土壤与作物 | Rock-Eval热分解法及其在土壤有机碳研究中的应用
编辑:2022-09-16 00:00:00
土壤有机碳的稳定性影响土壤固碳潜力,如何提取土壤活性及稳定性碳组分用以定量表征土壤有机碳稳定性,是土壤固碳研究领域的关键科学问题。当前,提取土壤有机碳活性及稳定性组分的方法多样,包括物理、化学及生物手段,导致结果难以比较,同时存在耗时长、成本高及操作步骤繁琐等缺点。所以,亟需一种高效、可信度高且应用广泛的测定方法。对比分析不同热分解技术的优缺点,包括热裂解气相-质谱联用测定技术、热重分析技术、差示扫描量热分析技术及Rock-Eval(RE)热分解方法,普遍认为RE方法操作简单、耗时短、成本低、结果易于分析,可信度较高,可以很好地表征土壤有机碳稳定性,有利于土壤有机碳研究的横向对比。本文通过Citespace软件综述了RE方法在土壤学和有机碳研究中发展过程,梳理了其应用现状及进展。提出RE方法有助于通过建立不同土地利用方式、气候带以及不同土壤质地间活性及稳定性碳库的比较网络体系,完善我国土壤碳库监测系统。

研究进展
利用RE方法对来自不同纬度、不同生态系统及不同土层的约100个土壤样品进行测定,结果证明该方法可以为进一步认知土壤有机碳的形成提供重要信息。同时RE方法可以与其他土壤有机碳测定技术相结合,已有文献报道表明,红外光谱、13C核磁共振技术、土壤物理分组以及通过化学氧化剂测定土壤有机碳组分的方法与RE方法获得的土壤有机碳组分可建立较好的关系或互相印证。已有研究利用RE与红外光谱联合测定了温带沼泽地区的土壤有机质,指出黑碳是大分子土壤有机碳结构中的重要组成。将RE与核磁共振方法对土壤有机碳进行了测定,详细阐述了RE各个组分与土壤有机碳各官能团的关系,并进一步证明了RE在土壤有机碳测定中的有效性。同时,RE测定结果与培养实验中土壤可矿化碳的数据进行了对比分析,结果表明RE与稳定性存在显著相关关系,但是由于土地类型的差异对土壤有机碳组分存在影响,因此该结果仍需要在更多不同类型土壤中进行验证。综合来看,RE方法具有以下两点优势:一是该方法中样品不需要前处理,可以保证土壤有机碳信息的可靠性;二是该方法在热解阶段通过升温导致化学键断裂的过程,可以较好地模拟微生物产生酶进而利用土壤有机碳的过程。今后的研究中我们可以利用RE方法来代替传统矿化培养实验来表征土壤稳定性,从而节省大量时间,为我国较大区域进行土壤有机碳稳定性研究提供了便捷手段
展望
目前,土壤学研究中大尺度、高精度的土壤样品中有机碳的原位测定方法鲜有报道,亟待加强。关于土壤有机碳稳定性表征系统中,现有测定方法不统一,导致研究结果间缺乏可比性。RE热分解方法与传统的室内矿化实验以及物理化学提取碳库方法相比,该方法具有不破坏土壤样品、操作易行、耗时较少以及后期结果易于处理等优点,也可以避免培养实验中的测定误差,更有利于在不同土壤类型及土壤质地中进行对比。现今,由于国内对该技术的认知限制,并无RE方法在土壤有机碳稳定性研究方面的应用。建议在土壤有机碳稳定性研究,尤其是未来大尺度土壤有机碳监测中采用RE方法进行测定,并建立不同土地利用方式、气候类型以及不同土壤质地间土壤有机碳稳定性的相关数据库,形成比较网络及研究体系,完善我国土壤有机碳监测系统。

图1 Rock-Eval热分解法流程图
Fig.1 Flow diagram showing soil sample analyzed in Rock-Eval pyrolysis


图3 (a)学科共现网络、(b)关键词共现网络、(c)国家合作网络、(d)被引杂志共被引图谱特征
Fig.3 The spectral feature of(a) Category co-occurring, (b) Keyword co-occurring, (c) Country cooperation and (d) Cited journal co-citation
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如果我们敢想,勇于接受新观念,乐于同我们的土壤合作而不是滥用它,我们将会看到保护性农业是引导我们走向前所未见的高产农业的有效途径。这不仅是为了战争时期,更是为了战后的和平年代 (Hugh Hammond Bennett, 1943)

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