土壤颜色是土壤重要的形态学特征,是可见光波段土壤光谱的综合反映,具有重要的成壤学及环境学意义,广泛应用于土壤鉴定分类与气候重建中。铁氧化物是地球及火星土壤最重要的致色组分,包括致色效应迥异的不同矿物相,同时其致色效应可能受基底、粒径以及腐殖质等因素的干扰。理清土壤中铁氧化物相的致色效应以及影响因素,对于准确解译土壤颜色可见光光谱特征,开展基于土壤颜色的土壤分类和气候重建具有重要意义,同时也为区域及行星尺度的铁氧化物定量和环境遥感奠定基础。本文围绕常见铁氧化物赤铁矿(Hm)和针铁矿(Gt)的致色效应、基底效应、粒径效应及腐殖质干扰等问题,选择合成矿物以及腐殖质制成混合土壤模拟样品,通过漫反射光谱(DRS)技术,系统分析了不同混合序列的光谱特征及多系统颜色指数变化,得出如下主要结论:1.单一铁氧化物相的致色效应为赤铁矿(Hm)强于针铁矿(Gt),赤铁矿使土壤致红,针铁矿使土壤致黄。赤铁矿含量与Lab颜色系统的红度(a*)以及基于DRS计算的红度(Red%)呈指数正相关,针铁矿含量与Lab系统中的黄度(b*)以及基于DRS计算的黄度(Yellow%)之间也呈指数正相关。各颜色指数在铁氧化物含量为0~5%范围对相应铁氧化物富集的敏感度明显高于5%~20%范围。2.在铁氧化物二元混合体系中,针铁矿对赤铁矿致色的影响较小,虽然针铁矿会降低赤铁矿与红度(a*和Red%)之间响应的敏感度,但二者之间的指数关系始终成立;赤铁矿对针铁矿的致色影响较大,针铁矿含量与黄度(b*和Yellow%)之间的关系受铁氧化物总量和比例的影响,当二者增大时,针铁矿含量与黄度之间的相关性降低。3.不同矿物基底混合样品的颜色指数对赤铁矿富集的敏感度大小为碳酸盐>原生硅酸盐>次生硅酸盐。原生硅酸盐基底中,对赤铁矿富集的敏感度从大到小依次为:石英(Qtz)>钠长石(Ab)>云母(Mu)>正长石(Or);次生硅酸盐基底中,对赤铁矿富集的敏感度大小为高岭石(Kao)>伊利石(Il);碳酸盐基底白云石(Dm)和方解石(Ca)对赤铁矿富集的敏感度无明显差别。这可能与不同矿物基底的反射率不同有关。4.铁氧化物粒径和基底矿物粒径对于铁氧化物致色均具有明显影响,前者可能与铁氧化物粒径增长导致色调由红向紫的转变有关,后者可能与矿物粒径增长导致的比表面降低有关。具体而言,赤铁矿粒径增大时,对赤铁矿富集的敏感度明显增强,分别为0.1μm>0.2μm>0.3μm>0.7μm;Kao粒级序列中,对Hm富集最敏感的粒径为5μm,其他粒径则相差不大;Qtz粒级序列中,对Hm富集的敏感度大小为:38μm>18μm>6.5μm=2.6μm。5.腐殖质的加入对于铁氧化物的致色具有明显干扰,胡敏酸(Ha)的干扰强于富里酸(Fa);铁氧化物与腐殖质的二元混合体系中,铁氧化物与相关颜色指数之间的关系依然成立,腐殖质的加入会降低颜色指数响应的敏感度。腐殖质对铁氧化物定量的干扰具体表现为胡敏酸的加入使基于红度和黄度的赤铁矿和针铁矿的估值普遍偏低;富里酸的干扰形式与赤铁矿和针铁矿的含量范围有关,一般会使基于红度的赤铁矿估值偏高;对针铁矿的估值的干扰较小。