宝鸡黄土/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

腐殖物质作为土壤有机碳的稳定部分，一直是科学家门研究的热点问题。它的形成和转化是缓慢而长期的，以往很多研究仅局限在短时间尺度上的动态变化研究，这对研究土壤中腐殖物质的稳定性具有一定的时间局限性。因此，在腐殖化过程的研究方面，强化长时间尺度的研究非常必要。
　　 为了弥补以往研究中存在的不足，本文选择了埋藏时间久远的宝鸡黄土-古土壤剖面为研究对象。先对黄土/古土壤中总有机碳(TOC)及其各组分（稳定有机碳-StOC，化学稳定有机碳-COC，矿物保护有机碳-MOC）进行系统研究，并分析其中的StOC占TOC的比例随时间的变化特征。然后分别定量提取各黄土/古土壤层的腐殖酸，并对它们的数量特征、元素组成及结构特征等进行研究。同时，将土壤有机碳和腐殖酸各组分分别与粘粒含量、粘土矿物、铁氧化物进行相关性分析，进而探讨土壤有机物质在长时间尺度下的稳定机制。主要研究结果如下:
　　 (1)土壤有机碳及其各组分的研究表明，随着埋藏时间的增加，古土壤和黄土中TOC、StOC、MOC含量均不同程度地表现出降低的趋势，并且古土壤的TOC含量高于其下伏的黄土层（S7除外）。无论是黄土还是古土壤，StOC的构成均以MOC为主，其占StOC的平均比例高达75.51％。
　　 (2)胡敏酸(HA)、富里酸(FA)的定量测定结果表明，无论在黄土还是古土壤中，腐殖酸组分含量均表现出FA＞HA的规律;与黄土相比，古土壤中HA、FA含量较高。总体来说，随着埋藏时间的增加，黄土和古土壤中的腐殖酸各组分含量均逐渐降低。
　　 (3)粘粒含量、粘土矿物及铁氧化物与TOC及各组分有很好的相关性。粘粒含量与TOC和StOC呈显著正相关，相关系数r分别为0.73和0.50。高岭石含量与TOC、StOC、MOC和COC之间相关性较好，r值分别为0.92、0.81、0.63和0.62;无定形铁与TOC、StOC之间有一定的相关性，相关系数r分别为0.67和0.53。
　　 (4)粘粒含量、粘土矿物、铁氧化物、土壤有机碳各组分与土壤腐殖酸及各组分呈正相关关系。粘粒含量与HA、FA的相关系数r分别为0.73和0.70。与伊利石相比，高岭石与HA、FA的相关性较好，相关系数r分别为0.87和0.91。无定形铁与HA、FA呈正相关，相关系数r分别为0.64和0.50。HA、FA与TOC的相关性显著，相关系数r分别为0.98和0.94。
　　 (5)元素分析、红外光谱、核磁共振波谱的分析结果表明，不同埋藏时间下HA、FA的组成及结构特征基本相同，但随埋藏条件的不同，也出现一定的变化。黄土FA中羧基碳含量大于古土壤，芳香碳含量小于古土壤;而黄土中HA羧基碳含量与古土壤相近，芳香碳含量大于古土壤。与HA相比，FA具有烷基链烃含量少、羧基/羰基含量多的特点，而HA则含有较多的芳香族类不饱和物质，并含有一定的脂肪性基团。
　　 (6)以土壤有机物质和粘土矿物为研究对象，对采自洛川剖面和宝鸡剖面的黄土/古土壤样品进行对比分析，发现两剖面许多共同特征，具体表现为:①古土壤层的TOC含量均高于其下伏的黄土层，同时，土壤TOC表现出随埋藏时间的增加而逐渐降低的趋势;②腐殖物质含量在两剖面的变化趋势基本相同，均随着埋藏时间的增加而逐渐减少;③粘土矿物类型基本相同，均以伊利石和高岭石为主。除了上述共同点之外，两剖面还存在着一些差异，主要有以下几个方面:①宝鸡剖面TOC最大值及平均值远大于洛川剖面，从StOC构成上来看，尽管两剖面稳定有机碳均以MOC为主，但宝鸡剖面MOC占StOC的平均比例(75.51％)高于洛川剖面(33.85％)。同时，洛川剖面TOC与粘粒含量、高岭石含量的关系也不如宝鸡剖面密切。②洛川剖面古土壤HA/FA、PQ值比宝鸡剖面略高，而在黄土中则表现出相反的规律。宝鸡剖面腐殖物质与粘粒、高岭石含量的相关性好于洛川剖面。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 前言

1．1 问题的提出

1．2 研究目的和意义

1．3 主要研究内容

1．4 技术路线

1．5 主要工作量

第2章 土壤有机碳的研究进展

2．1 土壤有机碳的研究意义

2．2 土壤有机碳的研究现状

2．2．1 土壤活性有机碳的研究现状

2．2．2 土壤稳定性有机碳的研究现状

2．3 影响土壤有机碳固定的因素

2．3．1 粘粒对土壤有机碳的固定作用

2．3．2 粘土矿物对土壤有机碳的固定作用

2．3．3 铁氧化物对土壤有机碳的固定作用

2．4 土壤腐殖酸的研究进展

2．4．1 土壤腐殖酸结构和性质的研究进展

2．4．2 土壤腐殖酸的形成和转化方面的研究进展

2．5 土壤有机碳研究中存在的问题

第3章 实验材料与方法

3．1 样品采集

3．2 待测物的提取制备

3．2．1 有机实验部分

3．2．2 无机实验部分

3．3 测定方法

3．3．1 有机实验部分的测定方法

3．3．2 无机实验部分的测定方法

第4章 黄土／古土壤中有机碳的分布特征及其影响因素

4．1 总有机碳及其各组分的含量变化特点

4．2 影响土壤有机碳含量的因素

4．2．1 土壤有机碳与土壤粒级的关系

4．2．2 土壤有机碳与主要粘土矿物的关系

4．2．3 土壤有机碳与铁氧化物的关系

4．3 小结

第5章 黄土／古土壤中腐殖酸的化学组成和结构特征及其随时间的演化

5．1 土壤腐殖酸的数量特征及其随时间的演化

5．1．1 腐殖酸的分布特征

5．1．2 腐殖酸的腐殖化程度及其随时间的演化

5．1．3 腐殖酸各组分的元素组成及其随时间的演化

5．2 影响腐殖酸含量的因素

5．2．1 腐殖酸各组分与粘粒含量的关系

5．2．2 腐殖酸各组分与粘土矿物的关系

5．2．3 腐殖酸各组分与铁氧化物的关系

5．2．4 腐殖酸各组分与有机碳的关系

5．3 土壤腐殖酸的结构特征及其随时间的演化

5．3．1 腐殖酸的红外光谱分析

5．3．2 腐殖酸的核磁共振分析

5．4 小结

第6章 洛川剖面与宝鸡剖面有机物质特征的对比

6．1 总有机碳的对比研究

6．1．1 总有机碳含量的对比

6．1．2 总有机碳与粘土矿物相关性的对比

6．2 有机碳各组分的对比研究

6．2．1 有机碳各组分含量的对比

6．2．2 有机碳各组分与粘土矿物相关性的对比

6．3 胡敏酸和富里酸对比研究

6．3．1 胡敏酸和富里酸的数量特征的对比

6．3．2 腐殖酸与粘土矿物相关性的对比

6．4 小结

第7章 全文总结

7．1 全文结论

7．2 创新点

7．3 不足之处

参考文献

致谢

论文发表情况