土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)是影響土壤有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性和功能發(fā)揮的重要因素，全面解析土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)是評價土壤有機(jī)質(zhì)形成過程和調(diào)控因子的重要手段。但目前關(guān)于區(qū)域尺度上土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特征，及其如何耦合土壤自身屬性和氣候因子協(xié)同影響土壤有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定性和功能機(jī)制亟需深入探究。

東北地理所土壤物質(zhì)循環(huán)學(xué)科組研究人員利用在東北典型黑土帶吉林省范圍內(nèi)采集的234個表層土壤樣品，通過傅里葉紅外光譜技術(shù)，結(jié)合氣候和地形因子，闡明了典型黑土有機(jī)質(zhì)量質(zhì)變化的空間分布特征及主要驅(qū)動因素，解析了土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)官能團(tuán)組成對土壤有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性的調(diào)控機(jī)制。研究結(jié)果表明，典型黑土帶土壤有機(jī)碳含量變化范圍是8.2 -34.5 g/kg，有機(jī)碳含量和活性較高的脂肪族碳官能團(tuán)的相對豐度從南到北呈增加趨勢，而穩(wěn)定性較強(qiáng)的芳香族碳官能團(tuán)豐度和芳香族碳/脂肪族碳比例呈遞減趨勢，多糖和礦物結(jié)合態(tài)碳官能團(tuán)無明顯區(qū)域性變化規(guī)律。主成分分析發(fā)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)官能團(tuán)的差異不顯著，但受土壤有機(jī)碳含量的影響更大，其中芳香族碳官能團(tuán)與低有機(jī)質(zhì)含量土壤顯著相關(guān)，脂肪族碳官能團(tuán)與高有機(jī)質(zhì)含量土壤相關(guān)，說明東北典型黑土帶南部氣溫較高、降水較大，低有機(jī)質(zhì)含量的土壤中芳香族碳豐度越高，有機(jī)質(zhì)的腐解程度越高（圖1）。本研究為評價土壤有機(jī)質(zhì)及其穩(wěn)定性的空間分布提供了光譜學(xué)研究證據(jù)。

圖1. 不同研究區(qū)域（a）與土壤有機(jī)碳含量（b）條件下土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)官能團(tuán)結(jié)構(gòu)特征

相關(guān)研究成果近期發(fā)表在國際農(nóng)林科學(xué)期刊《Catena》上，土壤物質(zhì)循環(huán)學(xué)科組碩士研究生雷琬瑩為第一作者，李娜正高級工程師為通訊作者。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目、中國科學(xué)院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計劃項目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、國家自然科學(xué)基金等項目聯(lián)合資助。

論文信息：Wanying Lei, Qiang Pan, Peiji Teng, Jinchao Yu, Na Li*. How does soil organic matter stabilize with soil and environmental variables along a black soil belt in Northeast China? An explanation using FTIR spectroscopy data. Catena, 2023, 228, 107152.

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.catena.2023.107152.