正好最近需要补一点相关知识，就翻出了以前下载的关于土壤碳酸盐的综述来读（下了就等于读了），是2016年ESR上的《Pedogenic carbonates: Forms and formation processes》

这篇文章前半部分讲土壤碳酸盐的成因机制，后半部分讲了各指标的影响因素，很基础很详细，很适合我这种啥也不懂的新手小白。

今天整理的部分多是一些基础知识，但琐碎，接下来几天（可能是一周），都会继续说土壤碳酸盐的东西。还是很多不懂的地方，慢慢来吧。

土壤碳库及土壤碳酸盐：

土壤是地球陆地表面的风化壳，也是陆地表生系统中最大的碳库，土壤碳库是地球上的第三大碳库，其含量（2470 pg）次于海洋碳库（28715 pg）和化石燃料碳库（4000 pg）。

土壤中的碳进一步可分为有机碳（soil organic carbon, SOC）和无机碳（soil inorganic carbon, SIC）。其中，土壤有机碳包括植物残体、根系和微生物等，占据了很大一部分的土壤碳库，在0-30cm深度其含量达到686 pg，在0-100cm可达1000 pg。土壤有机碳循环速度快，与大气碳库之间交换密切。

与有机碳库不同，土壤无机碳含量相对较小，但长期稳定，可以记录长时间尺度的碳循环信息。无机碳在土壤中埋藏深度更深，0-30cm为160 pg，0-100cm为695-748 pg，2m为950 pg。在2m的深度，无机碳的含量将达到有机碳的约2倍。

由于无机碳保存时间更长，因此广泛应用于古气候、古环境信息的恢复。同时，全球变暖背景下，土壤无机碳的释放也会形成正反馈过程加剧变暖，对未来的生态、环境产生影响。

土壤无机碳酸盐多富集在半干旱-半湿润气候地区，过干或过湿都不利于SIC的形成与保存。低降水和高蒸发的干旱环境内，成壤作用被极大限制，土壤碳酸盐生成速率与含量很低。而在高降水环境中，土壤SIC库被稀释，土壤溶液向下淋滤而很难达到结晶条件。

土壤碳酸盐分类：

这里说的土壤碳酸盐是soil carbonate，按成因可分成三类：

地质成因碳酸盐（geogenic carbonate）：这一类别指保留原先土壤母质的碳酸盐，也就是我们常说的原生碳酸盐。

生物成因碳酸盐（biogenic carbonate）：这一类别指陆相环境中，动物、植物生命过程或残体保存形成的碳酸盐，如蜗牛壳体

成壤作用碳酸盐（pedogenic carbonate）：这一过程特指成壤过程中，土壤SIC库发生溶解、迁移、沉淀形成的碳酸盐，也就是我们平时随口称呼的“土壤碳酸盐”，这个也是我们进行古环境恢复中的一个研究要点。

成壤碳酸盐的形成过程：

前面说了成壤碳酸盐（pedogenic carbonate）是特指在成壤过程中形成的碳酸盐，这个过程简单来说包括三个steps：溶解（dissolution）、迁移（transportation）、再沉淀（re-precipitation）。

溶解过程，是指将原先存在的碳酸盐溶解进土壤SIC库中，单纯的溶解过程符合下述方程，受控于溶解系数。而具体在土壤过程中，该过程受到土壤PH值、土壤CO2分压，及碳酸根离子存在形态的影响。土壤PH降低，或PCO2分压增加，使得方程右移，溶解度增加。

迁移过程，是指溶解后的Ca离子和不同形式的碳酸根在土壤中的迁移过程，该过程一般分为上升、下降或水平迁移。主要涉及植物根系吸水（向上）、水分渗透（向下）、蒸发（向上）等过程。物质的迁移发生在不同的空间尺度上，小到土壤剖面，大到不同的水系、生态系统之间。

尽管存在着不同方向的迁移过程，但一般仍以向下的渗透为主，向上过程最多的就是毛细吸水、植物根系吸水和蒸发，向上迁移过程中PCO2减小，多对应了碳酸盐的形成。

再沉淀过程，指碳酸根、Ca离子充足的土壤溶液迁移至温压合适的位置，土壤溶液过饱和，发生结晶沉淀。这里使用re-，可能是为了与原生碳酸盐加以区分，特指经过溶解再结晶形成的碳酸盐。形成过饱和环境通常需要两个条件：PCO2降低；水分减少。而沉积方式、沉积条件、沉积速率不同，也产生了不同形态的土壤碳酸盐。

对应上述溶解、迁移、结晶过程，按照其结晶位置，可分为：向上迁移、向下迁移、原位结晶和生物作用结晶4种机制。

土壤碳酸盐形态：

文中归纳了8种常见的土壤碳酸盐，并对他们的成因、特征进行简单叙述。

A-生物壳体碳酸盐（earthworm biopheroliths）：很奇怪，文中用了蚯蚓这个词来叙述这类碳酸盐，但实际上这类碳酸盐就是生物壳体碳酸盐，不仅蚯蚓，蜗牛壳体也常见与土壤之中。尽管这类碳酸盐应该被归为生物成因之中，但小的碳酸盐体会成为后续碳酸盐结晶的核，促进土壤碳酸盐的形成。

生物壳体碳酸盐的出现指示了相对稳定的土壤条件，土壤的侵蚀作用较小。该碳酸盐也常见于黄土-古土壤旋回，并可用于14C定年。该类碳酸盐形成速度较快，通常在几周-几天内就可以结晶。

B-根茎体碳酸盐：由于植物根系的吸水作用，土壤水向上迁移，碳酸根、钙离子在植物根系附近大量富集，在植物吸收大量的水后，剩余的Ca在根系附近饱和沉淀。根茎体碳酸盐多见于灌木、树林，在生命周期短的草地中不常见。

C-假盖层碳酸盐（hypocoating or pseudomycel）：这个词的准确翻译不清楚，字面上看是覆盖在表面上的假盖层碳酸盐。从成因上说可能会更清楚些，土壤溶液在迁移至疏松的土壤缝隙中时，CO2分压降低，且有充足的沉积空间，沿着缝隙向内结晶碳酸盐。这种沉积一般是地下水波动导致的，沉积速度较快，在几周-月际尺度完成沉积。

D-原位钙结核：可能是最常见、应用最广的一种土壤碳酸盐，是土壤基质对原位的碳酸盐浸渍形成的。浸渍过程中产生扩散边界，其内部成分与寄主土壤成分一致。尽管钙结核应用较多，但实际上对钙结核形成过程的研究还不是十分清楚。对于一些边界较为尖锐、突出的钙结核，通常可能不是原地土壤自生的，可能发生了搬运作用。

E-碎屑附着碳酸盐：向下迁移的土壤溶液被碎屑物质盖住，在秋冬季的时候，蒸发量增大，饱和的土壤溶液在粗碎屑底部形成新的碳酸盐沉积层。一般这种碳酸盐附着在大石头底部，生长过程中杂质较多，颜色发暗。由于其生长周期较长，对不同的生长层位进行14C定年，可以建立长时间尺度的气候演化序列，类似石笋。但这类碳酸盐并不完全生长在碎屑底部，在水热充沛的条件下，也会在碎屑顶部生长。

F-钙质胶结砾岩（calcrete）：这类碳酸盐反映了较为稳定的地下水条件，和较强的蒸发环境。饱和土壤水在粗粒碎屑间沉淀，并将其连接，形成钙质胶结砾岩。

植物根系的吸水作用、地形导致的地下水迁移可能是这种碳酸盐的主要形成方式。但不同的形成机制，通常对应了不同的碳酸盐特征。如，高镁方解石可能对应了地下水作用。这类碳酸盐形成时间周期较长，需要百万年的尺度形成。

G-钙质盖板沉积（Laminer cap）：是土壤水垂向移动，受到渗透性限制，发生平行迁移形成的。干旱条件下，蒸发作用较强，浅表土壤优先沉积碳酸盐，并进一步限制土壤的渗透性，使得后续的土壤溶液发生侧向迁移，形成连续的钙质平面，几乎切断上下部分联系。

与钙质砾岩不同的是，钙质盖板包含粗碎屑成分较少，以有机质、黏土颗粒为主，砾石成分不到1%。该过程的形成也与植物根系作用关系密切。

成壤碳酸盐的影响因素：

环境因素通过对溶解、迁移、沉积过程产生影响，进而对成壤碳酸盐的形成起作用，总得来说有如下几个重要环境因素需要考虑：气候、母质、土壤性质、地形、植被。

气候因素：

气候因素主要通过调控水热变化，对土壤碳酸盐的形成速度、位置、时间产生影响。

前面已经叙述过，成壤碳酸盐的形成需要半干旱-半湿润的条件，水分过少或过多都不行。对于一个土壤剖面而言，季节性降水变化同样会影响土壤生成深度的变化，降水量小于500mm时，碳酸盐多在接近地表的位置形成。降水对碳酸盐形态也有影响，相对干旱环境多生成边界清楚、棱角分明的碳酸盐，而降水较多的环境中，其边界多被淋滤，呈过渡状。

温度对碳酸盐形成的影响机制更为复杂。理论上，温度升高，会使土壤中的PCO2分压下降，影响碳酸盐的形成。但实际上，植物根系呼吸作用增强，反而使土壤PCO2上升，温度升高导致的生物作用盖过了无机过程。

水热对成壤碳酸盐另一个影响方面，是蒸发和降水的平衡。蒸发和降水共同控制了成壤碳酸盐的形成深度与形成时间，成壤碳酸盐一般形成于蒸发略大于降水的环境。

成壤母质：

母质为土壤提供了Ca离子和绝大部分的C，对土壤溶液的成分、饱和程度，以及碳酸盐的结晶速度起到关键作用。一般可以通过同原岩微量元素、Rb同位素的对比，确定其Ca来自大气还是基岩。对于风尘沉积，这种影响就是源区的原生碳酸盐背景值。

土壤性质：

这个因素强调的是土壤自身的质地、结构、成分、PH值等等。土壤结构通过渗透性来影响土壤溶液的迁移过程，PH通过溶解度来影响碳酸盐的形成。

地形条件：

这个因素指地形坡度的作用下，发生土壤溶液的斜向迁移，并在局部富集结晶。

植被因素：

植被主要通过根系来对土壤碳酸盐形成产生影响，包括根系的吸水和呼吸。根系吸水会导致土壤溶液的垂向向上迁移，使溶液过饱和结晶；而土壤呼吸作用会使根系附近CO2浓度上升，增强土壤的溶解能力，同时植物产生的有机酸也会进一步强化溶解性。

土壤微生物也会对成壤碳酸盐的形成有重要贡献，在溶液浓度饱和的条件下，假菌、真菌可以在几天内快速结晶大量碳酸盐晶体。