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土壤界面作用對土壤生態(tài)系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。它不僅影響土壤中的水分利用效率和養(yǎng)分供應(yīng)，還通過調(diào)控土壤中的氣體交換和化學(xué)反應(yīng)，影響土壤的碳循環(huán)和養(yǎng)分循環(huán)過程。此外，土壤界面作用還對土壤中的微生物活動(dòng)、植物生長和土壤生物多樣性等產(chǎn)生重要影響。因此，深入理解和研究土壤界面作用對于優(yōu)化土壤管理、保護(hù)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)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(fù)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?zhàn)B分的有效性和可利用性。
水分保持作用：土壤顆表面的毛細(xì)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(jìn)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(huán)境之間存在著復(fù)雜的相互作用。微生物可以附著在土壤顆粒表面，參與有機(jī)物分解和養(yǎng)分循環(huán)過程。根系通過與土壤顆粒觸，吸收水分和養(yǎng)分，并與土壤微生物共構(gòu)建土壤生態(tài)系統(tǒng)。
近二十年來，各種譜學(xué)技術(shù)逐漸應(yīng)用到土壤界面作用相關(guān)研究中，從宏觀、介觀和原子、分子水平等不同尺度揭示反應(yīng)過程和機(jī)制，各種原位表征技術(shù)的發(fā)展也使科學(xué)研究不斷逼近土壤中界面反應(yīng)的真實(shí)過程，同時(shí)模型模擬和理論計(jì)算可獲得不可能或很難通過實(shí)驗(yàn)獲得的信息，促進(jìn)對相關(guān)問題的理解?？傊?，各種現(xiàn)代先進(jìn)分析技術(shù)和方法的應(yīng)用顯著擴(kuò)展和提高了土壤環(huán)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(shù),可以微 觀地揭示樣品中水分的變化規(guī)律。在核磁共振技術(shù)中,原子核受射頻場作用撤除后以非 輻射的方式逐步恢復(fù)到平衡狀態(tài),這一過程稱為弛豫過程。弛豫過程所需要的時(shí)間稱作弛豫時(shí)間。
水分子周圍不同的物理化學(xué)環(huán)境均會(huì)影響到氫質(zhì)子的馳豫特性,因此處于不同狀態(tài)條 件下水就表現(xiàn)出不同的馳豫時(shí)間(自旋-晶格弛豫時(shí)間 T1 和自旋-自旋弛豫時(shí)間 T2)。利用低場核磁共振技術(shù)測定能反映水分子流動(dòng)性的氫核的自旋-晶格馳豫時(shí)間 T1 和自旋-自旋馳豫時(shí)間T2,就可描述樣品中水分子的運(yùn)動(dòng)情況及其存在的狀態(tài)。
目前認(rèn)為分布在土壤中的水主要存在兩種狀態(tài):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(shù)主要通過測量土壤孔隙中水的 T2 弛豫時(shí)間來確定土壤孔隙結(jié)構(gòu)中小孔隙和大孔隙的分布情況。
本研究對土壤進(jìn)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(nèi)水中氫質(zhì)子信號的疊加,再經(jīng)過傅里葉變換擬合得到核磁共振 T2 譜。 因此, T2 譜分布反應(yīng)了孔隙大小,大孔隙對應(yīng)長 T2 值,小孔隙對應(yīng)短 T2 值。
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