赤红壤区粘土矿物及铁铝氧化物对土壤有机碳的稳定机制研究

The research of soil organic carbon stability and soil carbon sequestration potential is one hotspot of global carbon cycling researches. Based on the soil and soil minerals of the natural forest and mature plantation in the Lateritic Red Soil region, we utilize the physio-chemical fraction techniques, FTIR techniques, Solid state 13C CP-MASS NMR techniques and carbon mineralization techniques and 14C isotipe techniques to compare the differences of soil organic carbon content, organic carbon groups and carbon turnover time between the natural forest and mature plantation, analyzing the relationship between the soil organic carbon stability and soil clay minerals, discussing the differences and mechanism of soil carbon sequestration potential between the natural forest and mature plantation. Besides, based on the components of soil clay minerals and Fe, Al oxides in the Lateritic Red Soil region, We design the "Clay Minerals Composite Absorbing System" , using the FTIR techniques, Solid state 13C CP-MASS NMR techniques to reveal the selectively absorbing carbon groups and aggregation building mechanism between the "Clay Minerals Composite Absorbing System" and organic matter, meanwhile utilizing the soil carbon mineralization techniques to reveal the effects of "Clay Minerals Composite Absorbing System" or Fe, Al oxides on SOC stability. Finally, we discuss the comtribution weight of clay minerals and Fe, Al oxides on the SOC stability and sequestration potential in the subtropical forest acid soil, promoting proper SOC sequestration techniques for the subtropical forest acid soil.

土壤有机碳稳定性和土壤固碳潜力为全球碳循环的研究热点之一。本研究以赤红壤区天然林和成熟人工林土壤为对象,联用物理化学分组技术、FTIR光谱技术、固体13C CP-MASS NMR技术、碳矿化测定技术和14C同位素技术，比较分析两者的土壤及不同组分有机碳含量、碳功能群组成和碳周转的差异，分析其与土壤矿物及铁铝氧化物的关系，探讨天然林和成熟人工林土壤有机碳固碳潜力的差异及形成机制。通过仿照赤红壤区土壤的粘土矿物和铁铝氧化物组成规律，构建赤红壤区"粘土矿物复合胶体模拟系统"，用FTIR光谱技术和固体13C CP MAS NMR技术研究粘土矿物复合胶体对有机物的选择吸附规律和团聚体形成机制，用碳矿化速率测定技术研究其对有机物分解速率的影响，系统评价赤红壤区粘土矿物及铁铝氧化物对亚热带森林土壤有机碳固碳潜力和稳定的贡献，最终提出亚热带森林土壤固碳增汇技术措施。

土壤有机碳稳定性和土壤固碳潜力为全球碳循环的研究热点之一。本研究以赤红壤区天然林和成熟人工林土壤为对象,联用物理化学分组技术、FTIR 光谱技术、固体13C CP-MASS NMR 技术、碳矿化测定技术和14C 同位素技术，比较分析两者的土壤及不同组分有机碳含量、碳功能群组成和碳周转的差异，分析其与土壤矿物及铁铝氧化物的关系，探讨天然林和成熟人工林土壤有机碳固碳潜力的差异及形成机制。通过仿照赤红壤区土壤的粘土矿物和铁铝氧化物组成规律，研究粘土矿物和复合胶体对有机物的选择吸附和矿化规律，用碳矿化速率测定技术研究其对有机物分解速率的影响，系统评价赤红壤区粘土矿物及铁铝氧化物对亚热带森林土壤有机碳固碳潜力和稳定的贡献，以提出亚热带森林土壤固碳增汇技术措施。研究结果表明：（1）在供试的10种矿物和氧化物类型中，只有5-6种矿物对亚甲基蓝、腐殖酸、淀粉产生吸附作用，吸附动态易受有机物的浓度和吸附溶液pH值的影响，不同的矿物与有机物的吸附位置和吸附结合键也有所不同。（2）在模拟土壤矿物和经氧化去除有机质的土壤矿物对蔗糖和马尾松凋落物的有机物添加的响应不同。添加蔗糖时，土壤有机碳矿化速率主要受矿物类型和含量的影响。添加马尾松凋落物时，土壤有机碳矿化速率主要受马尾松凋落物本身质量控制，受矿物组成影响较小。（3）在相同土壤母质下，30年以上的成熟人工林的有机碳含量和储量接近或超过天然林的，说明成熟人工林具有较高的土壤有机碳固存潜力，但主要还是集中在表层。天然林的有机碳含量受土壤母质影响大，而成熟人工林受其影响较小。本项目培养了3个研究生，已发表了4篇中文核心期刊论文，1篇自然核心期刊论文，SCI文章尚在整理中。存在不足：由于赤红壤区的土壤有机碳含量低，土壤核磁共振和土壤14C的采集信号较差，目前经过多次预处理都不理想，测试时间长，样品还在送样检测中，无法完成碳功能群组成和基于14C的同位素土壤周转时间的分析工作。