砂姜黑土有机无机复合体结构特征及其对土壤颜色的影响机制

摘要

土壤颜色是反映土壤发生、形成环境及肥力特征的一项重要物理性状.通常高有机质含量土壤的颜色比较黑,但我国典型低有机质含量的砂姜黑土土壤颜色也很黑.基于传统化学方法的研究认为高度芳构化的腐殖质成分与土粒结合使砂姜黑土呈现黑色.然而采用化学方法只能提取部分腐殖质成分,且破坏了有机质及有机无机复合体的化学结构,其结果不具有代表性.通过不破坏土壤有机无机复合体结构的物理方法从砂姜黑土中提取黑色物质的研究发现蒙皂石吸附有机质形成的黑色有机无机复合体是砂姜黑土呈现黑色的决定性成分.但是,这些黑色有机无机复合体的有机质结构及复合体呈现黑色的机制还不清楚.本研究旨在通过物理方法从砂姜黑土中提取黑色组分,从有机质结构及其与蒙皂石矿物作用方面研究这些黑色有机无机复合体的特征,探讨其呈现黑色的机理.首先采用物理方法从黄淮海平原三个地点的典型砂姜黑土表土层(0～40 cm)土壤中提取浅色组分[>53μm颗粒、白(W)和浅白(LW)]和黑色组分[浅黑(LB)、黑(B)和纳米黑(NB)].然后采用分光测色仪、固态13 C核磁共振谱仪和X射线衍射仪分别测定不同提取组分的黑度、有机质结构和蒙皂石含量.相关分析和通径分析结果表明,提取组分有机质的羧基碳、氨基碳、烷基碳和烷氧碳对砂姜黑土黑度的直接影响效应和间接效应都较大,芳香碳含量和芳香度对土壤黑度的影响则较小,蒙皂石对土壤黑度的直接影响效应及其通过羧基碳、氨基碳和烷基碳对土壤黑度的间接效应都较大.因此,砂姜黑土中大量存在的蒙皂石通过吸附有机质中含有生/助色团的羧基碳、氨基碳、烷氧碳及烷基碳形成有机-无机复合体是其呈现黑色的主要机制,并不是传统观点认为的芳香碳及高芳香度.