第四纪陆相沉积物是记录古环境变化的重要信息载体。研究者希冀能在中国南部地区找到破译第四纪气候变化的陆相材料，以期与北方的黄土-古土壤序列相对照，探讨不同地域古环境的演化规律^[1]。中国南方第四纪红土是我国长江以南地区广泛分布的陆相沉积^[1~5]，常发育独特的网纹层，表现为在棕红色或红色基质中含形态各异的白色或浅黄色条纹，因而也称之为网纹红土。如图 1所示。网纹红土在中国南方红土区分布的广泛性，以及形态结构上的特殊性，引起红土研究者的极大兴趣。到目前为止，已经从年代地层学^[6~10]、粒度分布^{[3, 11]}、矿物^[12~13]、地学化学组成^[14~17]、环境磁学特征^[18~23]和土壤微形态^[24~25]等方面开展了大量研究。一般认为，网纹红土形成于中更新世，经历了较强的化学淋溶和脱硅富铝化，记录了中国南方第四纪以来的环境变化过程^[1~25]。

图 1(Fig. 1)

图 1 网纹红土剖面图片 Fig. 1 Photographs of the laterite profiles. (a)A full view of the Tangxi laterite profile; (b)A close-up photograph of red matrix and white reticulated mottles of the Tangxi laterite profile; (c)A close-up photograph of red matrix and white reticulated mottles of the Nanchang laterite profile

有关网纹红土的研究多将白色条纹和红色基质作为一个整体，而把白色条纹和红色基质作为独立的载体探讨古环境演变也逐渐得到重视^{[12, 26~29]}。研究表明，白色条纹与红色基质的物源一致，风化程度相近，但化学组成方面存在一定分异^{[12, 26~27]}。红色基质中的全铁、三价铁和游离铁的含量明显高于白色条纹，而二价铁的含量均不高^{[1, 26~29]}。白色条纹与红色基质的铁矿物类型、含量等存在明显差异，但层状硅酸盐矿物组成相似^{[13, 28~29]}。由此可见，铁的迁移转化与网纹化过程存在着必然联系^[27]，网纹的形成过程可能与铁元素的非均质性迁移有关^{[1, 12, 24~28]}。铁迁出区形成白色条纹，迁入区继承红土化特征^[26~27]。铁的活动性受氧化还原条件控制，白色条纹可能是局部还原条件下的产物^{[26~27, 30]}。有学者提出^[26~27]，因网纹红土土体中局部氧化还原环境的差异，导致铁元素从白色条纹中淋溶迁出，并在红色基质中沉淀积累。熊尚发等^[30]认为植物根系腐烂过程中产生的有机酸形成酸性还原环境，造成网纹脱铁而形成白色。尹秋珍等^[24~25]认为白色网纹的形成时期，是网纹红土整个发育过程中最为湿润的时期，被还原的铁几乎全部迁移出土体。也有学者认为白色条纹并非铁淋溶迁移形成，而是由红色基质中三价铁还原形成的^[29]。综上所述，对网纹化过程中铁迁移情况尚存争议。另外，支持铁迁移观点的证据之一为白色条纹与红色基质中的铁含量存在显著差异。然而，元素绝对含量变化往往并不能真实地反映风化成土过程中元素的地球化学行为。在化学风化的过程中，活动性元素的淋失会直接造成样品中稳定性元素的浓度增加(残留富集)，直接比较地球化学组分含量往往不能真实地反映组分的迁移情况^[31]。质量平衡计算可消除样品总质量变化带来的影响，能定量地获得任意组分迁入迁出的真实情况^[32]。以往利用质量平衡方法分析铁迁移时，主要是分别计算白色条纹、红色基质相对于母质的迁移量^[27]，并未统筹考虑白色条纹中铁在网纹层内迁移^[26~27]和向网纹层外淋出情况^[24~25]。为此，基于质量平衡思想，本文将白色条纹与红色基质抽象为网纹层中两个基本组成单元，综合考虑网纹层内铁迁移与淋溶迁出情况，在前人研究基础上，构建了网纹红土的铁迁移模型。该模型可用来分析白色条纹中铁在网纹层内迁移和向网纹层外淋出情况。

按照质量守恒原理，化学元素组分发生物质迁移前的质量应等于发生物质迁移之后的质量与迁移质量之和。质量平衡计算的基本假设是在开放的地质体系中存在一个或者若干个不活动的组分，如果这些不活动组分能够被确定，即可建立体系开放前后总质量或体积的比例关系，进而确定任何活动组分在这一个过程中的迁移情况^[32]。但该方法一般用于展示迁移前后两个物质之间组分迁移规律^[32]。网纹层包括红色基质、白色条纹，其物质迁移计算涉及红色基质、白色条纹与成土母质等3个物质。因此，难以将一般的质量平衡方法直接用于网纹红土中铁的迁移分析，需要建立针对网纹红土的铁迁移质量平衡模型。模型推导过程中所用到的符号及含义见表 1，行文中不再赘述。

表 1(Table 1)

表 1 本文所列的符号及含义 Table 1 List of symbol in this paper and its meaning 符号 含义 mi 网纹红土成土母质中某不活动元素的质量 mi红 红色基质中某不活动元素的质量 mi白 白色条纹中某不活动元素的质量 M 网纹红土母质的质量 M红 红色基质的质量 M白 白色条纹的质量 Ci 母质中某不活动化学元素的浓度 Ci红 红色基质中某不活动元素的浓度 Ci白 白色条纹中某不活动元素的浓度 C铁红 红色基质中铁的浓度 C铁白 白色条纹中铁的浓度 C铁 母质中铁的浓度 e 白色条纹铁迁移到红色基质的铁质量与白色条纹总迁移铁的质量之比 α 红色基质与母质的质量比 β 白色条纹与母质的质量比 q 母质形成为红色基质的比例 m铁红 红色基质中铁的质量 m铁红原 转为红色基质的母质的铁质量 Δm 白色条纹中铁在网纹层内迁移量 Δm 白色条纹中铁在网纹层内迁移量 m铁白原 形成白色条纹的母质的铁质量 ΔD 淋溶出网纹土体的铁质量 m铁 母质中铁的质量 淋出比，从网纹层中淋溶出铁的质量相对于网纹红土母质质量的比 迁移比，网纹层内铁迁移的质量与网纹红土母质的质量比

表 1 本文所列的符号及含义 Table 1 List of symbol in this paper and its meaning

参照质量平衡计算思想，假设网纹红土的母质在风化成土过程中存在若干不活动元素，即网纹红土母质中某不活动元素的质量应等于风化后白色条纹与红色基质中该元素质量之和。对于不活动元素i，根据质量平衡原理^[32]，有公式(1)成立：

(1)

借鉴两个物质间组分迁移模型的推导思路^[32]，将公式(1)两侧分别除以网纹红土母质的质量，并将红色基质的质量、白色条纹的质量代入到公式(1)中，可以得到关系公式(2)：

(2)

将α、β、母质中某不活动化学元素的浓度、红色基质中该不活动元素的浓度和白色条纹中该不活动元素的浓度代入公式(2)。借鉴两个物质间组分迁移模型的推导思路^[32]，得到关系公式(3)：

(3)

在公式(3)中，不活动元素的含量可通过实验测试获取，而α、β则是两个未知参数，需要进行估算。假设在网纹红土中存在两个或两个以上可监测的不活动元素，且满足公式(3)，则通过求解方程组或利用最小二乘法可获得这两个未知参数。在公式(2)的基础上，假设网纹红土母质中有q%转化为红色基质，余下部分则转化为白色条纹。据质量平衡计算原理，转化为红色基质的那部分母质中某不活动元素的质量应等于其所转化形成的红色基质中该不活动元素的质量。因此，有关系公式(4)：

(4)

将关系公式(4)的左右两边分别除以成土母质的质量，则可获得关系公式(5)：

(5)

相关研究表明，网纹红土红色基质中的全铁、三价铁含量明显高于白色条纹，且以三价铁为主^[26~29]。在风化成土过程中，可能存在铁从白色条纹中迁出，并在红色基质中淀积^[26~27]，或几乎全部淋溶出土体^[24~25]。综合考虑以上两种可能性，在构建铁迁移模型时，本文暂先假设在风化成土过程中，铁由白色条纹向红色基质迁移和从网纹土体中淋出情况并存；同时，考虑到红色基质中的铁主要为三价铁，较难迁移，假设其不存在铁迁出分量。据质量平衡原理^[32]，对于红色基质，可得关系公式(6)、(7)和(8)：

(6)

同理，可得白色条纹铁质量平衡计算关系公式(7)：

(7)

由公式(6)与(7)，依托质量平衡原理，可得关系公式(8)：

(8)

借鉴两个物质间组分迁移模型的推导思路^[32]，将公式(8)的两侧分别除以网纹红土母质的质量，并将红色基质的质量、白色条纹的质量代入公式(8)，得到关系公式(9)：

(9)

将α、β代入公式(9)中，借鉴两个物质间组分迁移模型的推导思路^[32]，得到关系公式(10)：

(10)

将公式(10)进行移项处理，则可推出关系公式(11)。该式左侧表示在母质形成网纹红土的过程中，从网纹层中淋溶出铁的质量与网纹红土母质质量的比，本文称之为淋出比。

(11)

为估算母质风化成土过程中，是否有铁从白色条纹向红色基质迁移，将公式(6)减去公式(7)，而后进行整理，可得到关系公式(12):

(12)

将α、β、q，及网纹红土母质的质量，代入到公式(12)中，进行归并可得关系公式(13)：

(13)

将公式(13)的两边分别除以母质的质量，并将公式(11)代入，适当化简与归并后可得关系公式(14)：

(14)

在此基础上，将q的计算公式代入到公式(14)中，整理后可得关系公式(15)：

(15)

公式(15)的左侧为网纹层内铁迁移的质量与网纹红土母质的质量比，本文称之为迁移比。迁移比如大于零，表示存在铁由白条纹向红色基质迁移。在此基础上，本文定义铁迁淋比，其值为白色条纹铁迁移到红色基质的质量与白色条纹铁迁移的总质量之比，用以反映网纹层内铁迁移量占总迁移量的比重。根据公式(11)与(15)，可以得到关系公式(16)：

(16)

利用所构建的网纹红土的铁迁移模型，本文对我国中亚热带均质红土、红色基质和白色条纹中Al、Ti、Fe含量的平均值^[27]，浙江汤溪网纹红土剖面均质红土、红色基质和白色条纹中Al、Ti、Fe含量的平均值^[33]，庐山WJ剖面均质红土、7个网纹层的红色基质和白色条纹中Al、Ti、Fe含量^[34]等分别进行分析(表 2)，以获取白色条纹中的铁在网纹层内的迁移以及淋溶出网纹红土土体的情况。我国中亚热带均质红土、红色基质和白色条纹样品采自江西九江、湖南株洲和浙江安吉等地的典型网纹红土剖面，这些剖面的网纹红土质地均一，地层结构具有可比性^[27]。本文所用的我国中亚热带均质红土、红色基质和白色条纹中Al、Ti、Fe含量的均值是由上述各地网纹红土剖面16个样品计算得到。汤溪均质红土、红色基质和白色条纹样品采自浙江省金华市汤溪镇网纹红土剖面，剖面自下而上由基岩层、砾石层、网纹红土层、均质红土层构成，未见流水作用痕迹^[33]。本文所用汤溪网纹红土剖面红色基质和白色条纹中Al、Ti、Fe含量数据为4个红色基质、白色条纹样品的平均值。采用平均值能在一定程度上弱化异常值的影响，可用来表征网纹红土铁迁移的一般情况。庐山WJ剖面位于长江中下游南岸，与九江长虹大道剖面、叶家垄剖面的地貌相似，位置也较为接近，剖面自下而上由砾石层、网纹红土层、均质红土层和下蜀黄土层组成^[34]。庐山WJ剖面较为典型，该剖面自下而上可划分7个网纹层^[34]。该剖面选用的数据包括均质红土和7个网纹层中红色基质、白色条纹的Al、Ti、Fe元素的含量。由于Al、Ti两种元素含量较高，且相对稳定，本文将其作为模型计算中的不活动元素，以适当降低计算误差。将铁则作为迁移模型中的活动元素，用以分析在网纹红土风化成土过程中该元素的迁移情况。

表 2(Table 2)

表 2 网纹红土铁迁移(中亚热带、汤溪和庐山WJ剖面Al、Ti、Fe数据分别来自文献[27, 33~34])(%) Table 2 Fe element migration(Al, Ti, Fe content of mid subtropical zone, Tangxi and Lushan sections derived respectively from references[27, 33~34])(%) 样品类型 Al2O3 Fe2O3 TiO2 α β Δm/M ΔD/M e 中亚热带均质红土(均值) 16.95 7.30 1.21 中亚热带红色基质(均值) 15.71 8.67 1.09 中亚热带白色网纹(均值) 16.38 4.69 1.19 0.42 0.63 0.87 0.70 55 金华汤溪剖面均质红土(均值) 17.73 7.27 1.21 金华汤溪剖面红色基质(均值) 18.83 8.77 1.27 金华汤溪剖面白色网纹(均值) 19.43 5.11 1.35 0.57 0.36 0.65 0.42 60 庐山WJ剖面均质红土 16.58 5.91 1.04 庐山WJ剖面红色基质1 17.49 6.56 1.03 庐山WJ剖面白色网纹1 16.4 4.74 1.04 0.14 0.85 0.10 0.89 10 庐山WJ剖面红色基质2 18.58 7.15 1.06 庐山WJ剖面白色网纹2 16.66 4.38 1.09 0.28 0.67 0.32 0.90 26 庐山WJ剖面红色基质3 18.52 8.15 1.08 庐山WJ剖面白色网纹3 17.21 3.13 1.15 0.43 0.49 0.86 0.85 50 庐山WJ剖面红色基质4 17.99 7.69 1.07 庐山WJ剖面白色网纹4 16.79 2.42 1.16 0.61 0.33 0.98 0.41 70 庐山WJ剖面红色基质5 18.8 7.05 1.10 庐山WJ剖面白色网纹5 15.78 2.12 1.24 0.69 0.22 0.55 0.51 51 庐山WJ剖面红色基质6 15.71 9.41 1.11 庐山WJ剖面白色网纹6 17.77 1.60 1.26 异常 异常 异常 异常 异常 庐山WJ剖面红色基质7 16.2 11.8 1.00 庐山WJ剖面白色网纹7 18.4 2.20 1.20 0.73 0.25 4.47 -3.28 异常

表 2 网纹红土铁迁移(中亚热带、汤溪和庐山WJ剖面Al、Ti、Fe数据分别来自文献[27, 33~34])(%) Table 2 Fe element migration(Al, Ti, Fe content of mid subtropical zone, Tangxi and Lushan sections derived respectively from references[27, 33~34])(%)

网纹红土的物质来源尚存争议，网纹红土可能为近源、远源或二者的混合物^{[12, 35]}，目前尚难以最终确认网纹红土的原始母质。由于均质红土与网纹红土的物源可比，而风化程度又弱于网纹红土，且这种差异主要反映成壤强度的差异^[27]。参照相关研究^[27]，本文也暂将均质红土作为参照物，用以计算网纹红土铁的迁移情况。在进行铁迁移计算时，首先，将上述数据中的Al、Ti含量分别代入到公式(3)中，用于求取α、β；然后，将α、β计算结果输入到公式(11)，获取淋出比；将α计算结果带入公式(15)中，并以Ti为不活动元素，得到铁迁移比；最后，根据公式(16)，计算铁的迁淋比，计算结果见表 2。

从表 2可知，由我国中亚热带均质红土、红色基质和白色条纹中Al、Ti、Fe含量均值计算得到的铁迁移比为0.87%；由浙江汤溪网纹红土剖面均质红土、红色基质和白色条纹中Al、Ti、Fe含量平均值计算的铁迁移比为0.65%；庐山WJ剖面自下而上，从网纹层1至网纹层5，各网纹层的铁迁移比分别为0.10%、0.32%、0.86%、0.98%和0.55%等。上述结果表明，铁迁移比大于零，反映了在以均质红土为参照情况下，可能存在着铁从白色条纹向红色基质迁移，或者说白色条纹中的铁存在网纹层内迁移，这在一定程度上证实了铁迁出区形成白色条纹，而迁入区继承红土化特征的观点^[26~27]。由我国中亚热带均质红土、红色基质和白色条纹中Al、Ti、Fe含量均值计算得到的铁淋出比为0.70%；由浙江汤溪网纹红土剖面均质红土、红色基质和白色条纹中Al、Ti、Fe含量平均值计算的铁淋出比为0.42%；庐山WJ剖面自下而上，从网纹层1至网纹层5，各网纹层的铁淋出比分别为0.89%、0.90%、0.85%、0.41%和0.51%等。铁的淋出比大于零，这反映了在以均质红土为参照下，可能存在着铁从白色条纹淋溶到网纹层外，这在也一定程度上证实了在白色条纹形成过程中有铁淋溶出网纹层的观点^[24~25]。由我国中亚热带均质红土、红色基质和白色条纹中Al、Ti、Fe含量平均值得到的铁迁淋比为55%。由浙江汤溪网纹红土剖面均质红土、红色基质和白色条纹中Al、Ti、Fe含量的平均值计算的铁迁淋比为60%。庐山WJ剖面自下而上，从网纹层1至网纹层5，各网纹层的铁迁淋比分别为10%、26%、50%、70%和51%等。以上分析表明，在以均质红土为参照的情况下，铁的迁淋比在数值上虽然存在一定的波动，但平均而言，白色条纹中迁出的铁约有一半属于在网纹层内迁移，也约有近半的铁淋溶出网纹层土体。这说明，在白色条纹形成过程中，铁元素在网纹层内迁移^[26~27]和向网纹层外淋出^[24~25]的情况很可能并存，而非仅是在网纹层内迁移或向网纹层外淋出中的某一种。

上文对网纹红土铁的迁移情况进行了分析。然而，元素迁移机理及其与红土化之间的关系十分复杂^[27]，上述迁移模型的假设较为理想，与实际情况相比尚较为简化。例如，在构建迁移模型时，尚未考虑铁存在淋入网纹层的情况。因此，该模型的计算结果有时可能会出现异常，如庐山WJ剖面网纹层6和网纹层7的铁迁移计算就存在参数或结果异常。这说明本文所构建的铁迁移模型还有待进一步完善，以便能更好地表征网纹红土的物质迁移情况。另外，本次迁移估算是以均质红土为参照物的计算结果。由于网纹红土母质在时间上老于均质红土，风化程度上也可能不同于均质红土。因此，上述计算结果与实际值之间可能存在一定的差异，更为准确的估计还有待于网纹红土母质的进一步确定。但需要说明的是，本文所构建的迁移模型充分考虑了铁在网纹层内迁移和向网纹层外淋出等两种情况，且由我国中亚热带均质红土、红色基质和白色条纹中Al、Ti、Fe含量的平均值，浙江汤溪网纹红土剖面均质红土、红色基质和白色条纹中Al、Ti、Fe含量的平均值和庐山WJ剖面网纹层1至5中Al、Ti、Fe含量计算的铁迁移结果大体上较为相似，表明本迁移模型具有一定的合理性，计算结果对进一步深化网纹红土的物质迁移的研究具有一定参考价值。

基于质量平衡计算思想，本文构建了网纹红土的铁迁移模型，结合相关数据，对网纹红土风化成土过程中的铁迁移进行了估算。主要得到以下结论：

(1) 基于质量平衡思想构建的网纹红土铁迁移模型定量表达了成土母质、白色条纹、红色基质等三个物质间的质量平衡，统筹考虑了铁在网纹层内迁移和向网纹层外淋出等可能性，可用于分析网纹红土形成过程中铁元素的迁移情况。

(2) 我国中亚热带均质红土、红色基质和白色条纹中Al、Ti、Fe含量的平均值计算得到的铁迁移比为0.87%；浙江汤溪网纹红土剖面均质红土、红色基质和白色条纹Al、Ti、Fe含量的平均值计算得到的铁迁移比为0.65%；庐山WJ剖面均质红土、红色基质和白色条纹中Al、Ti、Fe含量数据计算得到的网纹层1至5的铁迁移比分别为0.10%、0.32%、0.86%、0.98%和0.55%等。铁迁移比大于零，在以均质红土为参照情况下，可能存在着白色条纹中的铁在网纹层内迁移。

(3) 我国中亚热带均质红土、红色基质和白色条纹中Al、Ti、Fe含量的平均值计算的铁迁淋比为55%；浙江汤溪网纹红土剖面均质红土、红色基质和白色条纹中Al、Ti、Fe含量的平均值计算的铁迁淋比为60%；庐山WJ剖面均质红土、红色基质和白色条纹Al、Ti、Fe含量计算的网纹层1至5的铁迁淋比分别为10%、26%、50%、70%和51%等。白色条纹中迁出的铁，在网纹层内迁移和向网纹层外淋溶出的情况很可能并存。

在网纹红土铁迁移模型推导和计算过程中，由于假设存在不活动元素组分、元素测试结果较为精确，均质红土作为成土母质，且未考虑层间铁的迁入等其他因素，计算结果在一定程度上会受上述情况影响。因此，更为科学的网纹红土物质迁移模型还有待进一步研究。本文希冀以此抛砖引玉，为揭示网纹形成机制提供参考。

致谢: 非常感谢审稿专家和编辑部杨美芳老师建设性的修改意见!感谢浙江师范大学林红军教授对英文摘要的修改。