摘要
土壤有机碳是陆地碳储量的重要组成部分，其含量变化对气候改变具有重要影响。官能团决定了土壤有机化合物的化学性质，影响土壤有机碳的固持与转化。探究土壤中官能团种类和含量的变化，对理解土壤有机碳含量的变化具有积极意义。为此，本研究以黄土高原子午岭区典型植被(森林、灌木和草地)土壤为研究对象，在对比不同红外光谱技术性能的基础上，选取高性能的土壤光谱技术，研究不同植被土壤和不同粒级团聚体中官能团/基团的分布特征，探究影响官能团/基团变化的主要土壤理化性质。研究的主要结论如下： (1)衰减全反射(ATR-FTIR)光谱技术仅适用于纯度较高的物质分析，对成分复杂的土壤样品不适用；透射光谱(T-FTIR)光谱技术可用于纯度较高物质和成分复杂的土壤样品，但需用KBr稀释，且制备工艺较为复杂；漫反射光谱(DR-FTIR)光谱技术可直接用于测定有机物和成分复杂的土壤样品，无需经KBr稀释，无需制备样品，简单易操作。在混合试样定量分析中，DR-FTIR优于T-FTIR光谱技术，对于大量土壤样品的定量分析更有优势。 (2)辽东栎(QW)、侧柏(PO)、油松(PT)、刺槐(RP)、狼牙刺(SV)、黄刺玫(RX)、沙棘(HR)与草地(SB)八种植被表层(0-20cm)土壤的漫反射红外光谱图表现出相似的谱图形态，其官能团/基团的种类主要为游离的羟基OH、分子间缔合的羟基OH、甲基CH3、亚甲基CH2、苯环C=C键、醚键C-O-C。分析不同植被种类中典型官能团/基团含量的变化，可比较官能团/基团特征吸收峰面积比值与目标土壤质量分数拟合线斜率K值的大小。以QW土壤为参照样品，发现PT、HR和SB土壤波段3000-2800cm-1与波段1760-1550cm-1的官能团/基团分别为甲基CH3和苯环C=C特征吸收峰，且峰面积比值与土壤样品的质量分数有较好的线性拟合。其斜率K的绝对值均表现为KPT＜KHR＜KSB，表明不同植被种类土壤中官能团甲基CH3和苯环C=C的含量的大小为PT＞HR＞SB。对不同植被种类土壤有机碳(SOC)、总碳(TC)、总氮(TN)、胡敏酸(HA)、富里酸(FA)和胡敏素(HM)与典型官能团/基团甲基CH3和苯环C=C的RDA分析中，发现土壤化学性质与典型官能团/基团之间呈显著正相关。其中SOC、HA、FA、HM和TN，对官能团/基团甲基CH3和苯环C=C的含量解释率呈显著水平(p＜0.05)。 (3)刺槐(RP)、沙棘(HR)和草地(SB)植被亚表层(20-40cm)不同粒级水稳性团聚体＞5mm、5-2mm、2-1mm、1-0.5mm、0.5-0.25mm和＜0.25mm土壤的漫反射红外光谱图表现出相似的谱图形态，其官能团/基团的种类主要为游离的羟基OH、分子间缔合的羟基OH、甲基CH3、亚甲基CH2、苯环C=C键、醚键C-O-C。分析不同粒级团聚体中典型官能团/基团含量的变化，可比较官能团/基团特征吸收峰面积比值与目标团聚体土壤质量分数拟合线斜率K值的大小。以SB＜0.25mm粒级土壤为参照样品，发现RP、HR和SB土壤中＞5mm、2-1mm和＜0.25mm粒级土壤团聚体中，波段3000-2800cm-1与波段1760-1550cm-1分别为官能团/基团甲基CH3和苯环C=C特征吸收峰，且峰面积比值与样品的质量分数有较好的线性拟合度。其中官能团/基团甲基CH3在RP中不同粒级土壤团聚体斜率K的绝对值表现为K＞5mm＞K2-1mm＞K＜0.25mm，表明RP中不同粒级土壤团聚体中官能团/基团甲基CH3含量的大小为＞5mm＞2-1mm＞＜0.25mm。官能团/基团苯环C=C在RP和HR中不同粒级土壤团聚体斜率K的绝对值表现为K＞5mm＞K2-1mm＞K＜0.25mm，表明RP和HR中不同粒级土壤团聚体中官能团苯/基团苯环C=C含量的大小为＞5mm＞2-1mm＞＜0.25mm，在SB中不同粒级土壤团聚体斜率K的绝对值表现为K＞5mm＞K2-1mm＞K0.5-0.25mm，表明SB中不同粒级土壤团聚体中官能团/基团苯环C=C含量的大小为＞5mm＞2-1mm＞＜0.5-0.25mm。对土壤不同粒级团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、黏粒(Clay)、粉粒(Silt)、沙砾(Sand)和土壤有机碳(SOC)与典型官能团/基团甲基CH3和苯环C=C的RDA分析中，SOC和GMD与甲基CH3、苯环C=C呈正相关，MWD、Clay、Silt和Sand与甲基CH3、苯环C=C呈负相关。其中MWD、GMD、Clay、Silt和Sand，对官能团/基团甲基CH3和苯环C=C的含量解释率未达到显著水平(p＞0.05)。 综上所述，不同植被土壤中官能团/基团甲基CH3和苯环C=C的含量表现为林地＞灌木＞草地，不同粒级团聚体土壤中官能团/基团甲基CH3和苯环C=C的含量表现为＞5mm＞2-1mm＞＜0.25mm。漫反射红外光谱技术性能优异，能够表征出不同植被和团聚体稳定性对土壤官能团/基团的差异，适用于黄土高原土壤官能团/基团定性和定量分析研究。
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