人造土壤中小分子有机物对团聚体的胶结作用机制

发布时间：2020-08-02 11:46

【摘要】：土壤不仅是人类赖以生存的物质基础和宝贵的财富源泉,又是人类最早开发利用的生产资料。土壤学经过几十年的发展,科研工作者普遍认为:土壤结构能够控制土壤中水、肥、气、热的保持和运移,并在土壤侵蚀、修复、可持续利用及全球碳汇效应等方面起重要作用;而团聚体是土壤结构体基本组成单元,如生物体的细胞,其结构和空间分布决定了土壤理化性质,是土壤质量的重要指标。因此,土壤团聚体在宏观的田间尺度与微观的分子尺度之间架起了一座桥梁,是我们研究土壤的最佳研究对象。本研究以人造土壤培养实验为基础,从微结构角度出发,通过监测不同时期不同处理有机质含量的变化,结合不同时期不同处理水稳性团聚体的含量变化,探究小分子有机物在团聚体形成中的胶结作用。期望能够为研究胶结物质驱动的土壤团聚体形成过程与稳定机制提供一定的理论依据,同时,也为提高土壤肥力、改良土壤结构,保障土地资源可持续利用提供科学的指导。论文主要结论如下:(1)比较人造土壤处理(AS)与单一粘土矿物处理得到,土壤铁、铝氧化物对有机质有较强的固定和保护作用,并且对土壤团聚体的形成有非常重要的贡献。推测自然土壤中铁、铝氧化物可能对有机质有较强的固定和保护作用,并且可能对土壤团聚体的形成有非常重要的贡献。(2)相较于其他处理,培养6个月,蒙脱组(MT)有机碳含量随着培养时间的增长降低是最小的,可以推断出自然土壤中可膨胀性粘土矿物蒙脱石含量越高,土壤肥力可能越高。(3)MT处理培养的第1个月是微生物快速增殖期,大量分解利用有机质并产生了大量的小分子有机质;在培养第1个月之后MT处理就达到了一个微生物分解利用有机质的平衡状态,这个平衡状态很可能是因为微生物大量分解利用有机质并产生了大量的小分子有机质,而这些小分子有机质与蒙脱石结合形成微团聚体/有机-无机复合体对有机质产生了较好的保护作用。(4)推断自然土壤中蒙脱石含量高,能够促进微生物分解利用有机质,快速驱动有机质的分子量向4300-210 Da范围内富集;推测自然土壤中蒙脱石与有机质结合形成微团聚体/有机-无机复合体对有机质产生固定和保护作用,可以提高土壤肥力。(5)结合2、3、4结论,解释了为什么一般我国北方土壤有机质含量均高于南方土壤有机质含量(如北方黑土与南方红壤),由于气候因素,北方土壤受到风化、淋溶作用较弱,土壤中蒙脱石含量较高,南方红壤受到风化、淋溶作用较强,土壤中几乎不含蒙脱石,所以,蒙脱石可能是造成我国南北肥力差距较大的主控因素。(6)实验现象及数据均证明了Six等提出的“大团聚体周转”概念模型这一猜想:矿物、有机物和微生物之间的反应形成微团聚体和有机-矿物复合体,小分子有机化合物可以促进微团聚体的形成,也可以稳定微团聚体;而在大的距离或分开的颗粒之间需要根系和真菌菌丝作为相应的胶结剂,从而形成大团聚体。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S152
【图文】：

模型图,土壤团粒结构,模型

图 1 Emerson（1959）土壤团粒结构模型Fig. 1 Emerson（1959）Soil aggregate structure model构概念方面，学术界有两个基本等价的名词术语，即结构体其形状和性状，即反映状态特征更为明显；而团聚体不仅强性，也强调它的发生学机理，即多级团聚理论和粘团理论等。概念并没有实质性的差异。充分认识土壤团聚体及其性质是表，也是科学的进行改土培肥提高农林产业可持续发展的基础。性质是人类赖以生存的物质基础和宝贵的财富源泉，又是人类最早土壤结构包括“团粒结构”即土壤团聚体，是土壤的基本物理能够提高土壤肥力、调节养分的生物有效性，而且能够提高土

模型图,土壤团聚体,模型,粒级

图 2 土壤团聚体周转的概念模型（Six et al., 2000）Fig. 2 Conceptual model of soil aggregate turnover（Six et al., 2000）) 团聚体的粒级划分及筛分方法土壤团聚体概念模型的发展和完善使科研工作者对土壤团聚体粒级划分的依成较为统一的认识：胶结物质的胶结作用决定了土壤团聚体的形成。故而，科研

土壤团聚体,胶结剂

图 3 Johannes Lehmann 等（2007）土壤团聚体形成过程Fig. 3（Johannes Lehmann et al., 2007）The formation of soil aggregates1.2.2 胶结物质对土壤团聚体形成及稳定的影响土壤团聚体的胶结物质分为有机胶结剂和无机胶结剂。章明奎等（1997）对南方红壤的土壤团聚体组成进行研究发现：弱水稳性团聚体（粒径大小为 250-500μm）的主要胶结物质是铁、铝氧化物，而大团聚体（粒径大小为>500 μm）的主要胶结物质则是有机质（OM）。有机胶结剂按照作用时间可分为瞬变性、临时性和持久性三大类。瞬时性胶结剂是指容易被土壤微生物快速降解的有机质（OM），最常见的是多糖，它主要与暂时稳定的团聚体有关。Tisdall 等（1997）研究表明临时性有机胶结剂（如真菌分泌物等）将矿物和有机物质粘结起来形成 72μm 较稳定的土壤团聚体。Chenu（1989）研究发

【相似文献】