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土地利用变化以及全球气候变化可以增加根系分泌物,提高深层土壤固碳潜力。根系分泌物投入增加可能激发土壤有机质(SOM)分解,但关于表层和深层土壤中激发效应的差异及其影响因素的研究很少。本文应用了先进的固体核磁共振技术,同时结合了同位素示踪技术以及室内培养实验。本文的研究内容有：1)测定添加葡萄糖对底层土壤产生的激发效应及土壤有机质化学结构变化；2)区分葡萄糖添加后SOM的分解与形成,明确土壤剖面激发效应差异的控制机制；3)研究土壤类型及其开垦年限对土壤剖面SOM分子结构及土壤有机质腐殖化过程的影响。通过以上研究来揭示土壤剖面SOM周转及其控制机制的分子证据,这将对明确土壤新老碳周转和全球碳循环具有重要的意义。主要研究结果如下：第一,添加13C标记葡萄糖(13C.G0.4)于黑土深层土壤(1.00.1.20 m)中诱导产生了正激发效应,并促进了原有SOM的分解；其中48%的葡萄糖完全矿化,而52%的葡萄糖转化为SOM,增加了SOM含量。从13 C CP/TOSS图谱可以看出,SOM中易分解和难分解的有机化合物在培养的过程中均发生了变化,但是G0与13C.Go.4处理变化不同。在培养过程中,G0处理下亚甲基相对比例没有变化,而13C.Go.4处理下亚甲基相对比例先降低后又增加,说明添加葡萄糖后土壤微生物群落的变化。培养后G0处理非极性烷基C和酮/醛相对比例增加,但是芳香C-C和带质子的烷氧基相对比例降低；13C.G0.4处理烷基N和带质子的烷氧基相对比例增加,但是芳香C-O和酮/醛相对比例降低。结果表明了添加葡萄糖很可能激发芳香C-O的分解并抑制酮/醛的形成。第二,由于13 C NMR技术只能检测13C核,而不能检测12C核,本实验为了更好地将葡萄糖和原有SOM信号分开,同时选用了13C富标和贫标(12C)的葡萄糖,并采用13 C multiCP技术研究培养后SOM分子结构的变化。添加13C富标和贫标(12C)的葡萄糖在0,0.05,0.5和2.0 gC kg-1土浓度下(Go,13C/12C-G0.05,13C/12C-G0.5,13C/12C-G2)于黑土土壤剖面A、B、C层土壤中诱导产生了正激发效应,并随着葡萄糖添加浓度的增加而增加。我们首次观察到添加葡萄糖于土壤剖面导致了原有SOM芳香C(A和B层)、亚甲基和羧基/酰胺基的损失(A层)。表层和深层SOM分解的激发效应差异主要受到底物利用效率,SOM可近性以及SOM惰性的影响。第三,典型黑土和黑钙土主导官能团的不同以及土壤剖面中表层(烷基N/甲氧基、烷氧基)和表层以下(芳香C)高比例官能团的差异,说明了土壤类型及深度相互作用于土壤有机质化学结构。随土壤深度增加,亚甲基、芳香C-C相对比例增加而烷基N、带质子烷氧基C、芳香C-H相对比例降低；随开垦时间延长,亚甲基相对比例在黑土所有土层降低,而在黑钙土深层增加；说明了土壤类型,深度和开垦时间相互作用于SOM某特定官能团。主成分结果表明土壤表层SOM由于新鲜有机物不断输入而多含氢,而深层SOM则体现为脱氢；农作时间显著影响了深层土壤SOM结构组成；土壤类型影响了深层SOM的腐殖化过程即典型黑土淋溶黑碳的氧化过程和黑钙土的脱氢氧化过程。本研究利用根系分泌物模拟物,首次研究发现激发效应过程SOM分子结构的变化,区分了新形成的SOM和原有SOM的分解,揭示了土壤微生物底物利用效率、SOM可近性和SOM惰性是不同层次SOM周转差异的主要控制机制,明确了随着黑土开垦时间延长,表层SOM变化较小,亚表层SOM分子结构氧化程度加强,且受输入有机物减少的影响,确定了增加底层根系分泌物数量可以提高土壤固碳效率。在今后的研究中我们需要模拟多种根系分泌物,为揭示根系分泌物输入对剖面有机质周转及其控制因素提供更多的科学依据。