暂停了土壤的腐殖化和胡敏酸成分在南越Oligotrophous环境

文摘

腐殖化被认为是一个全球性的过程中实现有机沉积物和土壤和天然的水和空气。“暂停土壤”一词近年来变得越来越普遍。暂停被定义为土壤有机质的一部分,并没有接受完整的分解过程,没有变成陆地土壤的腐殖质。暂停土壤被证明含有更高的总氮、磷、钾含量比森林土,但暂停了土壤的水分含量显著降低。我们的研究悬浮土壤腐殖物质的结构组成的,目的是进行评估的腐殖化率和结构组成的悬浮在热带森林土壤胡敏酸的南越。土壤样本三个选定的区域进行调查:phorophytes下的土壤(土壤矿物样品的表层土的典型的干草原景观)和两个从epiphytous土壤的形成。收集的样本savanna-type稀疏社区,位于oligotrophous平原Quốc岛上(南越)在2015年。土壤的一般性质和暂停的元素组成土壤测定,腐殖质物质化学成分是评估使用固态¹³理化性质。获得的数据表明,土壤的pH值下phorophytes高于悬浮土壤;基底呼吸不倾向于改变指数之间的土壤下phorophytes和暂停土壤,但暂停土壤丰富的氮比phorophytes下的土壤。这可以与有机物的总量暴露在各种土壤和腐殖化的存在的一个重要部分phorophytes下土壤中矿物颗粒。数据元素组成的胡敏酸(已经)表示,在所有三个土壤腐殖化的一个方法是实现研究。phorophyte土壤胡敏酸的显示相同内容的芳香分数暂停土壤。最类似的土壤类型的腐殖质物质成分是始成土从亚北方的潮湿的森林和亚热带区域。土壤腐殖化过程中实现悬浮显示缺乏矿物质化合物或矿物的细土的情况下,在纯有机基质条件表明,腐殖化会导致形成深腐殖化的有机物质,如图所示,胡敏酸与一个重要芳香一部分内容。

1。介绍

腐殖化被认为是一个全球性的过程中实现并在自然土壤和沉积物水和空气(1,2]。这种普遍的过程转化前体的腐殖化和低聚物和单体分子聚合成深色,高分子量超分子被描述的有机化学(3,4],环境动力学[5,6),和各种区域性土动力学(7- - - - - -9]。在这种背景下,研究悬浮在热带森林土壤的腐殖化现象成为一个重要的任务,可以在humiomic低估了科学讨论。“暂停土壤”一词近年来变得越来越普遍。暂停被定义为土壤有机质的一部分,并没有接受完整的detritization和分解过程和没有在陆地变成腐殖质土壤(10]。Detritization热带森林生态系统,是一个重要的过程提供了物质的循环。有机物分解的速度往往是依赖于气候条件如温度和降水11)、分解材料的质量和分解器的物种组成的社区。这个过程始于衰老的叶子,其次是落叶和沉积在森林里乱扔垃圾的12]。然而,如果这个序列不是之后,有机物不同时进入垃圾,而是积累表面的森林的障碍。这样的土壤可以存在很长一段时间的形式undecomposed有机质稳定的各种各样的附生植物,和有机物分解的速率在树冠的价格相比垃圾可能随着时间而改变13]。这些等地的土壤形成裂缝,在树枝上,在树皮,附生植物的协会,他们暂时推迟有机物获得土壤的表面上(14]。他们也是植物生长的基质,提供更多种类的附生植物的维管植物。附生植物的最大的不同是在积累的区域的空气垃圾与皇冠和树皮15]。热带附生植物的根通常经历极端波动的存在水分。他们通常发生在小口袋的树枝与树干的土壤,在树干树皮裂缝,或裸露的四肢上,所有的网站,干比森林地面的土壤(更快16]。暂停土壤在森林的树冠经历更大的温度和湿度变化比森林里的垃圾17]。有一些适应性的空中附生植物的根可以限制迅速失水干燥的空气,仍然允许添水吸收降雨期间(18]。

暂停土壤主要发生在热带森林。根据联合国粮食及农业组织(粮农组织),热带森林的面积约为17.563亿公顷,约37%的土地面积的国家位于热带地区。因此,研究这些森林的结构和功能组织的形成是很重要的一个全球定量评估作用的沉积和排放的碳19]。此外,暂停土壤不被认为是世界上特殊的土壤分类单元的一部分参考基地的土壤资源(方面,2014),和他们不讨论可能的来源,和存储,腐殖质物质。他们也不包括在列表中可能的指标解释热带雨林生态气候条件(20.]。

热带森林和季风的一个重要特性,尤其是与固有的特异性物质循环。他们在强度大大超过其他生态系统的碳和其他生物化学元素绑定(包括有机的质量)。这里的周期是如此强烈和关闭,保护碳碎屑,腐殖质,泥炭积累是无关紧要的。从长远来看,形成和分解的有机物质,因此吸收和释放的二氧化碳,是平衡的。热带森林相比,碳是保存长时间的营养物质的形式森林垃圾腐殖质,泥炭在北方森林(北部)21]。

季风森林的层结构是独特的。草本和灌木的层显著减少由于缺乏光。然而,上部层高度发达,拥有一个复杂的空间结构和巨大的生态容量。除了树木之外,还有丰富的藤本植物和附生植物,集群的土壤和垃圾,甚至许多microvagos丰富和具体的微观世界。在这个复杂的microbiotopes马赛克,大部分的动物多样性集中(22]。“空气”垃圾的性质,其积累,形成,和随后的转换依赖于大量的垃圾,其组成、到达时间、地理条件,forest-forming物种的物种组成,年龄和分层的种植园,森林的树冠的亲密,和发展的土壤生物群参与垃圾的分解23]。此外,附生植物的组成取决于衬底(树皮)特征,与陆地土壤的特征。土壤和树皮化学之间的连接机制是未知的,但可以提出几种解释。其中,影响土壤养分的树皮,在运输从树根树皮似乎最有可能。因为树皮化学因素对附生植物的物种很重要,土壤特性会影响附生植物的组成(24]。

显示之前,暂停土壤含有较高含量的总氮、磷、钾和有一个显著降低土壤含水量与森林。更高水平的树冠系统中的养分摄入的差异解释了粗粒度的木材废料(但不是叶面垃圾)结合减少养分吸收营养的根和动员碎屑和真菌(13]。有限的湿度在树冠系统可能有助于减少体重,以及低丰度和丰富的oribatide螨,在垃圾袋放在林冠下的悬浮土壤。

研究悬浮土壤腐殖物质的结构组成的先前未被执行。

因此,我们的研究旨在评估胡敏酸的腐殖化率和结构组成的悬浮在南越的热带森林土壤。

本研究的目的如下:(我)描述常规土壤属性和元素组成暂停土壤(2)评价腐殖质物质使用固态化学成分¹³理化性质

2。材料和方法

2.1。研究地点

研究站点位于Quốc岛上(南越)在2015年。这个岛位于柬埔寨接近海岸,包含总面积约589公里²(图1)。岛上的主要区域是被被茂密的森林覆盖的山脊。最高的脊峰是蔡山,海拔603米。

副赤道,全年湿润气候,相对干燥周期短(第二年)。年降水量2879毫米,而在一些北脊这个值达到4000毫米。4月和5月是最热的几个月,最高温度约35°C。国家公园位于岛的北部。岛之间的主要区别和南越的主要部分是森林的树冠和总密度的增加面积,这是被森林类型的环境。我们把样品和三个土壤样本(数据调查1和2):(1)phorophytes下的土壤,这是为代表的土壤矿物样品的表层土典型的干草原景观,和(2)和(3)土壤样品epiphytous形成相同的干草原的形成。savanna-type土壤样本收集在稀疏的社区位于oligotrophous平原。暂停了土壤样品的总质量收集约100 g的固定附生植物和phorophyte植物物种。此外,土壤从phorophytes也收集。样品风干。有六种附生植物,积极参加了土壤的形成:两个兰花(Acriopsissp.和兰花fynlaisonianum)和四种蕨类植物(Drynaria sparsisora,Platycerium格兰德,Pyrrosia adnascens,Pyrrosia叶)。干燥的热带稀树草原,位于靠近Cua-Can结算,形成一个狭窄的面向环境的沿海岸。这个生态系统是由Dipterocarpus等于off。tuberculatusRoxb。,Dillenia obovata(抱)Hoogland,特点是粗糙的树皮和有利于真菌居住。树上站相对稀疏与弱发达草覆盖,外观精美沙没有植被的地区。许多树被殖民的维管植物半寄生桑寄生科的家庭。在潮湿的地方(靠近溪流和池塘),蕨类植物的爬行物等Lygodiumsp.和Stenochlaena palustris(发热管。f。)Bedd以及Dicranopteris linearis(发热管。f。)Underw。里白科,变得更为典型。旁边的干草原海岸,它是由一系列与海岸线的沙地沙丘,殖民的多刺的灌木植被和物种的代表番薯pes-caprae(l)r . Br和木麻黄sp。单树(属inophylluml .,榄仁树属catappal .)也存在。沙丘表面也被结节天南星科植物的覆盖Amorphophallusspp。

2.2。实验室方法

所有化学土壤参数进行了研究使用的细土经过2毫米筛。总有机碳和氮含量测定用C-H-N分析仪。pH值使用常规方法测定水悬浮液。暂停土壤主要理化参数的估计如下:在水中的pH值,pH值在盐、总有机碳(%),骨架分数(%),和基底呼吸(mgCO₂土壤/ g / h)。基底土壤呼吸是由孵化土壤物质在一个封闭室10天不添加营养基质的温度22°C,湿度60%左右。释放二氧化碳捕获与氢氧化钠溶液。释放的二氧化碳量是由滴定实验的最后残留碱(25]。

从每一个土壤样本提取使用以前公布的过程(26- - - - - -28]。简单,提取使用0.1 M氢氧化钠(土壤/解决方案比1:10)在氮气。颤抖的24 h后,碱性上层清液被离心分离土壤残留在1516 g×20分钟,然后酸化pH值1使用6 M盐酸诱导沉淀。上层清液,含有富啡酸FAs,被离心分离沉淀(已经)在1516 g×15分钟。被再溶解在0.1 M氢氧化钠和动摇4 h下氮在悬浮物被离心分离去除。6米的HA解决方案又酸化HCl pH值1,和已经被离心分离。这个过程是在先前的研究用于描述土壤的各种环境(29日,30.]。一夜之间被摇晃软化在0.1 M盐酸/ 0.3高频(固体/解决方案比1:1),然后用去离子水反复洗涤,直到pH值3;然后他们被冷冻干燥(31日- - - - - -33]。

有特点的元素组成(C、N、H)使用欧元EA3028-HT分析仪。数据修正为水和灰分。氧含量计算样本之间的差异,考虑到灰分。据元素比率本文是基于重量。有特点的元素组成(C、N、H和S)使用中文185 b-hewlett帕卡德分析仪。数据修正为水和灰分。调查进行了使用核磁共振光谱仪(力量皇冠三世世行400;100.64兆赫¹³C和400.23 MHz¹H)。固相样品被放置在一个4毫米氧化锆转子和旋转频率12.5 kHz的魔法角;收购的¹³C光谱,利用正交偏振激发脉冲序列(CP / MAS)。接触时间是2 ms,延迟时间是1 s轨道,和扫描的数量是50000。

组织结构的化合物被确定使用以下化学变化值:190 - 170 ppm的羧基和羰基amidic;170 - 150 ppm的芳香酚类和酚酯C;150 - 135 ppm alkylaromatics;135 - 108 ppm protonized芳香碳,桥头堡C;108 - 70 ppm异头碳和半缩醛纤维素碳;70 - 50 ppm的共振区域碳氢键,二级醇,和其他碳原子与氧;50-32 ppm甲基共振区域的脂肪族和芳香族乙基醚,氨基酸碳,和羧基甲酯团体;32-27 ppm的共振区域季碳和CH碳;汇编ppm的共振区域CH₂在transconformation烷基结构;以10 - 0的ppm的共振区域和烷基甲基和CH₂单位(33- - - - - -37]。

aliphaticity度计算强度的总和在化学位移区域0 - 105 ppm,而芳香性程度的总和计算峰面积在105 - 165 ppm (38- - - - - -41]。

3所示。结果与讨论

一般土壤化学特征如表所示1。phorophytes下土壤的pH值更高。暂停土壤腐殖质在一个非常低的pH值与地面土壤相比,酸性基质的性质可能对within-mat营养动力学产生深远的影响。例如,缺乏硝化树冠垫记录了万斯,还42)可能是一个皇冠腐殖质的低pH值的结果,这是类似于其他peat-dominated土壤(25,43]。更大数量的undecomposed有机物,而矿物参与暂停土壤,导致更强的酸反应。这是由于有机酸腐殖质物质的缓慢转变。根据Bohlman et al。17),树冠的周转时间的碎屑被记录为近两倍,只要litterfall在森林地面上。干旱会影响密度、成分和生物负责分解过程的生命周期。快速流失的水取决于暂停土壤的结构和组成(苔藓植物的纤维,主要由垃圾组成),以及缺乏与矿物(水分饱和脂肪)的视野。暂停的土壤也暴露于不同的小气候条件与陆地土壤相比,这就可以解释极端的水分范围就越大。白天,风速,湿度较高的空气温度和太阳辐射,降低在树冠促进土壤蒸发的水从暂停与陆地土壤。尽管森林地面的差异和林冠小气候,暂停和陆地土壤的温度差异很小(17]。基底呼吸不倾向于改变指标在土壤phorophytes或暂停的土壤。结果显示高水平的微生物生物量的活动,这是与大量的初始物质的土壤样本中。暂停土壤phorophytes下不如土壤丰富的氮。这可以与有机物的总量暴露在各种土壤和腐殖化的存在不可或缺的一部分从phorophytes下土壤中矿物颗粒。

以HA结构变化的特征,氧化程度,计算氧碳原子比的(O / C),是特别感兴趣的。数据元素组成暂停土壤胡敏酸的表中列出2。另外,一个重要指标是碳的氢(H / C)比描述芳香性或未饱和的程度(较低的值)或脂肪族结构(高值)。芳香族或不饱和片段成为主流的测试样本(H / C < 1)。更可靠指标,与芳香性关联,U-unsaturation,因为H / C比考虑多种杂原子的存在债券官能团的组成(44]。

当氮含量调查分析了哈,要求根据奥洛夫(HA的诊断特征45]感到满意;这些诊断功能状态的含氮量应该从3 - 6重量百分比。腐殖化引起的植物残体减少H / C和O / C比值。因此,这些值是典型的平均标准(46,47]。数据元素的组成表明,腐殖化的一个方法是实现在所有三个土壤调查。

胡敏酸的结构组成和碳物种数据内容展示在表3并在图3。最明显的是,胡敏酸,提取所有暂停土壤,是相当平等的碳物种分布和主要部分的内容。土壤下phorophytes特点是相同的芳香一部分内容。phorophyte和暂停土壤腐殖化的缩影是充气够相对密集的腐殖化。如果一个人比较土壤调查与各种自然环境的土壤,土壤调查将土壤之间的一个中间版本很大程度上和小的腐殖化程度。芳香族化合物含量高于在苔原或针叶林土壤,但低于软土(3,8,38,46]。最可比的土壤类型土壤腐殖质物质成分是始成土从亚北方的潮湿的森林和亚热带区域。这种类型的芳香族和脂肪族化合物之间的比率是典型的流行的腐殖质的土壤条件,不时打断了干旱期(48]。腐殖化过程中实现暂停了与明显缺乏的土壤矿物化合物或矿物的细土,在纯有机基质条件表明,腐殖化会导致形成深腐殖化的有机物质与一个基本由胡敏酸芳香一部分内容。

4所示。结论

研究悬浮土壤腐殖物质的组成结构进行了第一次。土壤样品包括从phorophytes(为代表的土壤矿物样品表层土的干草原的典型景观)和两个从epiphytous土壤形成从稀疏savanna-type社区,位于oligotrophous平原的Quốc岛上(南越)。2015年收集的样本。我们的结果表明,土壤的pH值下phorophytes较高,这与其他研究的数据是一致的,它取决于大量undecomposed有机质与土壤矿物参与暂停相比,导致一个更强的酸反应。这是由于有机酸腐殖质物质的缓慢转变。更大数量的undecomposed有机物,而矿物参与暂停土壤,导致更强的酸反应。此外,暂停土壤phorophytes下不如土壤丰富的氮。基底呼吸,这表明微生物生物量的活动水平,并不会改变土壤下phorophytes而暂停了土壤。在所有三个土壤调查,腐殖化的一个方法和HA的含氮量满足要求诊断功能。胡敏酸的结构成分提取所有暂停土壤几乎是平等的碳物种分布和主要部分的内容。 The soil under phorophytes is characterized by a larger aromatic fraction and smaller portion of aliphatic groups, and it was shown to have an H/C ratio < 1. This can be explained by the higher degree of humification in more aerated pedoenvironments of the soil under phorophytes where organic remnants are surrounded by minerals. The aromatic compound’s content is higher than in tundra or taiga soils, but lower than in mollisols. Soils that we investigated were an intermediate version between soils with a large amount and soils with a small amount of humification. The most comparable soil type in terms of humic substances composition is Cambisols from the humid forests in subboreal and subtropical zones. We showed, for the first time, that formation of deep humified organic matter with an essential aromatic fraction content can be implemented during the humification process in suspended soils with evident absence of mineral compounds or mineral fine earth in conditions of pure organic substrates.

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是支持的部分俄罗斯基础研究基金会(项目没有。15-29-02525(探险和样本收集)和项目没有。18-04-00677(常规化学分析)和俄罗斯(项目没有科学基础。17-16-01030,“土壤生物动力学chronoseries posttechnogenic景观:分析土壤生态生态系统恢复的有效性”(微生物分析和色谱仪光谱学))。分析中心的分析磁共振和化学分析和材料研究中心的研究园的圣彼得堡州立大学。

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