西南喀斯特地区主要土壤土壤有机质的地球化学特性和演化

The different fractions of soil organic matter (SOM) from the major soils of the karst area, southwest China, will be extracted and isolated to reveal the intrinsically differences of SOM in the different types of soil and to explore the underlying mechanism of distinguishable variations in quality and fertility existing in the soils of similar TOC contents; the state-of-art analytical methods, including tendential ultrafiltration, will be applied to quantitatively isolated humic acid (HA) into eight sub-HAs, each of them has a relatively uniform molecular weight, and to measure the 13C content and the average 14C age of each sub-HA. According to contents and distribution patterns of the sub-HAs in the different soils as well as in the different locations of soil profiles, the evolution and the migration of HA in the soil profiles will be discussed and the turnover rates of soil organic carbon in different types of soil will be estimated. The products of this projector will give hands on restorations of ecological environments, treatments of environmental pollutants, and establishing precise models of carbon balance in the study area, the karst area in the southwest of China.

本项目提取分离西南喀斯特地区主要自然土壤土壤有机质的不同组分，研究不同类型土壤中土壤有机质组成的差异，揭示西南地区总有机碳含量相近的不同类型的土壤其质量和肥力存在较大差异的原因；应用超滤分离等现代研究手段将复杂的土壤胡敏酸样品按其表观分子量的大小分成相对均一的8个级分，测定胡敏酸级分的碳稳定同位素组成和平均驻留年龄，统计分析不同类型自然土壤和不同深度土壤剖面上胡敏酸级分的含量与分布特征，研究自然环境条件下土壤胡敏酸在土壤剖面上的迁移和演化特性，估算研究区域内不同类型自然土壤中有机碳的周转更新速率，为西南喀斯特地区生态环境的恢复与重建、环境污染的综合治理以及建立区域碳收支的精确模型提供必要的科学依据和数据支撑。

我国西南喀斯特地区生态环境脆弱，区域内石漠化现象频发，严重制约了当地社会经济的发展。石漠化的主要表现是土壤退化，岩体裸露，土地生产能力严重下降。土壤是石漠化发生的主要场所，其理化特性对石漠化的发生、发展和终态都有不可忽视的影响。现有的石漠化研究集中于地质条件，地形地貌，水文状况和土壤机械性质等方面，土壤有机质（SOM）与石漠化的研究十分薄弱，亟需加强。石漠化土壤流失后，隐伏碳酸盐岩地层直接暴露于大气和雨水，可能对全球碳循环造成不确定影响，土壤SOM作为地表最大的活性碳库，研究其在石漠化过程中的动态变化具有重要的科学意义。本研究以西南喀斯特地区常见的4种土壤（黄壤，石灰土，紫色土和黄棕壤）为研究对象，研究土壤有机质（SOM）含量，组成和在深度剖面上的变化趋势，细分SOM，采用元素分析，电位滴定，红外光谱和核磁共振谱等土壤化学方法，结合稳定碳同位素示踪和放射性碳同位素定年等地球化学研究手段，深入研究不同类型土壤中胡敏酸（HA）的理化特性，探索研究区特定自然条件下，土壤HA的物质来源及演化规律。研究发现石灰土（喀斯特地区的特征土壤）SOM和HA的组成与剖面分布特性显著不同于其他三种土壤，石灰土中次生碳酸盐沉淀和溶解频繁，且含量较高的钙镁离子能与SOM形成复杂的络合物，对石灰土的SOM产生保护，表现为剖面上TOC的变化较小；虽然石灰土具有较高SOM含量，但石灰土HAC/TOC比相对较小，游离态HAf相对含量显著偏小，石灰土团聚体抵抗流水侵蚀的能力较小，受人为扰动后，包裹态HAe和结合态HAi快速流失或降解，导致石灰土SOM快速下降，土壤质量退化，加速石漠化。13C和14C数据显示，研究区土壤SOM的13C组成与变化复杂，与土壤类型和SOM元素比值均相关；土壤和泥炭不同分子量大小HA的14C年龄的变化也比较复杂，土壤中小分子量HA年龄较老，泥炭中大分子量HA年龄较老，但个别HA组分表现并不一致，这些现象的合理解释需要综合考虑多方面的因素。