改用三价铁作为电子受体,铁被还原成二价,颜色由红褐转为青灰或蓝灰。这一层常出现在潜水面以下,越深的层位颜色越纯,质地也越黏,挖开时有水渗出。
青灰层的顶界大致就是长期潜水位的位置,深度多在二 10–50 厘米。它不是一层固定的地层,水位变了,还原界也跟着上下移动,一年内可以挪动 20–40 厘米,雨季上移、旱季下移。
蓝铁矿的白色斑点暴露在空气里会变蓝
含磷与二价铁的还原层里,常析出蓝铁矿,新鲜时是无色或浅绿的斑点和结核,挖出来接触空气后氧化成蓝色。这个变色反应在野外 5–10 分钟内就能看到,比化验更快,也不会破坏剖面。
蓝铁矿只出现在强还原、含磷的环境,不是每片湿地都有。看到白色斑点先别急着定,暴露一会儿再看颜色,变蓝才算证据,不变蓝的可能是钙质结核或菌丝,结核直径多在 1–3 厘米。
锈斑带标出的是氧化还原界面
二价铁随毛细水向上迁移,遇到氧气就氧化成三价,沉淀为褐色的水合氧化铁,形成锈斑、锈纹与根孔周围的锈圈。锈斑最密集的地方,就是界面所在,再往下十几厘米就转成青灰。
锈斑带厚度多在 5–20 厘米,位于青灰层之上。界面不是一条线,而是一个 5–40 厘米厚的过渡带,因为水位本身在季节里上下移动,氧化与还原在同一点位上轮换。
气味与硫化物颗粒补上化学证据
强还原层常带硫化氢气味,挖开时有一股臭鸡蛋味。铁与硫结合生成黑色的一硫化铁,颗粒极细,暴露空气后变成棕黄色,这是还原环境的第二重证据,加酸后气味会更浓。
把颜色、气味、斑点三者对上,还原层的判断就稳了。只有颜色没有气味与斑点,可能只是母岩本身的灰色,不是还原造成的。本文判断:三项中至少两项成立再下结论。
关键数据
下列深度与时间来自常见湿地剖面,质地与水位会影响位置,同一剖面上三项证据常不同步出现。
- 还原层顶界常在地表下 20–50 厘米
- 锈斑带厚度 5–20 厘米
- 潜水位年变幅常为 20–80 厘米
- 蓝铁矿暴露后 5–30 分钟变蓝
- 还原层常见于有机质含量超过 3% 的层位
- 硫化氢气味在挖开瞬间最明显
还原层判据在低铁母质与石灰性土壤中会失效
砂质母质含铁量低,即使长期淹水也变不成青灰色,只会呈灰白。此时按颜色判读会漏掉整片湿地,必须靠气味与硫化物颗粒补判,再看植物根系的分布深度。
石灰性母质以碳酸钙为主,还原后仍是灰白色,锈斑也不明显,滴酸起泡反而更容易看到。本文判断:先看母质,再看颜色,母质不对就换判据,这是最容易忽略的一步,也是复查时最先要补的一步。
参考文献
- 熊毅, 李庆逵 主编.《中国土壤》(第二版). 科学出版社, 1987. —— 水稻土与还原过程。
- 李天杰, 赵烨, 张科利 等.《土壤地理学》(第三版). 高等教育出版社, 2004. —— 氧化还原特征。
- Vepraskas, M. J., Craft, C. B. Wetland Soils: Genesis, Hydrology, Landscapes, and Classification, 2nd ed. CRC Press, 2016. —— 湿地还原形态。