Характеристики распределения содержания органического углерода (азота), катионообменной емкости и удельной поверхности в почвенных частицах разного размера.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 12242 (2023) Цитировать эту статью

120 доступов

Подробности о метриках

Понимание распределения содержания органического углерода и азота в почве (OC(N)), катионообменной способности (CEC) и удельной поверхности (SSA) в почвенных частицах разных размеров имеет решающее значение для изучения плодородия и свойств почвы. В данной работе мы исследовали характеристики распределения OC(N), CEC и SSA в разных частицах желто-бурой почвы разными методами. Результат показал, что по мере уменьшения размера частиц содержание OC(N), SSA и CEC в почве постепенно увеличивается. Содержание ОС и НА в различных почвенных частицах колебалось от 1,50–28,16 г·кг-1 до 0,18–3,78 г·кг-1 соответственно и имело существенные различия между разными частицами. Мы наблюдали хорошие линейные связи между OC и ON в разных размерах частиц желто-бурой почвы при разных способах использования, при этом коэффициенты корреляции находились в диапазоне от 0,86 до 0,98, достигая очень значимого уровня (n = 12, p < 0,01). Диапазоны ССА и ЕКО в разных частицах четырех почв составляли 0,30–94,70 м2·г–1 и 0,70–62,91 смоль·кг–1 соответственно. Кроме того, мы обнаружили логарифмические зависимости между SSA (CEC) и эквивалентным диаметром для четырех почв с коэффициентами корреляции (r2) выше 0,91. Кроме того, наблюдалась чрезвычайно значимая линейная связь между ЕКО и SSA четырех почв с коэффициентами корреляции (r2) 0,92–0,97 (n = 12, p < 0,01). Эти результаты подчеркивают тесную взаимосвязь между размером частиц почвы и OC(N), SSA и CEC почвы. Выводы, сделанные в результате этого исследования, обеспечивают ценную поддержку данных и теоретическую основу для дальнейшего понимания свойств почвы.

Почва как неоднородное тело состоит из минералов, образующихся в результате выветривания горных пород, органических веществ растительных, животных и микробных остатков, почвенных организмов, почвенных вод и почвенного воздуха. Физические и химические свойства почвы могут значительно различаться из-за разнообразия почвенных частиц по типу и размеру. В последнее время, с появлением плана «двойного углерода», исследования по секвестрации углерода набрали обороты. Он включает в себя исследования накопления и сохранения органического вещества в почве1,2,3, динамических изменений содержания органического вещества4,5,6 и потенциала почвы компенсировать увеличение количества CO27 в атмосфере. Связывание углерода в почве дает возможность повысить содержание органического углерода в почве, внести вклад в глобальную продовольственную безопасность, улучшить здоровье населения и служить стратегией по смягчению последствий изменения климата и адаптации к нему.

Взаимодействие почвенного органического углерода (ОУ) с почвенными минералами зависит не только от физико-химических свойств минеральных компонентов, но и от морфологии и химического строения органического углерода8,9,10,11,12,13. Адсорбция минеральных веществ почвой играет решающую роль в сохранении органического углерода почвы. Однако способность почвы накапливать органический углерод определяется не только удельной площадью поверхности (SSA)14,15, но также зависит от таких факторов, как размер и форма частиц почвы16,17, шероховатость поверхности18,19 и внутренняя поверхность. минералов расширяемости20. Размер частиц почвы является основным физическим свойством, которое определяет или влияет на прочность почвы, состояние питательных веществ, эрозию почвы и т. д. Распределение частиц по размерам также является индикатором влияния различных методов землепользования на свойства почвы, таких как OC (N), SSA. и ЦИК. Информация о микроагрегатах глины и ОС может защитить почву от ОС, а площадь поверхности этих агрегатов связана с процессом адсорбции почвы в почве21,22. По мере того как SOC адсорбирует и десорбирует агломераты почвы, агломераты будут продолжать развиваться и разрушаться. При искусственном добавлении ПОУ в почву органическое вещество накапливается больше в крупных агломератах, но разлагается быстрее, чем в микроагломератах23. Исследования показали, что стабильность органического вещества в почвенных агломератах может быть связана со структурой использования почвы. Поверхностные почвенные агрегаты лесокультурных почв были более стабильными, чем агрегаты пастбищных почв24. Катионообменная емкость почвы (ЕКО) является важным параметром, который описывает адсорбционные характеристики почвы25,26,27,28, и на него влияют отрицательные заряды на поверхности глинистых минералов и OC29. С увеличением pH количество переменного отрицательного заряда в органической почве увеличивается, а также увеличивается ЕКО27,30.

2 μm two particles were significantly different from that of particles less than 2 μm two particles. The C/N ratio in clay is low, which is a typical feature of organic-mineral aggregates to stabilize organic matter44./p> paddy soil > woodland soil > dryland soil. And the OC(N) content of vegetable garden soil is significantly different between paddy soil, woodland soil, and dryland soil (p < 0.05). Firstly, the organic carbon and nitrogen of the soil were influenced by climate as well as human and other factors. The organic carbon and nitrogen content of vegetable garden soil were significantly higher than the other three types of soil. In general, vegetable garden soils were tilled and fertilized with organic fertilizers all year round, which facilitated the surface concentration of organic carbon and nitrogen in the soil. Similarly, as a rice field, fertilization is one of the reasons for increasing the organic nitrogen content. At the same time, fertilizer application also promotes the growth of the root, stem, and leaf systems of crops, which has a certain loosening effect on the upper layer of soil, thus promoting the migration of organic carbon and nitrogen. The straw and roots are decomposed in a moist environment, effectively increasing the organic matter content in the soil of rice fields. Woodland soils are mostly alpine and have a pronounced annual herbaceous vegetation. Due to the wet and cold climatic conditions, the withered herbaceous plants are easily decomposed by the biotope to form nutrient accumulation. Coupled with more natural apoplastic material in woodland, a large amount of organic matter is formed in the topsoil under the action of microbial decomposition. In contrast, Dryland soils (such as peanut and corn fields), on the other hand, are not fertilized as much as vegetable and rice fields, and the above-ground portion of vegetation after harvest, which is generally recycled, rarely returns to the soil surface. Compared to forest land soils, the number of dead branches and fallen leaves returned to dry farmland was significantly reduced, and the organic carbon and nitrogen content of the surface layer (0–20 cm) soil was significantly lower compared to forest land./p> 2–20 μm (10.4–39.4%) > less than 0.2 μm (10.1–22.1%) > 20–250 μm (2.6–8.2%) particles. In the yellow–brown soil with four different utilizations, although the SSA of clay particles was the largest, the content of clay particles in the soil was relatively low, resulting in the SSA relatively low proportion. Similarly, although the SSA of the 2-20 μm particles was not very high, the particles high content in the soil, resulted in the SSA relatively higher proportion./p> 2 μm particle sizes and 37.07–62.91 cmol·kg−1 at the two < 2 μm particle sizes. With the grain size getting finer, the CEC content of the soil was gradually increasing, which was in a logarithmic relationship with the equivalent diameter for the four soils with the correlation coefficients (r2) of 0.9838, 0.9446, 0.9548, and 0.9715, respectively (n = 12, p < 0.01) (Fig. 4)./p> 2–20 μm (15.2–46.5%) > less than 0.2 μm (9.7–18.9%) > 20–250 μm (3.1–7.0%) particles. In the yellow–brown soil with four different utilizations, although the CEC of clay particles was the largest, the content of clay particles in the soil was relatively low, resulting in the CEC relatively low proportion. Similarly, the CEC of the 2-20 μm particles was not very high, due to the particles high content in the soil, resulting in the SSA relatively higher proportion./p> 2 μm two particles was higher than < 2 μm two particles and the former was significantly different from the latter (p < 0.05). There were good linear relationships between OC and ON in different particle sizes of yellow–brown soil under different utilizations and the linear relationship reached a very significant level (r2 > 0.86) (n = 12, p < 0.01)./p> 0.91) and between CEC and the equivalent diameter (r2 > 0.94) for the four soils (n = 12, p < 0.01)./p> 0.52) (n = 12, p < 0.01). The CEC of four soils showed a significant linear correlation with OC content (r2 > 0.40) and ON content (r2 > 0.67) (n = 12, p < 0.01). Moreover, there was an extremely significant linear relationship between CEC and SSA of the four soils (r2 > 0.92) (n = 12, p < 0.01)./p>