《表1 13C-固态核磁共振波谱技术测定有机碳官能团及相应的大分子化合物[3, 5, 14, 19]》

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《应用~(13)C核磁共振技术研究土壤有机质化学结构进展》

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以往研究对土壤有机碳化学结构波谱的划分不尽相同，为方便比较分析，统一将波谱划分成表1的四大官能团区，列出了应用13C-NMR技术测定不同地区不同类型土壤表层（10 cm或20 cm）有机碳化学官能团的相对比例（表2）。通过比较，全世界土壤有机碳官能团比例存在较大幅度变化范围，但如果不考虑气候环境、土壤和植被类型、土地利用方式和土壤有机碳含量等因素，13C-NMR技术测定土壤全土有机碳化学结构图谱具有相似的特征，表现在四大官能团比例中烷氧碳所占比例最大（31%～69%，平均为44.1%±6.8%），其次为烷基碳（9.1%～43%，平均为25.6%±7.0%）和芳香碳（4.7%～28.6%，平均为19.0%±4.7%），羧基羰基碳所占比例最少（3.9%～17.8%，平均为11.2%±3.7%）。一般情况下，森林土壤表层有机碳中烷氧碳相对比例普遍高于草地和农田，这可能因为森林生态系统表层土壤中凋落物含量较高。但在个别土壤中，烷氧碳比例也存在差异，如巴西朗多尼亚草地强育湿润老成土和高岭湿润老成土（Paleudult&Kandiuldult）、德国南部松软薄层土（Mollic Leptosols）和不饱和雏形土（Dystic Cambisol），烷基碳的相对比例略大于烷氧碳的比例[23-24]。Pedersen等[25]研究发现，美国阿拉斯加州的莎草草甸冻土（Gelisols）有机碳化学结构与其他地区的土壤有机碳结构差别较大，不同成土年限的冻土有机碳中烷氧碳比例非常高（相对比例可达69%），其次为烷基碳，芳香碳和羧基羰基碳的比例很低。与形成时间更长的土壤有机碳相比，新形成的土壤中烷基碳（16%vs 28%）和芳香碳（9%vs 16%）比例偏低，烷氧碳比例偏高（69%vs 50%），羧基羰基碳无差异，这可能与新形成土壤中外源植物残体中烷氧碳比例较高有关。此外，来源于植物残体、藻类或微生物的脂肪族物质，使新成土的烷基碳增加，而泥炭和苔藓中的木质素含量偏低，可能是导致新成土中芳香碳比例偏低的原因[25]。