本文關(guān)鍵詞： 土壤有機(jī)質(zhì) 土壤剖面 水溶性有機(jī)質(zhì) 密度分組 腐殖質(zhì) ~(13)C固體核磁技術(shù)　出處：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：生態(tài)系統(tǒng)類型的改變會導(dǎo)致進(jìn)入土壤剖面不同層次有機(jī)物料的數(shù)量和性質(zhì)產(chǎn)生差異,從而對土壤剖面中土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)的動(dòng)態(tài)變化、組分分布以及結(jié)構(gòu)性質(zhì)產(chǎn)生重要影響,但有關(guān)不同生態(tài)系統(tǒng)下黑土剖面中有機(jī)質(zhì)組分的差異及其影響因素的研究較少。本文以典型黑土區(qū)長期定位試驗(yàn)為研究平臺,系統(tǒng)研究了不同生態(tài)系統(tǒng)下(草地、林地、農(nóng)田和裸地)土壤200cm剖面各層次中(0-10、10-20、20-40、40-60、60-80、80-100、100-120、120-140、140-160、160-180和180-200cm)SOM的數(shù)量、物理組分和化學(xué)組分的分布規(guī)律,并采用核磁共振方法,對土壤剖面(0-100cm土層)中SOM的分子結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了探討。通過以上研究來揭示土壤剖面SOM周轉(zhuǎn)及其控制因素,以期為SOM的穩(wěn)定機(jī)制、全球碳循環(huán)以及黑土的合理利用提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:(一)不同生態(tài)系統(tǒng)對黑土剖面中有機(jī)碳(SOC)的影響范圍可達(dá)100cm以下。黑土植被恢復(fù)(草地生態(tài)系統(tǒng))能有效提高剖面中0-60cm土層SOC含量。在不施肥料的情況下,農(nóng)田黑土剖面中10-120cm各層SOC含量不僅低于草地和林地,且低于無植物殘?bào)w輸入的裸地,這可能是由農(nóng)田土壤剖面中激發(fā)效應(yīng)強(qiáng)烈,導(dǎo)致原SOM被微生物分解所致。黑土由農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)樵粕剂值睾?0-10和10-20cm SOC含量無明顯變化。(二)土壤剖面中各密度組分本身的有機(jī)碳濃度隨著深度的增加而降低,說明不同剖面層次密度組分的性質(zhì)存在著差異,此外,隨著深度的增加,土壤輕組有機(jī)碳含量及其占SOC的比例逐漸降低,重組有機(jī)碳則相反。不同生態(tài)系統(tǒng)間土壤輕組碳含量在0-10和10-20cm的差異最大,且差異隨著剖面深度的增加而降低,80cm以下無明顯差異;草地0-80cm各土層游離態(tài)輕組(f LF)和0-60cm各土層閉蓄態(tài)輕組(o LF)碳含量以及二者占SOC的比例均高于其它生態(tài)系統(tǒng),說明草地有利于土壤輕組有機(jī)碳的形成;裸地缺少輕組有機(jī)質(zhì)的來源,其表層0-10cm f LF碳含量均顯著低于其它3種生態(tài)系統(tǒng);農(nóng)田80cm以上土層輕組有機(jī)碳含量及其占SOC的比例均低于草地和林地;云杉類針葉林每年凋落物量有限,且根系大部分分布在土壤表層,因此,林地僅40cm以上土層中的輕組碳含量顯著高于農(nóng)田,二者40-100cm各土層的輕組碳含量無顯著差異;從重組碳含量來看,農(nóng)田和裸地0-40cm土層重組有機(jī)碳的比例顯著高于草地和林地,說明農(nóng)田和裸地生態(tài)系統(tǒng)會導(dǎo)致SOM向更加穩(wěn)定的方向發(fā)展;農(nóng)田土壤20-100cm以下土層的重組碳含量普遍低于其它處理,可能是由于激發(fā)效應(yīng)導(dǎo)致。(三)在0-120cm,水溶性有機(jī)碳(WSOC)含量隨深度的增加逐漸降低,120cm以下,各層WSOC含量趨于一致;不同生態(tài)系統(tǒng)下,WSOC含量的差異主要發(fā)生在0-80cm土層,且差異在表層最明顯,表現(xiàn)為草地林地農(nóng)田裸地;草地和林地生態(tài)系統(tǒng)0-60cm各土層WSOC含量顯著高于農(nóng)田和裸地。(四)不同生態(tài)系統(tǒng)下,土壤剖面中富里酸(FA)和胡敏酸(HA)含量以及HA/FA比值的差異主要發(fā)生在0-60cm土層。在60cm以上土層,草地土壤FA和HA含量普遍高于其它處;除10-20cm土層外,林地0-60cm各土層FA含量及其占SOC的比例均普遍低于其它處理,說明林地不利于上層土壤(0-60cm)中FA的形成。林地60cm以上各土層的HA/FA比值均為最高,草地除20-40cm土層外,60cm以上各土層的HA/FA比值則為最低,反映了林地SOM的腐殖化程度較高,草地則相反。與HA和FA相比,生態(tài)系統(tǒng)類型對胡敏素(HM)的影響程度較低,主要發(fā)生在表層0-10cm,表現(xiàn)為草地農(nóng)田林地裸地;在20-120cm,農(nóng)田各土層中HM的含量普遍低于其它處理,可能是由于農(nóng)田土壤剖面中存在激發(fā)效應(yīng),導(dǎo)致土壤穩(wěn)定性組分HM被微生物分解。(五)不同剖面深度下,SOM的化學(xué)官能團(tuán)比例存在著一定差異,隨著深度的增加,草地、林地和農(nóng)田SOM的甲氧基和烷氧基碳的比例逐漸降低,芳香碳和羧基碳含量增多,穩(wěn)定性增強(qiáng)。植被類型對土壤剖面中SOM的化學(xué)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重要影響,農(nóng)田恢復(fù)為自然草地植被后,0-80cm各土層SOM的烷基碳、甲氧基碳和烷氧碳含量均提高,芳香碳含量則下降。農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)樵粕剂值睾?土壤剖面0-60cm各層SOM的烷氧碳含量有所提高,芳香碳含量則無明顯差異。與草地相比,林地各層SOM的芳香碳含量均較高,且林地0-60cm各層SOM的非極性烷基碳和烷氧基碳低于草地,說明與草地相比,林地生態(tài)系統(tǒng)下SOM的腐殖化程度較高。無植被覆蓋的裸地弱化了土壤剖面不同層次之間SOM組成的差異。綜上,不同生態(tài)系統(tǒng)類型會對黑土剖面中SOM的數(shù)量、組分和性質(zhì)產(chǎn)生重要影響,且影響程度在剖面的不同層次存在著差異,揭示了不同剖面層次中SOM的穩(wěn)定和周轉(zhuǎn)機(jī)制不同,初步推斷田間條件下土壤剖面中存在的激發(fā)效應(yīng)是下層SOM周轉(zhuǎn)的主要控制機(jī)制之一。在今后的研究中我們應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的室內(nèi)模擬試驗(yàn),以明確根系及其分泌物對黑土剖面有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)的影響及其控制因素。
[Abstract]:This paper studies the distribution of SOM in soil profile ( 0 - 10 , 10 - 20 , 20 - 40 , 40 - 60 , 60 - 80 , 80 - 100 , 100 - 120 , 120 - 140 , 140 - 160 , 160 - 180 and 180 - 200cm ) . Compared with HA and FA , the contents of HA / FA and HA / FA ratio in soil layer of 0 - 60 cm were all higher than that of farmland and bare land . ( 5 ) There is a certain difference in the proportion of SOM ' s chemical functional groups at different section depth . As the depth increases , the proportion of the methoxyl and alkoxy carbons of the soil profile of the grassland , forest land and farmland is gradually decreased , the content of aromatic carbon and carboxyl carbon is increased , and the content of aromatic carbon decreases . In the future research , we should carry out the corresponding indoor simulation test to clarify the effect of root system and its secretions on the turnover of organic matter in black soil profile and its control factors .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S153.6

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本文編號：1514453