中国西南喀斯特地区土壤/泥炭有机质及胡敏酸稳定碳同位素组成研究

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近几年,稳定碳同位素技术广泛用于土壤有机质的研究,主要包括示踪有机质来源、重现C3/C4变化历史、衡量有机碳周转周期等。土壤有机质是土壤的重要组分,显著地影响着土壤结构和理化性质,是土壤养分的主要来源,是决定土壤质量的主要参数。中国西南喀斯特地区石漠化日趋严重,深刻认识土壤有机质的组成、特性和演化规律是提高土壤质量实践的必要理论前提。  为了研究我国西南喀斯特地区土壤有机质的来源与演化,本研究以贵州喀斯特地区几种典型的土壤/泥炭剖面作为研究对象,同时从土壤/泥炭有机质中提取出胡敏酸,通过元素分析、电位滴定等技术对土壤/泥炭有机质及相应胡敏酸有机碳含量,羧基含量,酚羟基含量等基本性质进行分析,利用连续流气体同位素质谱仪测定稳定碳同位素组成(δ13C)。探究了贵州喀斯特地区土壤/泥炭有机质δ13C随剖面变化规律、土壤全样有机质与相应胡敏酸δ13C组成的差异以及不同分子量胡敏酸δ13C的变化趋势。得到如下结果与结论:  1、不同土壤剖面δ13C值变化趋势并不完全相同,但都随着剖面深度的加深而逐渐偏正,这是由于环境、微生物作用、植被等综合因素决定的。其中,黄壤剖面有机质及胡敏酸δ13C明显高于表层植被及枯枝落叶,推断该地区可能存在植被的转变或是由有机质的强烈降解所导致,具体需进一步数据验证。  2、泥炭剖面有机质δ13C随剖面深度的加深,先增大后减少,最后趋于平稳。通过对比相邻地区泥炭有机质与纤维素δ13C,说明泥炭有机质δ13C剖面组成差异主要可能是土壤有机质降解及微生物作用的结果,与该地区土壤气候类型相关性不大。  3、胡敏酸与相应全土有机质剖面δ13C的变化规律高度相似。石灰土与其相应胡敏酸的δ13C变化规律几乎完全吻合。除紫色土外,黄壤、石灰土以及棕黄壤全土的δ13C值均大于相应的胡敏酸,说明全土有机质与胡敏酸成分不同,全土有机质中含更多的富13C的化合物,而胡敏酸中则含较多贫13C的成分。  4、泥炭上层、黄壤、石灰土胡敏酸超超滤组分的δ13C值与OC呈明显负相关,说明泥炭上层、黄壤、石灰土胡敏酸分解程度较低。泥炭上中层、黄壤胡敏酸超超滤组分的δ13C值与脂肪碳、甲氧基碳呈显著负相关,与芳香碳、酮基碳、羧基碳呈显著正相关。说明脂肪碳、甲氧基碳是贫13C的,而芳香碳、酮基碳、羧基碳富集13C。  5、泥炭的上层与中层、黄壤胡敏酸超滤组分的δ13C值与酚羟基含量呈负相关关系,与羧基含量呈正相关。原因可能是腐殖质的结构由两个部分组成,一个是来源于微生物的有机含氧化合物,一个是起源于木质素的芳香环。  6、泥炭超滤组分上层与中层、黄壤胡敏酸超滤组分的δ13C值随分子量减小而偏正,说明胡敏酸分子量越大,所含的贫13C的组分越多。  7、石灰土胡敏酸超滤组分δ13C值与不同类型碳基官能团含量的相关系与其他类型土壤及泥炭趋势不太一致,可能说明了石灰土结构的特殊性。泥炭下层由于埋藏深度较深,时间较长,稳定碳同位素组成比较稳定。  8、由计算值与实验测定值比较说明,超滤过程对胡敏酸δ13C的影响可忽略。
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