土壤有機質的化學組成和結構是影響土壤有機質穩(wěn)定性和功能發(fā)揮的重要因素，全面解析土壤有機質的化學結構是評價土壤有機質形成過程和調控因子的重要手段。但目前關于區(qū)域尺度上土壤有機質化學組成和結構特征，及其如何耦合土壤自身屬性和氣候因子協(xié)同影響土壤有機質的穩(wěn)定性和功能機制亟需深入探究。

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

圖1. 不同研究區(qū)域（a）與土壤有機碳含量（b）條件下土壤有機質化學官能團結構特征

相關研究成果近期發(fā)表在國際農林科學期刊《Catena》上，土壤物質循環(huán)學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研發(fā)計劃項目、中國科學院基礎前沿科學研究計劃項目、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學基金等項目聯(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.