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为探究溶解有机物（DOM）在灰化土（Podzols）深层土壤积累的机制，研究人员以巴西东南部岛屿的灰化土为对象开展研究。结果发现沉积相的水文机制影响 DOM 保留和灰化土发育。该研究对理解土壤碳固存和分类有重要意义。
在广袤的地球土壤世界里，灰化土（Podzols）有着独特的 “魅力”。它是一种在土壤深层积累有机物和 / 或氧化物的土壤类型，其深层土壤（100 - 200cm 深度）的有机碳含量比上层 100cm 还要高。这种独特的碳分布现象，使得深入了解灰化土中有机碳在深层土壤的积累机制变得尤为重要，因为这关系到准确评估土壤碳固存潜力，以及理解相关的生物地球化学过程。
以往的研究认为，在灰化土形成（podzolization）过程中，溶解有机物（DOM）在土壤表层与金属（铁 Fe 和铝 Al）形成有机复合物并达到饱和，从而被固定在土壤次表层。然而，在铁和铝含量较低的土壤中，这种化学机制的作用可能并不显著。例如在巴西东南部 Ilha Comprida 地区的灰化土中，就存在有机复合铁和铝含量极低的情况，这表明可能存在其他因素影响 DOM 的积累。同时，尽管地质研究对沉积相的孔隙大小分布等有所探索，但从土壤学角度来看，触发灰化土中 DOM 固定的粒度阈值仍不明确。在这样的研究背景下，为了解开这些谜团，来自国外的研究人员展开了深入研究。
研究人员以巴西东南部 Ilha Comprida 地区的三个灰化土剖面（P41、PC4 和 PF2）为研究对象，该地区属于热带湿润气候，是一个在过去 6000 年由沉积物堆积形成的障壁岛。研究人员综合运用多种研究方法，包括描述沉积相和土壤形态之间的联系、识别土壤发生层并测定其有机碳、铝和铁的含量、确定颗粒大小分布（尤其是砂粒部分按 10 个粒度区间进行分析）、测定砂粒粒度分布的均值和偏度，以及通过 X 射线衍射（XRD）结合光学显微镜分析来识别砂和粘土矿物等，以此来探究沉积相对灰化土发育的影响。
在研究过程中，研究人员首先对研究区域的沉积相进行了详细划分。例如，在剖面 P41 中，从下往上依次分为三个沉积相：底部到顶部的第一相是含有不透明重矿物的细砂（fSp (oq)），呈现出平面平行层理；与 2C 土层重合的第二相是由不透明矿物主导的极细砂（vfSp (o)），同样有平面平行层理；最上面的第三相则是石英质细砂（fSp），也具有平面平行层理 。不同剖面的沉积相差异反映了沉积过程和古地理环境的变化，如海滩和后滨泻湖环境的不同沉积特征。
通过对这些剖面的深入研究，研究人员发现了重要的结论。在灰化土的发育过程中，通过 DOM 保留来促进灰化土形成的过程受两种水文机制的影响。其一，在平均砂粒大小为 2.6 ± 0.3 phi（小孔）的沉积相和平均砂粒大小为 1.9 ± 0.2 phi（大孔）的沉积相界面处，存在 “毛细管断裂（capillary break）” 现象。由于砂粒大小不同导致土壤孔隙大小不同，使得水分在从细粒层向粗砂层渗透时，因基质势差异，DOM 的渗流速度减缓甚至暂时停滞，从而促进了 DOM 在土壤次表层的积累，影响了 Bh 和 Bhm 土层（Bh：土壤次表层通过淋溶作用从上层积累大量有机物的土层；Bhm：由 “h” 和 “m” 组合表示，是被有机物强烈胶结的土壤次表层）的形成。其二，在砂质覆盖粘质的沉积相之间的质地突变处，形成了垂直水分渗透的 “物理屏障（physical barrier）”，同样影响了 DOM 的迁移和积累，对 Bh 和 Bhm 土层的形成起到促进作用。
这项研究成果发表在《CATENA》上，具有重要的意义。它揭示了沉积相及其界面在灰化土形成过程中对 DOM 积累的关键作用，突破了以往仅从化学过程解释 DOM 积累机制的局限。这意味着在研究有机碳动态和土壤分类时，不能忽视沉积相及其相互接触关系的重要性。这一发现为深入理解土壤碳固存提供了新的视角，有助于更准确地评估土壤在全球碳循环中的作用，同时也为土壤科学领域的研究提供了新的思路和方向。
在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：一是土壤形态描述技术，按照标准协议详细记录土壤剖面特征；二是矿物学表征技术，利用 XRD 和显微镜分析确定土壤中的矿物成分；三是粒度分布分析技术，精确测定土壤中砂、粉砂和粘土的占比，特别是对砂粒部分进行细致的粒度区间划分和分析；四是元素含量测定技术，测定土壤发生层中有机碳、铝和铁的含量。研究人员通过对多个灰化土剖面的这些综合分析，得出了上述重要结论。
研究结果方面：
- 沉积相和土壤形态的联系：不同的沉积相在土壤剖面中呈现出特定的组合和分布，与土壤发生层存在对应关系，反映了沉积过程对土壤形成的影响。例如剖面 P41 中不同沉积相的特征和分布，体现了沉积环境的变化和土壤形成的过程。
- 土壤发生层的成分分析：确定了不同土壤发生层中有机碳、铝和铁的含量，为研究土壤化学性质和元素迁移提供了数据支持。其中 Bh 和 Bhm 土层中有机碳含量较高，而部分土层铁和铝含量较低，与以往认知中金属饱和固定 DOM 的机制存在差异。
- 颗粒大小分布特征：详细分析了土壤颗粒大小分布，尤其是砂粒部分。发现砂粒大小的差异会导致土壤孔隙大小不同，进而影响水分和 DOM 的迁移。如存在 “毛细管断裂” 和 “物理屏障” 的沉积相界面处，砂粒大小差异明显，对 DOM 积累有重要影响。
- 矿物成分鉴定：通过 XRD 和显微镜分析，识别出土壤中的主要矿物成分，如石英、高岭石、三水铝石和铁氧化物等，这些矿物成分与沉积环境和土壤形成过程密切相关。
研究结论和讨论部分再次强调，理解灰化土中 Bh 和 Bhm 土层有机碳积累的机制对准确评估土壤碳固存潜力至关重要。沉积相之间砂粒大小的显著差异形成的 “毛细管断裂”，是形成厚层、富含有机质的 Bh 和 Bhm 土层的关键驱动因素。这一研究成果不仅为土壤科学研究提供了新的理论依据，也为全球变化背景下土壤碳循环的研究提供了重要参考，对进一步认识土壤在生态系统中的作用具有深远意义。
