Nghiên cứu về vật chất hữu cơ dạng hạt tự do và bị bao bọc trong đất bằng phương pháp quang phổ NMR 13C CP/MAS và kính hiển vi điện tử quét

Một phương pháp định lượng đơn giản để phân tách vật chất hữu cơ dạng hạt tự do và bị bao bọc đã được phát triển và áp dụng cho năm loại đất nguyên sinh. Vật chất hữu cơ tự do được tách ra bằng cách lơ lửng mẫu đất trong dung dịch natri polytungstate (d = 1.6 Mg m-3) và lắng đọng vật chất nhẹ. Đất còn lại được phân tán bằng siêu âm để giải phóng vật chất hữu cơ bị bao bọc. Phân đoạn nhẹ tự do bao gồm các mảnh rễ và thực vật lớn, chưa phân hủy hoặc phân hủy một phần. Phân đoạn này chiếm 0.59-4.34% trọng lượng khô của đất và chiếm 6.9-31.3% và 5.9-22.1% tổng lượng carbon và nitơ trong đất tương ứng. Các thành phần có thể nhận diện của phân đoạn bị bao bọc là các hạt nhỏ của chất hữu cơ phân hủy không hoàn toàn, hạt phấn, các hạt của mô thực vật như cuộn lignin và phytoliths. Phân đoạn này chiếm 0.69-1.81% trọng lượng khô của đất và đại diện cho 9.2-17.5% và 6.2-14.1% tổng lượng carbon và nitơ trong đất. Tỷ lệ carbon hữu cơ trong đất được thu hồi như phân đoạn bị bao bọc cao trong đất có hàm lượng đất sét cao. Thành phần hóa học của vật chất hữu cơ bị bao bọc và tự do đã được nghiên cứu bằng quang phổ NMR 13C CP/MAS ở trạng thái rắn. Mặc dù có sự khác biệt giữa các loại đất, điều kiện môi trường và thảm thực vật, cấu trúc hữu cơ của phân đoạn nhẹ tự do tương tự trong bốn trên năm loại đất. Phân đoạn này bao gồm 55-63% C-alkyl O, 18-25% C-alkyl, 14-18% C-aromatic và 5-7% C-carbonyl. Trong loại đất còn lại, phân đoạn này cho thấy tỷ lệ C-alkyl cao hơn (31%) và C-alkyl O thấp hơn (46%). Hầu hết các sự khác biệt giữa các loại đất liên quan đến vật chất hữu cơ có trong phân đoạn nhẹ bị bao bọc. Sự khác biệt trong cấu trúc hóa học giữa phân đoạn nhẹ bị bao bọc và các phân đoạn nhẹ tự do tương tự nhau ở tất cả các loại đất được nghiên cứu. Dữ liệu NMR cho thấy tỷ lệ C-alkyl O thấp hơn và C-alkyl cao hơn trong các phân đoạn nhẹ bị bao bọc so với các phân đoạn nhẹ tự do. Tỷ lệ carbon aromatic và carbonyl cao hơn trong các phân đoạn bị bao bọc của ba loại đất trong khi tỷ lệ của hai loại carbon này không thay đổi ở hai loại đất còn lại. Người ta cho rằng vật chất hữu cơ bị bao bọc là một nguồn carbon cổ mà đã được tích tụ bên trong các khối kết trong suốt nhiều thập kỷ tăng trưởng rễ và chính nguồn đó đã bị mất do canh tác.