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CN116499831A - 一种升温促进土壤铁碳结合的方法与一种土壤铁碳含量的检测方法 - Google Patents

一种升温促进土壤铁碳结合的方法与一种土壤铁碳含量的检测方法 Download PDF

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CN116499831A
CN116499831A CN202310527074.XA CN202310527074A CN116499831A CN 116499831 A CN116499831 A CN 116499831A CN 202310527074 A CN202310527074 A CN 202310527074A CN 116499831 A CN116499831 A CN 116499831A
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iron
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李奇
李义纯
李林峰
林晓扬
陈勇
曹巧滢
王白冰
戴湲
徐梓盛
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Institute of Agricultural Resources and Environment of Guangdong Academy of Agricultural Sciences
Original Assignee
Institute of Agricultural Resources and Environment of Guangdong Academy of Agricultural Sciences
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Abstract

本申请属于土壤分析技术领域。具体涉及一种升温促进土壤铁碳结合的方法与一种土壤铁碳含量的检测方法。本发明的升温促进土壤铁碳结合的方法包括如下步骤：将土壤样本与水稻秸秆混合得到混合物，将所述混合物的含水量调节为45～65％，培养40～50d，获得土壤产物；所述土壤样本与水稻秸秆的质量比为100:3～8；所述培养的温度为4～45℃。根据数据分析可得知：升温降低了红壤中铁碳含量，但增加了黑土中铁碳含量。同时，升温促进红壤中有机碳以表面吸附的方式与铁氧化物结合。升温促进了铁氧化物选择性的固定微生物来源的脂肪碳和多糖碳。

Description

一种升温促进土壤铁碳结合的方法与一种土壤铁碳含量的检 测方法
技术领域
本发明属于土壤分析技术领域，具体涉及一种升温促进土壤铁碳结合的方法与一种土壤铁碳含量的检测方法。
背景技术
土壤是仅次于岩石圈和海洋的第三大碳库，在土壤上层约1m的深度储存了大约1500Gt的碳，相当于大气中碳含量的两倍，陆地生物量碳的三倍。即使土壤碳库的微小变化也可能对大气CO2浓度产生巨大影响。在过去的130年间，全球表面平均温度增加了0.85℃。铁氧化物具有较大的比表面和丰富的表面羟基，其对有机碳的吸附能力高于粘土矿物。
在对土壤铁碳含量检测过程中，以往的研究样品中的有机物和铁氧化物在分离的过程中存在遭到破坏的可能，现代分析技术和表征手段对研究铁-碳耦合机制至关重要，全球气候变化大背景下重新评估铁碳封存和稳定性非常必要，传统的红外光谱受到空间分辨率、采集时间、信噪比与样品覆盖率之间权衡的限制，重现性差，准确性差，缺少温度如何影响土壤有机碳与铁氧化物相互作用的研究。
基于此，提出本发明。
发明内容
鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，本发明的目的在于提供一种升温促进土壤铁碳结合的方法与一种土壤铁碳含量的检测方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种升温促进土壤铁碳结合的方法，包括以下步骤：
将土壤样本与水稻秸秆混合得到混合物，将所述混合物的含水量调节为45～65％，培养40～50d，获得土壤产物；
作为优选，土壤样本与水稻秸秆的质量比为100:3～8；
作为优选，培养的温度为4～45℃；
作为优选，土壤样本使用S形采样法采集；
作为优选，土壤样本的粒径≤2mm；
作为优选，水稻秸秆的粒径<2mm；水稻秸秆的有机碳含量为42.0～50.0％。
本发明还提供了一种土壤铁碳含量的检测方法，所述检测方法包括如下步骤：
(1)采用还原溶解法处理所述的土壤产物，得到固体残渣和提取溶液；
(2)使用元素分析仪与同位素质谱仪测定所述固体残渣中有机碳、铁氧化物结合态氮、总氮、总碳的含量和稳定性碳同位素的丰度；使用火焰原子吸收测定法所述提取溶液中氧化铁的含量；
(3)根据公式计算铁碳含量、碳铁比、铁碳的稳定性碳同位素丰度和铁氧化物结合态有机质的碳氮比；采用同步辐射红外显微成像法分析所述的土壤产物中铁氧化物与有机官能团分布；
作为优选，还原溶解法的还原剂为连二亚硫酸钠或NaCl；
作为优选，铁碳含量的计算公式为：Fe-boundOC＝OCNaCl–OCDCB；
其中Fe-boundOC为铁碳含量；OCNaCl为经NaCl处理后固体残渣中有机碳的含量；OCDCB为经连二亚硫酸钠处理后固体残渣中有机碳的含量；
作为优选，碳铁比的计算公式为：OC/Femolarratio＝(Fe-bound OC/MC)/(mFeDCB/MFe)；
其中OC/Femolarratio为碳铁比；Fe-boundOC代表铁碳含量；MC为碳的摩尔质量；MFe为铁的摩尔质量；mFeDCB为氧化铁的含量。
作为优选，铁碳的稳定性碳同位素丰度的计算公式为：
δ13CNaCl＝[δ13CDCB×(100–fFe-boundOC)+δ13CFe-boundOC×fFe-boundOC]/100，
δ13CFe-boundOC＝[δ13CNaCl×100–δ13CDCB×(100–fFe-boundOC)]/fFe-boundOC；
所述δ13CFe-boundOC是铁碳的稳定性碳同位素丰度；所述δ13CNaCl为NaCl处理后固体残渣中稳定性碳同位素的丰度；所述δ13CDCB为连二亚硫酸钠处理后固体残渣中的稳定性碳同位素的丰度；
作为优选，铁氧化物结合态有机质的碳氮比的计算公式为：(C/N)Fe-bound OM＝[(C/N)NaCl×100–(C/N)DCB×(100–fFe-boundN)]/fFe-boundN；
所述(C/N)Fe-boundOM为铁氧化物结合态有机质的碳氮比；所述(C/N)NaCl是用NaCl处理后固体残渣中总碳含量与总氮含量的比值；所述(C/N)DCB是用连二亚硫酸钠处理后固体残渣中总碳含量与总氮含量的比值；所述fFe-bound N是固体残渣中铁氧化物结合态氮占总氮的百分比。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明所提供的方法，一方面，通过综合分析铁碳含量、碳铁比、铁碳的稳定性碳同位素丰度(δ13C)和铁氧化物结合态有机质的碳氮比、铁氧化物与有机官能团分布。探究不同温度对土壤铁碳含量、生态来源和分子组成的影响。另一方面，以往的研究样品中的有机物和铁氧化物在分离的过程中存在遭到破坏的可能，现代分析技术和表征手段对研究铁-碳耦合机制至关重要，传统的红外光谱受到空间分辨率、采集时间、信噪比与样品覆盖率之间权衡的限制，重现性差，准确性差，利用同步辐射红外光源扫描，具有扫描速度快、重现性好以及其可原位探索土壤铁氧化物和有机物等优点，从而达到简化检测步骤，对土壤有机官能团和铁氧化物分布进行原位检测的目的。
附图说明
图1为实施例1～6中土壤产物的铁碳含量及碳铁比变化图；
图2为实施例1～6中土壤产物的碳氮比和δ13C同位素比值
图3为实施例1～6中土壤产物的同步辐射显微红外光谱图。
具体实施方式
本发明提供了一种升温促进土壤铁碳结合的方法，包括以下步骤：
用S形采样法采集土壤的表层样品，去除石块、根系等杂物后的土样在通风阴凉处晾干，得到土壤样本；将土壤样本与水稻秸秆混合得到混合物，将混合物的含水量调节为45～65％，培养40～50d，获得土壤产物；
在本发明中，土壤样本与水稻秸秆的质量比为100:3～8；进一步优选为20:1；
在本发明中，土壤样本的粒径≤2mm；水稻秸秆的粒径<2mm；所述水稻秸秆的有机碳含量为42.0～50.0％，进一步优选为46.0％；
在本发明中，培养的温度为4～45℃；培养的时间优选为45d；
在本发明中，混合物的含水量优选为55％；
本发明的土壤样本中包括红壤，采自湖南长沙，第四纪红色黏土母质，年平均温度17.2℃，年降水量1362mm，年日照数1623h，无霜期为291d，属亚热带季风性湿润气候；还包括黑土，采自黑龙江海伦农业生态实验站，石灰性母质，年平均温度1.5℃，年降水量500～600mm，年日照数2600～2800h，无霜期为130d，属温带大陆性季风气候。
本发明还提供了一种土壤铁碳含量的检测方法，所述检测方法包括如下步骤：
(1)采用还原溶解法处理所述的土壤产物，得到固体残渣和提取溶液；
在本发明中，还原溶解法的还原剂为连二亚硫酸钠或NaCl；
在本发明中，所述还原溶解法的具体步骤为：
称取0.2500g土壤产物于50ml离心管中，加入15mlpH7的缓冲溶液，然后将其置于80℃水浴锅中加热，准确加入还原剂连二亚硫酸钠0.50g，在80℃下保持15min，期间不断搅拌，然后4000g离心力下离心20min，得到沉淀和提取溶液；向沉淀中加入5ml去离子水，清洗沉淀5次，将沉淀冷冻干燥、研磨得到固体残渣；其中缓冲溶液为0.27mol/L柠檬酸钠和0.11mol/L碳酸氢钠的混合液；
在上述的提取实验中需进行对照实验以校正水浴加热过程中水溶性有机碳的释放；在对照实验中，称取0.2500g土壤产物于50ml离心管中，加入15mlpH7提取液，80℃水浴加热，准确加入0.44g氯化钠固体，在80℃下保持15min，4000g离心20min，得到沉淀和提取溶液；沉淀用5ml去离子水清洗5次后，冷冻干燥、研磨得到固体残渣；提取液为1.6mol/L氯化钠和0.11mol/L碳酸氢钠混合液。
(2)使用元素分析仪与同位素质谱仪测定所述固体残渣中有机碳、铁氧化物结合态氮、总氮、总碳的含量和稳定性碳同位素的丰度；使用火焰原子吸收测定法所述提取溶液中氧化铁的含量；
在本发明中，所述稳定性碳同位素为13C。
(3)根据公式计算铁碳含量、碳铁比、铁碳的稳定性碳同位素丰度和铁氧化物结合态有机质的碳氮比；采用同步辐射红外显微成像法分析所述的土壤产物中铁氧化物与有机官能团分布；
在本发明中，所述同步辐射红外显微成像法分析法的具体步骤为：将土壤产物进行研磨并经300目筛网过筛后与去离子水按1:20的比例混合，得到悬浊液；取直径为30mm、厚度为1mm的氟化钡玻片为试片，取10μL的悬浊液分散承载在于一个试片上；将前述试片置于红外干燥箱中进行干燥处理5h，获得可检测的试片样本；
将上述试片样本使用BrukerVERTEX70v红外光谱仪和红外显微镜于反射模式下采集光谱；设置光斑孔径为10×10μm2、扫描步长为10×10μm2、分辨率为4cm-1、光谱范围为4000～600cm-1、扫描次数为64次；
在本发明中，所述BrukerVERTEX70v红外光谱仪为Ettlingen,Germany；所述红外显微镜为Hyperion3000,BrukerOptics,Ettlingen,Germany；所述元素分析仪为VarioPyroCube,Element,Hanau,Germany；所述同位素质谱仪为Isolame100,Isolame,Stockport,UK；
在本发明中，铁碳含量的计算公式为：Fe-boundOC＝OCNaCl–OCDCB；
碳铁比的计算公式为：OC/Femolarratio＝(Fe-bound OC/MC)/(mFeDCB/MFe)；
铁碳的稳定性碳同位素丰度的计算公式为：
δ13CNaCl＝[δ13CDCB×(100–fFe-boundOC)+δ13CFe-boundOC×fFe-boundOC]/100，
δ13CFe-boundOC＝[δ13CNaCl×100–δ13CDCB×(100–fFe-boundOC)]/fFe-boundOC；
铁氧化物结合态有机质的碳氮比的计算公式为：(C/N)Fe-boundOM＝[(C/N)NaCl×100–(C/N)DCB×(100–fFe-boundN)]/fFe-boundN；
其中Fe-boundOC为铁碳含量；OCNaCl为经NaCl处理后固体残渣中有机碳的含量；OCDCB为经连二亚硫酸钠处理后固体残渣中有机碳的含量；OC/Femolarratio为碳铁比；MC为碳的摩尔质量；MFe为铁的摩尔质量；mFeDCB为总氧化铁的含量；所述δ13CFe-boundOC是铁碳的稳定性碳同位素丰度；所述δ13CNaCl为NaCl处理后固体残渣中稳定性碳同位素的丰度；所述δ13CDCB为连二亚硫酸钠处理后固体残渣中的稳定性碳同位素的丰度；(C/N)Fe-boundOM为铁氧化物结合态有机质的碳氮比；(C/N)NaCl是用NaCl处理后固体残渣中总碳含量与总氮含量的比值；(C/N)DCB是用连二亚硫酸钠处理后固体残渣中总碳含量与总氮含量的比值；fFe-boundN是固体残渣中铁氧化物结合态氮占总氮的百分比。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1～6中的红壤土壤样本采自湖南长沙，第四纪红色黏土母质，年平均温度17.2℃，年降水量1362mm，年日照数1623h，无霜期为291d，属亚热带季风性湿润气候；实施例1～6中的黑土土壤样本采自黑龙江海伦农业生态实验站，石灰性母质，年平均温度1.5℃，年降水量500～600mm，年日照数2600～2800h，无霜期为130d，属温带大陆性季风气候。
实施例1
用S形采样法采集红壤土壤的表层样品，去除石块、根系等杂物后的土样在通风阴凉处晾干，过2mm筛得到红壤土壤样本，将有机质含量为46.2％的水稻秸秆磨细至<2mm；取200g红壤土壤样本和10g水稻秸秆置于玻璃杯中搅拌混合均匀得到混合物，调整混合物的含水量为60％；在4℃温度下培养49天获得土壤产物U-4。
实施例2
用S形采样法采集红壤土壤的表层样品，去除石块、根系等杂物后的土样在通风阴凉处晾干，过2mm筛得到红壤土壤样本，将有机质含量为46.2％的水稻秸秆磨细至<2mm；取200g红壤土壤样本和10g水稻秸秆置于玻璃杯中搅拌混合均匀得到混合物，调整混合物的含水量为60％；在25℃温度下培养49天获得土壤产物U-25。
实施例3
用S形采样法采集红壤土壤的表层样品，去除石块、根系等杂物后的土样在通风阴凉处晾干，过2mm筛得到红壤土壤样本将有机质含量为46.2％的水稻秸秆磨细至<2mm；取200g红壤土壤样本和10g水稻秸秆置于玻璃杯中搅拌混合均匀得到混合物，调整混合物的含水量为60％；在45℃温度下培养49天获得土壤产物U-45。
实施例4
用S形采样法采集黑土土壤的表层样品，去除石块、根系等杂物后的土样在通风阴凉处晾干，过2mm筛得到黑土土壤样本；将有机质含量为46.2％的水稻秸秆磨细至<2mm；取200g黑土土壤样本和10g水稻秸秆置于玻璃杯中搅拌混合均匀得到混合物，调整混合物的含水量为60％；在4℃温度下培养49天获得土壤产物M-4。
实施例5
用S形采样法采集黑土土壤的表层样品，去除石块、根系等杂物后的土样在通风阴凉处晾干，过2mm筛得到黑土土壤样本；将有机质含量为46.2％的水稻秸秆磨细至<2mm；取200g黑土土壤样本和10g水稻秸秆置于玻璃杯中搅拌混合均匀得到混合物，调整混合物的含水量为60％；在25℃温度下培养49天获得土壤产物M-25。
实施例6
用S形采样法采集黑土土壤的表层样品，去除石块、根系等杂物后的土样在通风阴凉处晾干，过2mm筛得到黑土土壤样本；将有机质含量为46.2％的水稻秸秆磨细至<2mm；取200g黑土土壤样本和10g水稻秸秆置于玻璃杯中搅拌混合均匀得到混合物，调整混合物的含水量为60％；在45℃温度下培养49天获得土壤产物M-45。
试验例1
样本制备
(1)还原溶解法处理实施例1～6的土壤产物：称取0.2500g土壤产物于50ml离心管中，加入15mlpH7的缓冲溶液，然后将其置于80℃水浴锅中加热，准确加入还原剂连二亚硫酸钠0.50g，在80℃下保持15min，期间不断搅拌，然后4000g离心力下离心20min，得到沉淀和提取溶液；向沉淀中加入5ml去离子水，清洗沉淀5次，将沉淀冷冻干燥、研磨得到固体残渣；其中缓冲溶液为0.27mol/L柠檬酸钠和0.11mol/L碳酸氢钠的混合液；
在上述的提取实验中需进行对照实验以校正水浴加热过程中水溶性有机碳的释放。在对照实验中，称取0.2500g土壤产物于50ml离心管中，加入15mlpH7提取液，80℃水浴加热，准确加入0.44g氯化钠固体，在80℃下保持15min，4000g离心20min，得到沉淀和提取溶液；沉淀用5ml去离子水清洗5次后，冷冻干燥、研磨得到固体残渣；提取液为1.6mol/L氯化钠和0.11mol/L碳酸氢钠混合液。
(2)实施例1～6的土壤产物进行研磨并经300目筛网过筛后与去离子水按1:20的比例混合，得到悬浊液；取直径为30mm、厚度为1mm的氟化钡玻片为试片，取10μL的悬浊液分散承载在于一个试片上；将前述试片置于红外干燥箱中进行干燥处理5h，获得可检测的6组试片样本。
仪器检测以及数据计算
将上述经连二亚硫酸钠处理和NaCl处理后的残渣使用元素分析仪(VarioPyroCube,Element,Hanau,Germany)与同位素质谱仪(Isolame100,Isolame,Stockport,UK)测定固体残渣中有机碳、铁氧化物结合态氮、总氮、总碳的含量和稳定性碳同位素的丰度；用火焰原子吸收测定所述提取溶液中氧化铁的含量。
根据公式计算铁碳含量、碳铁比、铁碳的δ13C丰度和铁氧化物结合态有机质的碳氮比；其中铁碳含量和碳铁比如图1所示，碳氮比和铁碳δ13C丰度如图2所示。
铁碳含量的计算公式为：Fe-boundOC＝OCNaCl–OCDCB；
碳铁比的计算公式为：OC/Femolarratio＝(Fe-bound OC/MC)/(mFeDCB/MFe)；
铁碳的稳定性碳同位素丰度的计算公式为：
δ13CNaCl＝[δ13CDCB×(100–fFe-boundOC)+δ13CFe-boundOC×fFe-boundOC]/100，
δ13CFe-boundOC＝[δ13CNaCl×100–δ13CDCB×(100–fFe-boundOC)]/fFe-boundOC；
铁氧化物结合态有机质的碳氮比的计算公式为：(C/N)Fe-boundOM＝[(C/N)NaCl×100–(C/N)DCB×(100–fFe-boundN)]/fFe-boundN；
其中Fe-boundOC为铁碳含量；OCNaCl为经NaCl处理后固体残渣中有机碳的含量；OCDCB为经连二亚硫酸钠处理后固体残渣中有机碳的含量；OC/Femolarratio为碳铁比；MC为碳的摩尔质量；MFe为铁的摩尔质量；mFeDCB为氧化铁的含量；δ13CFe-boundOC是铁碳的稳定性碳同位素丰度；δ13CNaCl为NaCl处理后固体残渣中有机碳的同位素丰度；δ13CDCB为连二亚硫酸钠处理后固体残渣中的有机碳的同位素丰度；(C/N)Fe-boundOM为铁氧化物结合态有机质的碳氮比；所述(C/N)NaCl是用NaCl处理后固体残渣中总碳含量与总氮含量的比值；(C/N)DCB是用连二亚硫酸钠处理后固体残渣中总碳含量与总氮含量的比值；所述fFe-boundN是固体残渣中铁氧化物结合态氮占总氮的百分比。
采用同步辐射红外显微成像法分析土壤产物中铁氧化物与有机官能团分布：
将上述6组试片样本使用BrukerVERTEX70v红外光谱仪(Ettlingen,Germany)和红外显微镜(Hyperion3000,BrukerOptics,Ettlingen,Germany)于反射模式下采集光谱，设置光斑孔径为10×10μm2、扫描步长为10×10μm2、分辨率为4cm-1、光谱范围为4000～600cm-1、扫描次数为64次；透射模式下采集如图3所示的同步辐射显微红外光谱图。
每组样本的扫描时间为2h，并且使用OPUS7.5的3D软件包对上述采集的光谱图进行处理，处理时校正基线，并在基线校正后，使用指定的峰位来表征脂肪碳(2920cm-1)、羧基碳(1734cm-1)、芳香碳(1616cm-1)、多糖碳(1117cm-1)、铁氧化物(690cm-1)的图像；采用OriginPro2017线性回归分析了铁氧化物与多糖碳、芳香碳、羧基碳或脂肪碳之间的相关性，具体的分析结果如表1所示。
表1相关性分析结果
表中，决定系数(R2)代表了铁氧化物和其他有机物分布的相关性。
由上并基于图1可知：升温导致红壤铁氧化物结合态有机碳的浓度从3.46g/kg降至1.99g/kg，使黑土铁氧化物结合态有机碳的浓度从4.04g/kg增至5.12g/kg。升温降低了红壤和黑土铁氧化物结合态有机碳与DCB可提取的铁氧化物的摩尔比，分别从1.14和2.59降至0.48和2.02。结果表明，升温促进了红壤有机碳以表面吸附的方式与铁氧化物结合，共沉淀对黑土铁氧化物结合态有机碳的结合起到了重要作用。
由上并基于图2可知：红壤中铁氧化物结合态有机质的碳氮比高于土壤有机质的碳氮比，而黑土中铁氧化物结合态有机质的碳氮比则低于土壤有机质的碳氮比。升温使红壤和黑土中铁氧化物结合态有机质的碳氮比分别从20.00和10.67降至13.55和6.08。微生物来源的有机质通常比植物来源的有机质具有更低的碳氮比。因此，铁氧化物结合态有机质碳氮比的降低表明，升温促进了铁氧化物选择性保存微生物来源的有机质。升温增加了红壤和黑土中铁氧化物结合态有机碳的δ13C丰度，说明升温促进了铁氧化物结合态有机碳13C的富集。通常来说，有机物的δ13C丰度会随着微生物来源组分的增加而增加，而随着植物来源组分的增加而降低。因此，铁氧化物结合态有机碳13C的相对富集同样表明，升温促进了铁氧化物优先结合农田土壤中微生物来源的有机碳。
由上并基于图3可知：红壤和黑土中，我们均观察到了铁氧化物和不同形态有机碳(多糖碳、芳香碳、羧基碳及脂肪碳)以及不同形态有机碳之间均呈高度异质性的分布规律。同时，铁氧化物和不同形态有机碳的分布模式并不完全相同，4℃时，红壤铁氧化物与脂肪碳和多糖碳有较为相似的分布模式，而铁氧化物与芳香碳和羧基碳则呈现差异较大的分布模式，随着温度的升高，铁氧化物的分布与脂肪碳和多糖碳的分布更为一致。4℃时，黑土铁氧化物与羧基碳和芳香碳有较为相似的分布模式，而铁氧化物与脂肪碳和多糖碳则呈现差异较大的分布模式，随着温度的升高，铁氧化物的分布与脂肪碳和多糖碳的分布更为一致。
由上并基于表1可知：4℃时，红壤中铁氧化物与有机官能团分布的相关性顺序为：铁氧化物-脂肪碳＞铁氧化物-多糖碳＞铁氧化物-羧基碳≈铁氧化物-芳香碳，随温度的增加，铁氧化物与脂肪碳和多糖碳分布的相关性分别从0.493和0.374增至0.585和0.487，其与羧基碳和芳香碳分布的相关性分别从0.381和0.328降至0.113和0.100。4℃时黑土中铁氧化物与有机官能团分布的相关性大小为：铁氧化物-芳香碳＞铁氧化物-羧基碳＞铁氧化物-多糖碳＞铁氧化物-脂肪碳，温度升高至45℃，铁氧化物与有机官能团分布的相关性顺序变为：铁氧化物-脂肪碳＞铁氧化物-多糖碳＞铁氧化物-羧基碳≈铁氧化物-芳香碳，铁氧化物与脂肪碳和多糖碳分布的相关性分别从0.294和0.384增至0.819和0.802，其与羧基碳和芳香碳分布的相关性分别从0.794和0.838降至0.270和0.326，表明土壤铁氧化物和不同类型有机碳的分布有明显差异；同时，该差异受到温度变化的影响，具体表现为升温增加了铁氧化物与脂肪碳和多糖碳分布的相关性，降低了铁氧化物与羧基碳和芳香碳分布的相关性。结合铁氧化物有机碳δ13C丰度，我们的结果进一步表明，升温促进了铁氧化物选择性的稳定微生物源的脂肪碳和多糖碳。以上结果有助于深入理解全球气候变化过程中微生物驱动和介导的土壤有机碳的稳定性和循环过程。
由以上实施例可知，升温促进了红壤有机碳以表面吸附的方式与铁氧化物结合，共沉淀对黑土铁氧化物结合态有机碳的结合起到了重要作用，可见升温促进了铁氧化物优先结合农田土壤中微生物来源的有机碳。随着温度的升高，铁氧化物的分布与脂肪碳和多糖碳的分布更为一致，可见升温促进了铁氧化物选择性的稳定微生物源的脂肪碳和多糖碳。本发明的结果有助于深入理解全球气候变化过程中微生物驱动和介导的土壤有机碳的稳定性和循环过程。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种升温促进土壤铁碳结合的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将土壤样本与水稻秸秆混合得到混合物，将所述混合物的含水量调节为45～65％，培养40～50d，获得土壤产物；
所述土壤样本与水稻秸秆的质量比为100:3～8；
所述培养的温度为4～45℃。
2.据权利要求1所述的一种升温促进土壤铁碳结合的方法，其特征在于，所述土壤样本使用S形采样法采集。
3.根据权利要求2所述的一种升温促进土壤铁碳结合的方法，其特征在于，所述土壤样本的粒径≤2mm。
4.根据权利要求3所述的一种升温促进土壤铁碳结合的方法，其特征在于，所述水稻秸秆的粒径<2mm；所述水稻秸秆的有机碳含量为42.0～50.0％。
5.一种土壤铁碳含量的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括如下步骤：
(1)采用还原溶解法处理权利要求1中所述的土壤产物，得到固体残渣和提取溶液；
(2)使用元素分析仪与同位素质谱仪测定所述固体残渣中有机碳、铁氧化物结合态氮、总氮、总碳的含量和稳定性碳同位素的丰度；使用火焰原子吸收法测定所述提取溶液中氧化铁的含量；
(3)根据公式计算铁碳含量、碳铁比、铁碳的稳定性碳同位素丰度和铁氧化物结合态有机质的碳氮比；采用同步辐射红外显微成像法分析权利要求1中所述的土壤产物中铁氧化物与有机官能团分布。
6.根据权利要求5所述的一种土壤铁碳含量的检测方法，其特征在于，所述还原溶解法的还原剂为连二亚硫酸钠或NaCl。
7.根据权利要求6所述的一种土壤铁碳含量的检测方法，其特征在于，所述铁碳含量的计算公式为：Fe-boundOC＝OCNaCl–OCDCB；
所述Fe-boundOC为铁碳含量；所述OCNaCl为经NaCl处理后固体残渣中有机碳的含量；所述OCDCB为经连二亚硫酸钠处理后固体残渣中有机碳的含量。
8.根据权利要求7所述的一种土壤铁碳含量的检测方法，其特征在于，所述碳铁比的计算公式为：OC/Femolarratio＝(Fe-bound OC/MC)/(mFeDCB/MFe)；
所述OC/Femolarratio为碳铁比；所述Fe-boundOC代表铁碳含量；所述MC为碳的摩尔质量；所述MFe为铁的摩尔质量；所述mFeDCB为氧化铁的含量。
9.根据权利要求8所述的一种土壤铁碳含量的检测方法，其特征在于，所述铁碳的稳定性碳同位素丰度的计算公式为：
δ13CNaCl＝[δ13CDCB×(100–fFe-boundOC)+δ13CFe-boundOC×fFe-boundOC]/100，
δ13CFe-boundOC＝[δ13CNaCl×100–δ13CDCB×(100–fFe-boundOC)]/fFe-boundOC；
所述δ13CFe-boundOC是铁碳的稳定性碳同位素丰度；所述δ13CNaCl为NaCl处理后固体残渣中稳定性碳同位素的丰度；所述δ13CDCB为连二亚硫酸钠处理后固体残渣中的稳定性碳同位素的丰度。
10.根据权利要求9所述的一种土壤铁碳含量的检测方法，其特征在于，所述铁氧化物结合态有机质的碳氮比的计算公式为：(C/N)Fe-boundOM＝[(C/N)NaCl×100–(C/N)DCB×(100–fFe-boundN)]/fFe-boundN；
所述(C/N)Fe-boundOM为铁氧化物结合态有机质的碳氮比；所述(C/N)NaCl是用NaCl处理后固体残渣中总碳含量与总氮含量的比值；所述(C/N)DCB是用连二亚硫酸钠处理后固体残渣中总碳含量与总氮含量的比值；所述fFe-bound N是固体残渣中铁氧化物结合态氮占总氮的百分比。
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