應(yīng)用13C核磁共振技術(shù)研究土壤有機質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)進展

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊:土壤有機質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)確評價土壤有機質(zhì)的穩(wěn)定性及其在土壤中的功能具有重要意義。土壤有機質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的研究方法中，固態(tài)13C核磁共振波譜技術(shù)（Solid-state13C-NMR spectroscopy）具有獨特優(yōu)勢，對土壤有機質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的解析更貼近真實狀態(tài)，近年來已取得諸多新進展和新突破。

論文綜述了近年來應(yīng)用13C-NMR測定土壤全土、團聚體和密度組分、腐殖質(zhì)組分的有機碳化學(xué)結(jié)構(gòu)特征，進一步分析了影響土壤有機質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)變化的因素。發(fā)現(xiàn)世界范圍內(nèi)不同氣候條件、植被類型、土地利用管理方式、土壤類型、土壤有機碳含量的全土中有機碳化學(xué)結(jié)構(gòu)比較相似，均表現(xiàn)為烷氧碳比例最高，其次為烷基碳和芳香碳，羧基羰基碳比例最低（如圖）。而土壤顆粒及化學(xué)組分間的有機碳分子結(jié)構(gòu)差異較大，較大顆粒的有機碳中烷氧碳比例最高，小粒徑及與礦物顆粒結(jié)合的有機碳中烷基碳和羧基羰基碳比例更高，粉黏粒和腐殖酸組分的有機碳化學(xué)結(jié)構(gòu)在土壤類型間差異較大。不同土壤有機碳化學(xué)結(jié)構(gòu)的差別可能與形成土壤的氣候條件、土壤類型、土壤質(zhì)地特征、地上植被類型、進入土壤的凋落物和根系分泌物的質(zhì)量、微生物種類、活性和代謝殘體特征有關(guān)。一些研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)隨著植物凋落物的腐解，其有機碳的化學(xué)結(jié)構(gòu)趨于相似，導(dǎo)致土壤有機碳的化學(xué)結(jié)構(gòu)差異變小。

13C核磁共振技術(shù)測定世界范圍內(nèi)代表性土壤有機碳化學(xué)結(jié)構(gòu)波譜

進一步將土壤有機質(zhì)化學(xué)官能團比例與土壤有機質(zhì)含量和黏粒含量做相關(guān)性分析，揭示土壤有機碳化學(xué)結(jié)構(gòu)與土壤有機質(zhì)穩(wěn)定性的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)全土有機碳含量與有機碳官能團中的烷氧碳呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與芳香碳和羧基羰基碳呈顯著負相關(guān)關(guān)系；土壤黏粒含量與有機碳官能團中的烷基碳顯著正相關(guān)，與烷氧碳顯著負相關(guān)；土壤黏粒含量與烷基碳/烷氧碳比例呈顯著正相關(guān)，與土壤有機碳含量關(guān)系不顯著。烷基碳比例與有機碳含量、芳香碳比例與黏粒含量無顯著相關(guān)性（如圖）。說明高有機質(zhì)含量的土壤，烷氧碳比例越高，植物來源碳的比例越大，其土壤有機質(zhì)的腐解化程度越低，土壤有機質(zhì)越不穩(wěn)定。土壤黏粒含量越高，土壤中烷基碳比例越大；烷氧碳比例顯著減少，土壤有機質(zhì)腐殖化程度越高，土壤有機質(zhì)越穩(wěn)定。

土壤有機碳含量、黏粒含量與有機碳官能團相對比例相關(guān)性

今后的研究重點應(yīng)更多地關(guān)注土壤有機質(zhì)來源的定量化分析、土壤微生物對土壤有機碳組分和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的貢獻及調(diào)控機制、土壤有機碳穩(wěn)定性的生物物理化學(xué)保護機制、空間大尺度環(huán)境因子/土壤生態(tài)過程與微觀尺度的有機碳化學(xué)分子結(jié)構(gòu)的耦合作用機制、跨學(xué)科的多種土壤有機碳化學(xué)分子結(jié)構(gòu)測定辨識技術(shù)等方面的研究。

原標(biāo)題:應(yīng)用13C核磁共振技術(shù)研究土壤有機質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)進展