土壤界面作用

土壤界面作用對土壤生態系統的功能和穩定性至關重要。它不僅影響土壤中的水分利用效率和養分供應，還通過調控土壤中的氣體交換和化學反應，影響土壤的碳循環和養分循環過程。此外，土壤界面作用還對土壤中的微生物活動、植物生長和土壤生物多樣性等產生重要影響。因此，深入理解和研究土壤界面作用對于優化土壤管理、保護農田生態系統、提高農業產量和實現可持續土壤利用具有重要意義。

以下是一些常見的土壤界面作用：

吸附作用：土壤顆粒表面帶有電荷，可以吸附和保持溶液中的離子和分子。正電荷的土壤粒吸附陰離子，如氮、磷、硫等，而負電荷的土壤顆粒吸附陽離子，如鈣、鎂、鉀等。吸附作用可以影響養分的有效性和可利用性。

水分保持作用：土壤顆表面的毛細孔隙可以吸附和保持水分。這種水分保持作用使得土壤能夠在干旱條件下提供水分給植物，并影響土壤的保水能力和排水性能。

氣體交換作用：土壤顆粒表面的孔隙可以與大氣中的體進行交換。這種氣體交作用使得土壤能夠吸收和釋放氧氣、二氧化碳等氣體，影響土壤中的氣體平衡和微生物呼吸過程。

生物界面作用：土壤顆粒表面的微生物、根等生物體土壤環境之間存在著復雜的相互作用。微生物可以附著在土壤顆粒表面，參與有機物分解和養分循環過程。根系通過與土壤顆粒觸，吸收水分和養分，并與土壤微生物共構建土壤生態系統。

近二十年來，各種譜學技術逐漸應用到土壤界面作用相關研究中，從宏觀、介觀和原子、分子水平等不同尺度揭示反應過程和機制，各種原位表征技術的發展也使科學研究不斷逼近土壤中界面反應的真實過程，同時模型模擬和理論計算可獲得不可能或很難通過實驗獲得的信息，促進對相關問題的理解?？傊鞣N現代先進分析技術和方法的應用顯著擴展和提高了土壤環境界面研究水平和深度。

核磁共振是一種快速、無損的測量技術,可以微 觀地揭示樣品中水分的變化規律。在核磁共振技術中,原子核受射頻場作用撤除后以非 輻射的方式逐步恢復到平衡狀態,這一過程稱為弛豫過程。弛豫過程所需要的時間稱作弛豫時間。

水分子周圍不同的物理化學環境均會影響到氫質子的馳豫特性,因此處于不同狀態條 件下水就表現出不同的馳豫時間(自旋-晶格弛豫時間 T₁ 和自旋-自旋弛豫時間 T₂)。利用低場核磁共振技術測定能反映水分子流動性的氫核的自旋-晶格馳豫時間 T1 和自旋-自旋馳豫時間T2,就可描述樣品中水分子的運動情況及其存在的狀態。 

目前認為分布在土壤中的水主要存在兩種狀態:束縛水(包括吸濕水和膜狀水)和自由 水(包括毛管水、重力水和地下水) ,低場核磁共振技術主要通過測量土壤孔隙中水的 T₂ 弛豫時間來確定土壤孔隙結構中小孔隙和大孔隙的分布情況。

本研究對土壤進行 CPMG自旋回波脈沖序列下的測試,得到自旋回波串的衰減信號,其信號是不同大小孔隙內水中氫質子信號的疊加,再經過傅里葉變換擬合得到核磁共振 T₂ 譜。 因此, T₂ 譜分布反應了孔隙大小,大孔隙對應長 T₂ 值,小孔隙對應短 T₂ 值。