核磁共振(NMR)技术由于具有高效快速、不破坏土壤结构且对人体无害等优点,逐渐被应用到土壤学相关领域研究中.然而,土壤中顺磁物质的存在对核磁共振信号特征的影响仍不明确.本研究旨在揭示顺磁物质对不同类型土壤低场核磁共振(LF-NMR)信号特征和土壤含水量测定的影响.结果表明:土壤水的LF-NMR信号量最高可达150左右,土壤矿物、有机质和微生物等固相物质的LF-NMR信号量基本不超过0.3,相对可以忽略.质地和顺磁物质对土壤水的LF-NMR信号量测量有更大影响.LF-NMR仪器存在弛豫时间监测盲区,信号量损失主要是由于顺磁物质加速了水中氢质子的弛豫过程,导致小孔隙中水分反馈的极快的LF-NMR信号不能被监测设备捕获.对于顺磁物质含量较少的壤性潮土(1.2％)和黏壤性黑土(1.3％),LF-NMR信号量损失不大,其与土壤含水量呈线性关系;但对于黏粒含量(45.3％)和顺磁物质含量(4.0％)较高的黏性红壤,测定中会损失一部分LF-NMR信号量,监测到的LF-NMR信号量与土壤含水量不再呈线性关系.此外,外源添加顺磁物质(3.0 g·L-1的MnCl2溶液)也会降低黑土和红壤中可被监测的LF-NMR信号量,黑土和红壤的信号量最大损失率分别为41.0％和46.7％,极大地改变其与土壤含水量之间的定量关系.因此,在利用LF-NMR测量富含顺磁物质(＞1.3％)或有外源顺磁物质进入的黏性土壤的含水量时,应先通过校正降低顺磁物质等对LF-NMR信号量的影响.研究结果对利用低场核磁共振技术准确分析土壤水分分布及土壤孔隙结构具有重要意义.

低场核磁共振;顺磁物质;弛豫时间;土壤含水量;黏粒含量

马红娇;马东豪;刘志鹏;张佳宝;姜晓文;陆荣生

中国科学院南京土壤研究所,土壤与农业可持续发展国家重点实验室,南京210008;中国科学院大学,北京100049;南京农业大学资源与环境科学学院,南京210095;东南大学,江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室,南京211189

应用生态学报

[1]马红娇;马东豪;刘志鹏;张佳宝;姜晓文;陆荣生-.顺磁物质对土壤低场核磁共振信号特征及含水量测定的影响)[J].应用生态学报,2022(11):3037-3045

顺磁物质

磁共振信号,信号特征,NMR,高效快速,不破,土壤结构,无害,土壤学,LF,土壤含水量,信号量,土壤矿物,有机质,和顺,弛豫时间,时间监测,盲区,失主,质子,弛豫过程,小孔,极快,监测设备,潮土,黑土,黏粒含量,红壤,外源添加,MnCl2,损失率,定量关系,或有,黏性土,低场核磁共振技术,土壤水分,水分分布,土壤孔隙结构

0.217651