埋藏土壤中腐殖物质组成和化学结构的长时间尺度演化

本项目利用核磁共振、红外光谱、X-射线衍射、TOC、元素化学分析等现代分析测试手段，对于从陕西洛川剖面和宝鸡剖面S8及其以上各层黄土和古土壤中提取的胡敏酸（HA）、富里酸（FA）、胡敏素（HM）以及粘粒矿物等进行了系统的研究。研究结果表明：.（1）HA、FA和HM与TOC的相关系数均在0.95以上，这间接地说明腐殖物质（HS）是黄土和古土壤中有机质的主体。本项目的实践证明，提取耕作土壤中HS的常规方法也适用于黄土和古土壤。换言之，黄土/古土壤可以作为在长时间尺度上研究有机质稳定性的理想对象。.（2）总有机碳（TOC）、稳定性有机碳（StOC）、矿物保护性有机碳（MOC）和化学保护性有机碳（ROC）以及HA、FA和HM均与高岭石有很好的相关性。这些形式的有机质与络合态氧化铁（Fep）、无定形氧化铁(Feo)和无定形氧化铝（Alo）以及络合态氧化铝（Alp）的相关性也有较好的相关性。这说明上述无机物质对有机质（特别是其中的HS）的长期保存都具有积极的作用，但它们的贡献大小不同，大致顺序是：高岭石>Fep>Feo>Alo>Alp。它们对有机质的保护可能既有物理方式的也有化学方式的。.（3）无论是黄土还是古土壤，TOC、StOC以及HA、FA和HM含量均有沿着剖面从上到下逐渐降低的趋势。同时，StOC/TOC比值则有逐渐增大的趋势。在S4以下，它们的变化幅度逐渐减小。这可能暗示着，在埋藏时间超过375 ka以后，不稳定有机碳逐渐分解殆尽，留存下来的主要是稳定性有机碳。L7和S8中仍含有一定量的有机碳说明，埋藏土壤中的有机碳至少可以保存762 ka。.（4）HA和FA之C/H比值和O/C比值均随着埋藏时间的增加而略微增大，表明它们的缩合度和氧化度有增大的趋势。核磁共振波谱和红外光谱结果显示，HA和FA均以芳香族碳为主，且HA中芳香族碳含量略高于FA。FA的E4/E6比值随着埋藏时间的增加而降低，而HA的E4/E6比值在较小的范围内波动。这说明FA的腐殖化程度逐渐增强，而HA的腐殖化程度已基本达到顶峰。总之，HA和FA的化学组成和结构方面的信息显示，HS的演化方向可能是FA→HA。.本项目的研究结果为评价土壤有机质在长时间尺度上的稳定性、阐明有机质的稳定机制以及HS的化学组成和结构随时间的演化规律提供了科学依据。