土壤界面作用

土壤界面作用对土壤生态系统的功能和稳定性至关重要。它不仅影响土壤中的水分利用效率和养分供应，还通过调控土壤中的气体交换和化学反应，影响土壤的碳循环和养分循环过程。此外，土壤界面作用还对土壤中的微生物活动、植物生长和土壤生物多样性等产生重要影响。因此，深入理解和研究土壤界面作用对于优化土壤管理、保护农田生态系统、提高农业产量和实现可持续土壤利用具有重要意义。

以下是一些常见的土壤界面作用：

吸附作用：土壤颗粒表面带有电荷，可以吸附和保持溶液中的离子和分子。正电荷的土壤粒吸附阴离子，如氮、磷、硫等，而负电荷的土壤颗粒吸附阳离子，如钙、镁、钾等。吸附作用可以影响养分的有效性和可利用性。

水分保持作用：土壤颗表面的毛细孔隙可以吸附和保持水分。这种水分保持作用使得土壤能够在干旱条件下提供水分给植物，并影响土壤的保水能力和排水性能。

气体交换作用：土壤颗粒表面的孔隙可以与大气中的体进行交换。这种气体交作用使得土壤能够吸收和释放氧气、二氧化碳等气体，影响土壤中的气体平衡和微生物呼吸过程。

生物界面作用：土壤颗粒表面的微生物、根等生物体土壤环境之间存在着复杂的相互作用。微生物可以附着在土壤颗粒表面，参与有机物分解和养分循环过程。根系通过与土壤颗粒触，吸收水分和养分，并与土壤微生物共构建土壤生态系统。

近二十年来，各种谱学技术逐渐应用到土壤界面作用相关研究中，从宏观、介观和原子、分子水平等不同尺度揭示反应过程和机制，各种原位表征技术的发展也使科学研究不断逼近土壤中界面反应的真实过程，同时模型模拟和理论计算可获得不可能或很难通过实验获得的信息，促进对相关问题的理解。总之，各种现代先进分析技术和方法的应用显著扩展和提高了土壤环境界面研究水平和深度。

核磁共振是一种快速、无损的测量技术,可以微 观地揭示样品中水分的变化规律。在核磁共振技术中,原子核受射频场作用撤除后以非 辐射的方式逐步恢复到平衡状态,这一过程称为弛豫过程。弛豫过程所需要的时间称作弛豫时间。

水分子周围不同的物理化学环境均会影响到氢质子的驰豫特性,因此处于不同状态条 件下水就表现出不同的驰豫时间(自旋-晶格弛豫时间 T1 和自旋-自旋弛豫时间 T2)。利用低场核磁共振技术测定能反映水分子流动性的氢核的自旋-晶格驰豫时间 T1 和自旋-自旋驰豫时间T2,就可描述样品中水分子的运动情况及其存在的状态。 

目前认为分布在土壤中的水主要存在两种状态:束缚水(包括吸湿水和膜状水)和自由 水(包括毛管水、重力水和地下水) ,低场核磁共振技术主要通过测量土壤孔隙中水的 T2 弛豫时间来确定土壤孔隙结构中小孔隙和大孔隙的分布情况。

本研究对土壤进行 CPMG自旋回波脉冲序列下的测试,得到自旋回波串的衰减信号,其信号是不同大小孔隙内水中氢质子信号的叠加,再经过傅里叶变换拟合得到核磁共振 T2 谱。 因此, T2 谱分布反应了孔隙大小,大孔隙对应长 T2 值,小孔隙对应短 T2 值。