物理分组提取的不稳定土壤有机质组分化学本性、稳定性及其功能差异性研究

在解析土地利用变化和植被过程的土壤生态效应时常常需要将土壤有机质分解为稳定性和功能不同的组分。密度和颗粒粒径分组就是最常用的两种土壤有机碳库的分组技术。轻组和粗组土壤有机质一般认为同属于不稳定的土壤有机质组分，是土壤微生物的主要呼吸基质和养分给源，对土地利用变化、土壤管理和生态过程非常敏感，其含量可以作为土壤质量变化的一个敏感指标。但是我们初步的研究说明轻组有机质和粗组有机质在土壤基质中的位置、化学组成、生物稳定性及其功能可能有显著差异。本项目拟在前期研究工作基础之上，用扫描电镜技术对轻组和粗组有机质组分的形态特征、与矿物的结合程度进行观察，用液相色谱技术对轻组和粗组有机质组分的碳水化合物和木质素组成进行测定，同时对他们的氨基酸组成、生物稳定性及对土壤氮素周转的影响进行比较研究，以明确他们在性质和功能上的差异性以及这些差异性是否随气候、生态类型和土壤管理措施的不同而变化。

在解析土地利用变化和植被过程的土壤生态效应时常常需要将土壤有机质分解为稳定性和功能不同的组分。密度和颗粒粒径分组是最常用的两种土壤有机碳库的分组技术。轻组和粗组土壤有机质一般认为同属于不稳定的土壤有机质组分，是土壤微生物的主要呼吸基质和养分给源，对土地利用变化、土壤管理和生态过程非常敏感，其含量可以作为土壤质量变化的一个敏感指标。但是关于轻组和粗组土壤有机质在化学组成上是否具有同一性，对土地利用变化、管理措施和生态过程的反应上是否具有平行关系，目前国内外文献中还没有报道。这在实际工作中产生一个问题，究竟是选取那一种土壤有机质的分组方法好，或者选取不同方法时研究结果有什么异同。本项目在前期研究工作基础之上，本项目对轻组和粗组有机质组分的形态特征、与矿物的结合程度、元素组成、化合物组等方面的差异性性、以及这些差异性随气候、生态类型和土壤管理措施的变化程度等进行了研究。我们的主要研究结果是：（1）明确了密度和颗粒粒径有机质组分与土壤矿质之间的关系。轻组有机质（密度<1.8 g cm−3）几乎完全游离于土壤矿物质，而粗组有机质(粒径>0.05mm)则有13% 以上的有机碳（质）是与矿物质（砂粒）结合在一起的。在粗组组分中，土壤有机质包裹、吸附在砂粒（2-0.05 mm）表面。（2）基本明确了密度和颗粒粒径有机质组分在元素组成和化合物组成上的差异性。轻组有机质组分含有更多的碳而粗组有机质则含有更多的氮；轻组有机质的碳氮比值显著大于粗组有机质。这一结果说明粗组有机质作为一个整体比轻组有机质具有更高的腐解程度。作为一个整体，轻组有机质含有更多的植物来源的木质素、纤维素和半纤维素物质，而粗组有机质则含有更多的微生物来源的碳水化合物和氨基糖类化合物。（3）明确了密度和颗粒粒径有机质组分对气候、植被和管理措施的敏感程度不同，两者具有不同的反应。（4）一般地，轻组有机质比粗组有机质对气候、植被和管理措施的变化更敏感。本研究成果对于土壤有机质分组方法的决策、对分组方法结果的解释具有重要意义。通过三年的研究，项目组基本完成了课题的任务目标。在SCI期刊发表研究论文4篇，另有一篇目前正在整理投稿之中。培养硕士研究生2名、博士研究生4名。