福建漳江口不同林分类型土壤碳官能团特征分析文献综述

 2022-08-03 03:08

文献综述

前言:本文对互花米草入侵的前后的土壤,利用核磁共振等技术对其官能团进行分析，计算出各时期土壤中可溶性有机物中芳香性所占比例，结合入侵前后土壤的固碳能力，从而说明可溶性有机物中芳香性所占比例大小对土壤汇碳的影响，并进一步确定互花米草对生态系统造成的潜在影响。

关键词：土壤有机物官能团，核磁共振，芳香性，互花米草

  1. 前沿
    1. 研究背景：

土壤溶液有机物的官能团特征即土壤可溶性有机碳的结构特性。土壤有机碳组成和结构复杂，含有羟基（醇类、酚类）、羧基（脂烃、芳烃上）和酮基（R配型、酮型）等多种官能团[1]。有机碳组成结构的变化反映了分子水平的土壤化学固碳机制、尤其是土壤系统的关键固碳过程及其稳定性变化。国内外人们对土壤有机碳及其组分做了大量的研究，对有机碳结构的研究也取得了一定的成果。近年来核磁共振（NMR)技术、红外波谱技术和同步辐射软X射线测定技术等已广泛应用于土壤有机碳结构分析中。特别是核磁共振技术在研究土壤碳库的化学组成结构方面具有很大的优势，可以清晰表明有机碳中各种类型碳的相对分布。

    1. 研究目的及意义

自1978年以来我国引种互花米草之后，关于互花米草入侵海岸带生态系统的研究也逐渐成为热点。互花米草的入侵已经成为中国海岸带最严重及最具挑战的生态环境问题之一。互花米草入侵滨海湿地的研究多集中在湿地食物网的改变、微生物群落变化特征以及不同植被类型土壤理化性质的简单对比，根据前人实验结果表示，互花米草的入侵减少了土壤有机碳、有机质、全氮和全磷含量。本文对互花米草入侵的前后的土壤利用核磁共振等技术进行分析，对于揭示互花米草的入侵导致土壤官能团的变化，从而引起土壤汇碳能力的改变的规律具有重要意义。

  1. 土壤有机碳官能团特征分析研究现状

应用核磁共振技术研究土壤有机质官能团已成为一种较优的选择。核磁共振(NMR)技术主要包括2个学科分支:核磁共振成像术(magnetic resonance imaging，MRI)和磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，MRS)［2］。研究者常用1H-NMR、液态13C-NMR和固态13C-NMR来研究土壤有机质，也有少数研究者用31P-NMR和15N-NMR。其中，最早使用的是1H-NMR，液态13C-NMR使用较晚，固态13C-NMR到20世纪80年代才使用［3］，样品预处理简单，可直接检测而无需用化学或其他方法提取有机物质，波谱图内涵丰富，较全面地提供土壤样品有机质成分信息，因此核磁共振技术在土壤有机质研究中发挥着越来越重要的作用。

2.1核磁共振技术在土壤有机质结构方面的研究进展

大部分土壤有机碳的核磁共振谱图都包含四个明显共振区：烷基碳区（0-50ppm）、烷氧碳区（50－110ppm）、芳香碳区（110－160ppm）和羰基碳区（160－220ppm）。通过比较土壤不同碳官能团含量的变化，可以确定土壤有机碳结构和稳定性的变化［4］。但不同的研究对不同碳组分占土壤总有机碳比例的研究结果有很大的差异。有研究结果表明烷氧碳在四种碳组分中所占比例最大，而Oade和Chen的研究结果表明，烷基碳所占的比例最高［5］。这充分说明土壤有机碳的化学组成受到土地利用方式、土壤类型、气候特征、植被类型、管理模式等因素的综合影响。不同粒级中有机碳的化学成分有所差异。砂粒组中的有机碳主要是正在分解的植物残体和微生物体，其组成、结构和性质与轻组有机碳相似并有很高的相关性。同时，砂粒组中有机质的分解转化产物，往往成为其他粒级有机碳组分的补充。有研究进一步表明黏粒比粉粒含有更多易氧化组分和脂肪族物质，说明粉粒比黏粒更有利于有机碳的固定。

2.2 核磁共振技术在土壤有机质结构方面的研究不足

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