热带酸性红壤有机碳与磁化率的关系及其机理研究

作     者：宗明明 

作者单位：云南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李世玉

授予年度：2021年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 090301[农学-土壤学] 

主      题：铁氧化物 土壤磁性 红壤 铁结合态有机碳 亚铁磁性矿物 

摘      要：土壤有机碳积累和土壤磁性增强分别是全球变化生态学和土壤磁学的重要研究内容。很多研究表明土壤有机碳与磁化率有显著的关系,土壤磁化率是土壤中铁氧化物具有的物理属性,不同的磁化率表征土壤中不同铁形态物质含量。同时不同铁形态物质影响土壤有机碳的储存。因此,铁氧化物是土壤有机碳和土壤磁化率关联的“纽带。土壤有机碳与土壤磁化率的关系主要是土壤有机碳与不同铁形态含量比例之间的关系。磁性变化象征着不同磁性强度的铁形态之间发生了转化,其过程是否伴随着土壤有机碳的得失尚不清楚。本研究中,选取热带酸性红壤区森林和玉米地各6个样地,通过分层采样测定和分析0-140 cm土层的土壤原位磁化率、低频磁化率、软磁比、土壤有机碳、土壤铁氧化物、土壤理化性质等参数,分析土壤磁化率变化与土壤有机碳积累之间的关系及其作用机理。主要结果如下:（1）在垂直剖面上,森林和玉米地0-40 cm土层低频土壤磁化率和土壤有机碳都显著高于40 cm以下土层（P0.05）。尽管玉米地在人类耕作的干扰下,通常导致表土层土壤有机碳降低,但与森林同层相比,玉米地各层的土壤有机碳变化不显著（P0.05）,玉米地磁化率在0-40 cm显著升高（P0.05）。说明铁形态发生了转化,磁性强的矿物增强,保护土壤有机碳,致使土壤有机碳没有显著减少。（2）土壤活性铁和土壤有机碳呈现显著正相关关系（P0.05）。结构方程模型显示,红壤区土壤氮、含水率、活性铁和p H是促进土壤有机碳储存的主要因素。活性铁可以通过直接或间接的方式作用于土壤有机碳的储存。相比较于森林,玉米地0-40 cm活性铁显著升高（P0.05）,对有机碳影响的权重上升11.65%。这是由于耕作破坏了原生矿物的晶格结构,活化了铁,促进了有机碳的储存。（3）土壤有机碳与磁化率、活性铁均有显著的正相关关系（P0.05）。在玉米地0-40 cm土层,软磁比显著升高（P0.05）。表明亚铁磁性矿物的比重增加,亚铁磁性矿物的转化过程可以导致土壤磁化率发生变化。具体的说,活性铁的升高促进了有机碳的储存,同时生成更加稳定的铁结合态有机碳,其过程中,铁氧化物变成了亚铁磁性矿物,致使土壤磁性升高。土壤有机碳与铁结合成强磁性的铁碳复合物后,阻止铁进一步氧化成弱磁性的铁矿物,使该复合物保持了较高的磁化率和较稳定的土壤有机碳。探讨土壤有机碳和磁性之间的作用机制,为下一步普遍存在的磁性增强现象及土壤中的矿物转化研究提供参考,也为进一步明确利用磁测技术测定土壤有机碳的机理、可行性和条件,是值得尝试的。