陕西洛川黄土/古土壤中腐殖物质的组成、结构特征及其随时间的演化

摘要

土壤中的腐殖物质(HS)是一类暗色、复杂的高分子有机化合物，是土壤有机质的主体，在土壤中具有极其重要的作用。HS不仅能提供植物生长所需要的各种营养元素，还能改良作物的品质，同时对改善土壤结构也有重要贡献。HS不仅在农业生产上意义重大，而且在环境污染的治理上也有重要作用。研究发现，HS在吸附和去除有机污染物、有害重金属离子方面具有良好的效果。因此，对HS在土壤中的稳定机制及其动态变化的研究十分重要。
　　 土壤中的粘土矿物和铁铝氧化物对土壤有机质的保护有着重要的作用。虽然在粘土矿物与HS的作用机理方面已有很多研究，但是对真实土壤环境中制约HS稳定性的主导因素仍缺乏充分的认识。对于较长大时间跨度上HS的化学组成和结构特征的演化也缺乏系统的研究。
　　 本文以陕西洛川黑木沟黄土-古土壤剖面作为研究对象，采用一系列的物理、化学方法，对8层黄土和9层(古)土壤中HS的含量特征和结构特征进行了研究，并讨论了有机质组分(包括稳定有机质StOC、矿物保护有机质MOC和化学保护有机质COC)与土壤中粘粒组分的相关性。主要结果如下:
　　 (1)古土壤层的总有机碳含量高于其下伏的黄土层，S0-S8和L1-L8的TOC平均值分别为2.12 g/kg和1.54g/kg。古土壤的MOC平均值(0.59 g/kg)高于黄土(0.48 g/kg)，而StOC和COC分别为1.20 g/kg、0.70 g/kg，与黄土中相应组分的1.20 g/kg和0.64 g/kg相当。
　　 (2)在长期埋藏的条件下，土壤有机碳中的不稳定部分逐渐分解，余留的则是稳定性有机碳。由于黄土和古土壤在矿物组成、有机质组成及其化学结构上有可能存在某些差异，导致土壤有机碳达到稳定所需要的时间不同:黄土为140～250ka(与L2形成的时间相当)，古土壤为330～410ka(与S4形成的时间相当)。
　　 (3)粘粒含量与TOC和COC呈正相关关系(相关系数r分别为0.46和0.54)，粉砂粒和细砂粒与它们的相关性较差。高岭石与TOC、COC的相关性明显(r分别为0.74和0.61)，伊利石和蒙脱石与它们不相关或相关性较差。
　　 (4)古土壤中HS各组分含量大小的大致顺序是HM＞HA＞FA，而黄土中为FA＞HM＞HA;古土壤的HA和HM含量高于黄土，而FA的含量低于黄土;随着埋藏时间的增加，古土壤中HA、FA、HM以及黄土中FA和HM含量均不同程度地显示出逐渐降低的趋势。古土壤中HA和FA达到平衡所需要的时间为20多万年，而HM则需要70万年以上。
　　 (5) HS各组分与有机碳各组分之间的相关性分析结果表明，HA、HA+FA和HA+FA+HM与TOC之间具有很好的相关性，r值分别为0.89、0.94和0.96。黄土/古土壤中可提取的HS占TOC的比例可达93％。
　　 (6)HA、HA+FA和HA+FA+HM与高岭石含量均呈正相关关系(r值分别为0.62、0.57和0.65)，络合态铁氧化物与HA的相关性较高，说明黄土/古土壤中HS的稳定性主要与高岭石和络合态氧化铁有关。
　　 (7)古土壤中腐殖酸的脂肪族结构碳较多，并表现出明显的腐殖化特征;黄土中腐殖酸结构较稳定，腐殖化特征不明显;HA的芳香族碳多于FA，而FA的羰基碳和脂肪族碳较多。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 前言

1．1 黄土／古土壤中有机质的研究现状

1．2 土壤腐殖物质的研究现状

1．3 腐殖物质的表征方法

1．4 研究的目的意义和研究内容

第2章 材料与方法

2．1 研究区域自然的地理特征

2．2 样品的采集

2．3 粒度及矿物成分的测定

2．3．1 矿物成分分组和测定方法

2．3．2 粒度测定方法

2．3．3 铁氧化物分组和测定方法

2．4 有机质分组方法

2．5 腐殖物质的提取与纯化

2．6 腐殖酸的测定方法

第3章 粘土矿物和铁氧化物的组成特征

3．1 粒度分布规律

3．2 粘土矿物的组成特征

3．3 铁氧化物的组成特征

第4章 土壤有机碳含量特征及其与粘粒组分的相关性

4．1 土壤有机碳各组分含量特征

4．2 土壤有机碳与粒级的相关性

4．3 土壤有机碳与粘土矿物的相关性

4．4 土壤有机碳与铁氧化物的相关性

4．5 小结

第5章 腐殖物质含量特征及其与粘粒组分的相关性

5．1 腐殖物质各组分含量特征

5．2 腐殖物质与粒级的相关性

5．3 腐殖物质与粘土矿物的相关性

5．4 腐殖物质与铁氧化物的相关性

5．5 腐殖物质各组分与有机碳各组分之间的相关性及其意义

5．6 小结

第6章 腐殖酸腐殖化程度的变化特征

6．1 腐殖酸腐殖化程度的物质组成表现

6．2 腐殖酸的元素组成特征及其变化规律

6．3 腐殖酸的谱学特征

6．3．1 腐殖酸的紫外-可见光光谱特征

6．3．2 腐殖酸的红外光谱特征

6．3．3 腐殖酸的13C核磁共振波谱特征

6．4 小结

第7章 总结

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 存在的问题与展望

参考文献

致谢

论文发表情况