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由于人口、经济、技术和社会压力而引起的土地利用变化加快了全球气候变化的速度,寻求土壤吸附和固定有机碳已经成为减缓大气CO2浓度增加的有效途径之一。森林生态系统中的碳库是全球碳库中最活跃的部分。其物质循环的状况和强度对全球环境变化产生一定的影响,是近年来较活跃的研究领域。在土壤有机质的稳定化过程中,关于有机质稳定中矿物之间的相互作用的研究还很少。土壤腐殖质因在土壤有机质中不易被微生物分解而成为稳定有机碳,这与其自身的化学组成和微结构密不可分。目前,对土壤腐殖质组成和结构的研究主要集中于农田生态系统,而不是森林生态系统,因此研究森林生态系统中土壤有机质的稳定性是非常重要和必要的。
因此,本文以广东省森林生态系统中的9个土壤剖面为主要对象,分析其的有机质含量与矿物含量的分布特征,并运用SPSS软件进行有机质与矿物的相关性分析。
运用紫外、傅立叶变换红外光谱、荧光光谱、固体核磁共振等现代分析技术和方法表征红壤腐殖质和矿物保护有机质的结构特征,还对土壤剖面不同层位,土壤不同粒级有机质的结构进行对比分析。本文的研究得到了国家自然科学基金项目:“华南红壤中NOM稳定性的矿物学机制与调控研究”(40773080)的资助。主要结果如下:
1)非结晶氧化铁矿物在红壤有机质稳定中起着主导作用,其不仅自身对有机质有很强的吸附保存能力,而且能作为桥键,形成蒙脱石-氧化铁矿物-有机质这样的复合体。
2)与富里酸相比较,胡敏酸的含氧官能团含量较高、芳香度较小,胡敏酸对土壤结构形成的作用大于富里酸。
3)土壤有机质为包括烷基碳和烷氧碳(碳水化合物)的脂肪族化合物的。多糖类、脂肪类趋向于在矿物表面吸附并得到稳定保护。这说明土壤中有机质的稳定受控于矿物与有机质之间的相互作用。
4)与胡敏酸,富里酸和胡敏素相比,矿物保护有机质的含氧功能基除了羧基,羰基和甲氧基,还含有酚羟基和醇羟基。这些基团更有利于有机质吸附在氧化矿物,粘土矿物或其他土壤无机物上,从而得到稳定保存。矿物保护有机质由低芳香性物质和低分子量化合物组成,表明其不是依靠自身组分的抗性,而是被矿物吸附而保存下来。