应用13C核磁共振技术研究土壤有机质化学结构进展

环境修复网讯:土壤有机质化学结构对准确评价土壤有机质的稳定性及其在土壤中的功能具有重要意义。土壤有机质化学结构的研究方法中，固态13C核磁共振波谱技术（Solid-state13C-NMR spectroscopy）具有独特优势，对土壤有机质化学结构的解析更贴近真实状态，近年来已取得诸多新进展和新突破。

论文综述了近年来应用13C-NMR测定土壤全土、团聚体和密度组分、腐殖质组分的有机碳化学结构特征，进一步分析了影响土壤有机质化学结构变化的因素。发现世界范围内不同气候条件、植被类型、土地利用管理方式、土壤类型、土壤有机碳含量的全土中有机碳化学结构比较相似，均表现为烷氧碳比例最高，其次为烷基碳和芳香碳，羧基羰基碳比例最低（如图）。而土壤颗粒及化学组分间的有机碳分子结构差异较大，较大颗粒的有机碳中烷氧碳比例最高，小粒径及与矿物颗粒结合的有机碳中烷基碳和羧基羰基碳比例更高，粉黏粒和腐殖酸组分的有机碳化学结构在土壤类型间差异较大。不同土壤有机碳化学结构的差别可能与形成土壤的气候条件、土壤类型、土壤质地特征、地上植被类型、进入土壤的凋落物和根系分泌物的质量、微生物种类、活性和代谢残体特征有关。一些研究结果也发现随着植物凋落物的腐解，其有机碳的化学结构趋于相似，导致土壤有机碳的化学结构差异变小。

13C核磁共振技术测定世界范围内代表性土壤有机碳化学结构波谱

进一步将土壤有机质化学官能团比例与土壤有机质含量和黏粒含量做相关性分析，揭示土壤有机碳化学结构与土壤有机质稳定性的关系。发现全土有机碳含量与有机碳官能团中的烷氧碳呈显著正相关关系，与芳香碳和羧基羰基碳呈显著负相关关系；土壤黏粒含量与有机碳官能团中的烷基碳显著正相关，与烷氧碳显著负相关；土壤黏粒含量与烷基碳/烷氧碳比例呈显著正相关，与土壤有机碳含量关系不显著。烷基碳比例与有机碳含量、芳香碳比例与黏粒含量无显著相关性（如图）。说明高有机质含量的土壤，烷氧碳比例越高，植物来源碳的比例越大，其土壤有机质的腐解化程度越低，土壤有机质越不稳定。土壤黏粒含量越高，土壤中烷基碳比例越大；烷氧碳比例显著减少，土壤有机质腐殖化程度越高，土壤有机质越稳定。

土壤有机碳含量、黏粒含量与有机碳官能团相对比例相关性

今后的研究重点应更多地关注土壤有机质来源的定量化分析、土壤微生物对土壤有机碳组分和结构稳定性的贡献及调控机制、土壤有机碳稳定性的生物物理化学保护机制、空间大尺度环境因子/土壤生态过程与微观尺度的有机碳化学分子结构的耦合作用机制、跨学科的多种土壤有机碳化学分子结构测定辨识技术等方面的研究。

原标题:应用13C核磁共振技术研究土壤有机质化学结构进展