2021, Vol. 58
表1(Table 1)
2. 中国科学院大学, 北京 100049;
3. 河南理工大学测绘与国土信息工程学院, 河南焦作 454000
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. School of Surveying and Land Information Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454000, China
我国砂姜黑土面积大约400万hm2，其中三分之二位于重要的粮食产主区黄淮海平原，三分之一分布在胶莱平原、沂沭河平原和南阳盆地等地[1-2]。然而，由于砂姜黑土具有湿涨干缩、僵硬、耕性差等不良物理性状，导致其成为我国面积最大的低产土壤之一[3]。
土壤黑色通常与高有机质含量有关。例如我国东北颜色较深的黑土有机质含量超过50 g·kg–1[3]。砂姜黑土土壤虽呈黑色，但其有机质含量却偏低，一般不超过15 g·kg–1[3-4]；深黑色黑土层的有机质含量一般低于浅黑色表土层[3]。当用双氧水去除砂姜黑土有机质后，黑色消退，土壤呈灰黄色[5]。这说明砂姜黑土土壤黑色与有机质有关，但是除有机质含量外，有机质在土壤内的存在形态也可能是影响土壤颜色的关键因素[6-7]。砂姜黑土土壤有机质形成机制和存在形态可能与其他土壤不同。Singh[7]发现高交换性黏粒矿物能够紧密吸附有机质，形成黑色的黏粒-有机复合体。由于砂姜黑土黏粒含量较高，含有大量微小的黏粒矿物[1，3，8]，有可能形成较多的黑色纳米级有机-无机复合体。如果能将这些黑色物质从土壤中提取且不破坏其化学结构，对于研究黑色物质的组成、揭示砂姜黑土有机质形成机制具有重要意义。
土壤是一个非常复杂且具有高度活性的系统，在不破坏化学结构的前提下从砂姜黑土中提取黑色物质及纳米级有机-无机复合体并不容易。目前提取有机-无机复合体的化学方法很多，但化学提取方法（利用酸、碱或螯合剂等）均破坏了土壤有机-无机复合体的结构[2，9-11]；现有的土壤团聚体和有机质物理分组方法[12-13]仅分离到矿物结合态有机质（MOM，53 μm）部分，土壤有机-无机复合体的分组方法[10]也仅分离到黏粒（2 μm）部分，两者均未进一步分离和提取纳米级（小于1 μm）颗粒组分。Li等[14]和王明辉等[15]做了土壤中无机纳米颗粒提取方法的尝试，但其采用的高能量探针型超声波分散方式破坏了土壤中有机-无机复合体的结构。因此，目前尚无从土壤中提取黑色物质及纳米级有机-无机复合体的有效方法。
本研究基于冻融交替、振荡和渐进式多层次槽型超声波分散等技术手段建立了一种针对砂姜黑土黑色物质及纳米级有机-无机复合体有效提取的物理方法，并分析这些黑色物质的特征及组成，以期为揭示砂姜黑土有机质形成机制提供参考。
1 材料与方法 1.1 供试土壤典型砂姜黑土属于钙积潮湿变性土[1]，其发育剖面一般分为黑土层（0~70 cm）和砂姜层（大于70 cm）。黑土层又可分为浅黑色的耕作层（0~40 cm）和深黑色的埋藏黑土层（40~70 cm）[1，4]。本研究将耕作层命名为表土层，埋藏黑土层命名为黑土层。供试砂姜黑土样品分别采自河南省西平县（113.99°E，33.47°N）、安徽省太和县（115.47°E，33.32°N）和利辛县（116.12°E，33.28°N）的农田土壤表土层（0~40 cm）和黑土层（40~70 cm），三个采样地点自西向东位于中国砂姜黑土面积最大、最典型的黄淮海平原，当地种植制度均为小麦-玉米轮作，一年两熟制。在每个地点，从五个不同位置收集的混合土壤中取三个重复样本，去除植物残渣、根和石块等，根据不同指标测定要求分别做相应的筛分处理。
1.2 土壤中黑色物质的提取方法研究[15]表明冻融交替处理有助于土壤的分散和纳米颗粒的释放。冻融交替间隔时间越长，土壤分散性越好，提取的纳米微粒含量也越高[15]。在自然界寒冷的地方，其冰冻季节周期一般在1个月以上，因此本研究选择冰冻30 d作为冷冻时间。考虑到自然界最冷冰冻温度为–60℃，预实验设置了3种不同的处理温度，分别为0℃、–20℃和–80℃。随着冻融温度的降低，–80℃处理的深黑（DB）、黑（B）组分及总黑色组分（TDF）的提取量显著高于-20℃和0℃处理（P < 0.05）（表 1）。因此，本研究选择–80℃作为冻融温度。综合上述预实验，先将新鲜土壤样品通过2 mm筛，然后将土样置于冰箱（–80℃）中，30 d后取出风干12 h，有待提取土壤黑色物质。
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表 1 不同冻融温度处理土壤中六种组分的提取量 Table 1 Sizes of the six fractions of the Vertisols relative to temperature in the freeze-thaw treatment/(g·kg–1) |
砂姜黑土中的黑色物质非常稳定[16]，参照土壤团聚体和有机质的物理分组方法先将不稳定的轻组分和颗粒态有机质（POM）组分从土壤中分离出来[12，17]。然后，采用渐进式多层次槽型超声波分散和不同离心力沉降从矿物结合态有机质（小于53 μm）中进一步分离和提取不同黑度的组分，依据Stokes定律计算提取不同黑度组分的沉降、离心时间和速度[18]。实验采用如下三种方法提取黑色物质：（1）加入六偏磷酸钠（HMP）溶液分散剂后振荡，然后进行多层次槽型超声波处理（HP）；（2）加入碳酸钠溶液分散剂后振荡，然后进行多层次槽型超声波处理（SC）；（3）仅采用超声波处理（US）。三种方法提取黑色物质的主要流程见图 1。三种方法的实验条件和步骤相同，下面仅以HP方法为例，对提取方法的操作步骤做详细介绍。
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注：HMP：六偏磷酸钠；POM：颗粒态有机质；MOM：矿物结合态有机质。下同。 Note:HMP:Hexametaphosphate; POM:Particulate organic matter; MOM:Mineral associated organic matter. The same below 图 1 土壤中黑色物质提取流程 Fig. 1 Extraction process of black matters in the soils |
取上述20 g风干土样加入250 mL离心杯中，倒入180 mL密度为1.85 g·cm–3的碘化钠重液，缓慢摇动悬浮液20次。然后将其放入真空干燥器（–100 kPa）中30 min。取出静置20 min后，在20℃下离心（1 250×g）60 min。离心后的悬浮物用0.45 μm的滤膜抽滤，即得到轻组分有机质。离心杯底部的重组用200 mL去离子水冲洗6~7次后，加入150 mL HMP（0.5%；w/w）后振荡24 h，然后依次通过250 μm和53 μm筛，进而得到粗POM +砂粒（大于250 μm）、细POM +砂粒（53~250 μm），最后筛出部分为粉粒+黏粒（MOM，小于53 μm）。筛分后的所有组分在50℃下干燥12 h后称重。
由MOM组分进一步提取纳米级组分的过程如下[10，18]：将干燥后的MOM（小于53 μm）组分转移至500 mL高型烧杯中，加入400 mL去离子水。接着用不锈钢金属制的圆形搅拌棒，先将杯底的土壤搅起，然后上下搅拌混合液1 min，搅拌速度为上下各30次，立即记录开始沉降的时间。将混合液在20℃下静置1 h后，将上部悬浮液转移至另一个高型烧杯中。向盛有沉淀的烧杯中加入200 mL去离子水，再次用搅拌棒搅拌混合液1 min后，立即将烧杯放入加有冰水的槽型超声波清洗槽内，保持槽内的冰水面与烧杯中的液面接近，于21.5 kHz和300 mA条件下超声分散30 min，使样品充分分散。超声后的混合液静止10 min后，将上部悬浮液转移合并至高型烧杯中，此烧杯底部沉淀物为白（W）组分。将合并后的悬浮液于前述相同条件下三次超声分散30 min，且每次超声后分别离心（150×g）5 min、（1 250×g）5 min、（3 900×g）30 min，依次得到的底部沉淀物为浅白（LW）、浅黑（LB）和黑（B）组分。最后离心后的悬浮液烘干（50℃），底部沉淀物为深黑（DB）组分。向DB组分中加入300 mL去离子水静置5 min，倒出上清液后烘干，重复该过程3~4次以洗去碘化钠残余物。
1.3 测定项目与方法本研究采用可以定量描述土壤颜色空间的CIE1976颜色系统，该系统用L代表明度，变化于黑（0）和白（100）之间。土壤颜色采用NS-800分光测色仪（三恩驰，深圳；光源：D65；观察者角度：10°）测量。待测样品通过1 mm筛后烘干（50℃），取1~2 g置于白色参考色板上，压实和压平后，随机取三个区域用测色仪测量。然后平均求得土壤明度的参数值，仪器明度值的测量范围为0~100，黑度值=100-明度。
土壤pH采用电位计法测定，土水比为1︰2.5。土壤有机质含量采用TOC仪（固体模块HT1300，Jena，德国；炉温：1 100℃）测定；首先用10%盐酸去除土样中无机碳，烘干后测定有机碳含量，其乘以1.724即为有机质含量。土壤黏粒含量采用吸管法测定。土壤样品蒙皂石矿物含量测定采用X射线衍射仪（Ultima Ⅳ，日本；操作条件：Cu靶，40 kV，40 mA；衍射角：2°~80°；速度：1°/ min）测定；样品Mg2+饱和后，用甘油水溶液处理，制成定向薄膜后进行X衍射分析。
浅白（LW）、浅黑（LB）、黑（B）和深黑（DB）组分的纳米级粒度分布测定参阅文献[19]，采用纳米激光粒度仪（NS90，Malvern，英国）在波长633 nm处测量颗粒的水合半径。将用超声波分散后的样品悬浮液转移至聚苯乙烯样品池中，在90°散射角下进行连续光散射分析，颗粒的相互扩散系数D与颗粒的水合半径Rh有关，通过斯托克斯-爱因斯坦公式（Stokes-Einstein equation）最终可获得粒径大小及其分布。
| $ D = ({{\rm{k}}_{\rm{B}}}{\rm{T}})/(6{\rm{ \mathsf{ π} \mathsf{ η} }}Rh) $ | (1) |
式中，kB为波尔兹曼常数，T为绝对温度，η为溶剂黏度。所有测量均在25℃的恒定温度下进行。
提取组分（LW、LB、B和DB）的颗粒平均直径（MD）计算公式如下：
| ${\rm{MD}} =\sum\nolimits_{i = 1}^n \;\;{\rm{\bar Xi}} \times {\rm{Ni}}$ | (2) |
式中，Xi为每一粒级的平均直径，nm；Ni－为每一粒级的数量比例。
1.4 数据分析使用SPSS 21.0软件进行统计学分析。采用Bonferroni方法进行单因素方差分析，检验指标平均值之间的差异。采用双变量相关分析和皮尔森（Pearson）相关系数来评估不同变量之间的相关性。使用Origin 8软件绘制图形。
2 结果 2.1 砂姜黑土中不同提取组分的黑度在三个地点的砂姜黑土中，黑土层土壤的黑度和有机质含量分别为58.7~64.6和8.4~10.3 g·kg–1，表土层分别为55.9~57.6和13.0~17.4 g·kg–1，同地点黑土层黑度均高于表土层，而其有机质含量却低于表土层（表 2）。六组砂姜黑土的黏粒含量基本上在400 g·kg–1以上，属于高黏粒含量（表 2），但同一地区砂姜黑土黑土层和表土层的黏粒含量无明显差异。采用HP、SC和US三种方法从六组土壤中分别提取出六种不同黑度的组分，其中颗粒态有机质（POM）、白（W）、浅白（LW）为浅色组分，浅黑（LB）、黑（B）和深黑（DB）为黑色组分，各个组分的黑度见表 3。三种方法依次提取的W、LW、LB、B和DB组分黑度均依次增加，不同方法提取的POM、W、B和DB相同组分间的黑度差异不显著，SC和US方法提取的LW、LB组分黑度高于HP方法。就HP方法提取组分而言，表土层中POM组分黑度均显著高于同地点的黑土层（P < 0.05），黑土层中DB、B组分的黑度显著高于同地点的表土层（P < 0.05）。
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表 2 供试土壤理化性质 Table 2 Soil physical and chemical properties of the soil samples |
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表 3 三种方法从原土中提取的不同组分黑度 Table 3 Blackness of the fractions of the three Vertisols relative to treatment method |
表 4显示采用三种方法的砂姜黑土中不同黑度组分的提取量。在六组土壤中，HP、SC和US方法的TDF（LB、B、NB组分之和）的提取量分别为258~488 g·kg–1、175~346 g·kg–1和190~336 g·kg–1，其中HP方法的提取量显著高于SC和US方法（P < 0.05），SC方法的提取量也高于US方法。HP方法中TDF的提取量分别较SC和US方法高34~152 g·kg–1和68~234 g·kg–1，DB组分的提取量分别较SC和US方法高27~9.8 g·kg–1和29~109 g·kg–1，B组分的提取量分别较SC和US方法高50~120 g·kg–1和51~125 g·kg–1。因此，HP方法的TDF、DB和B组分的提取量在三种方法中均是最高的。
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表 4 三种方法从原土中提取的六种组分的提取量 Table 4 Size of each of the six fractions of the soils relative to treatment method /(g·kg–1) |
在三个地点的砂姜黑土中，黑土层黑度均显著高于同地点表土层（P < 0.05）（表 2），在黑土层土壤中采用HP方法的DB、B、LB组分及TDF提取量也均显著高于同地点表土层（表 4，P < 0.05）。因此，HP方法的黑色组分提取量与土壤黑度成正比。相关分析（表 5）显示，六组土壤采用三种方法的DB、B、LB组分及TDF的提取量与原土黑度之间均呈显著正相关，且HP方法的显著性水平（P < 0.01）明显高于SC（P < 0.05）和US（P < 0.05）方法。而POM、W和LW组分与原土黑度均呈负相关。因此，POM、W和LW组分对土壤黑度的影响不显著，DB、B和LB组分是砂姜黑土呈现黑色的主要组分。
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表 5 三种方法不同黑度组分的提取量与原土黑度的相关性（n=18） Table 5 Relationship of size of each of the fractions of the dark group with blackness of the Vertisol relative to treatment method and sampling site (n=18) |
三个地点砂姜黑土通过三种方法提取的表土层POM组分有机质含量均显著高于同地点黑土层（P < 0.05），表土层中HP、SC、US方法提取的POM组分有机质含量依次为23.0~28.7、23.0~28.8和23.0~28.5 g·kg–1，黑土层分别为2.3~3.4、2.2~3.3和2.2~3.4 g·kg–1。三种方法提取的W、LW、LB、B和DB组分黑度依次增加，其有机质含量却呈现先增加后降低趋势。而且随着LB、B和DB组分黑度的增加，其有机质含量却依次降低。在六组砂姜黑土中，三种方法提取的不同黑度组分有机质含量与黑度之间的相关性并不显著（表 6）。
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表 6 三种方法提取的不同组分有机质含量与黑度的相关系数 Table 6 Correlation coefficient of organic matter content with blackness of the soil relative to fraction, sample and treatment method |
六组砂姜黑土四个提取组分（LW、LB、B和DB）的颗粒平均直径见表 7。LW、LB、B和DB组分的平均直径随着黑度的增大而逐渐减小，而且组分间平均直径差异基本达到显著水平（P < 0.05）。
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表 7 HP方法从土壤中提取的不同黑度组分平均直径和 < 100 nm颗粒数量 Table 7 Mean particle size and content of < 100 nm particles in each fraction of the Vertisols treated with HP method |
六组砂姜黑土，提取组分的小于100 nm颗粒数量均随着组分黑度的增加而增加，其含量差异在不同黑度组分间基本达到显著水平，而大于100 nm颗粒数量则随着组分黑度的增加而降低（表 7）。相关分析（表 8）表明，提取组分的小于100 nm颗粒数量与黑度显著正相关，而100~200 nm、200~500 nm和500~2 000 nm颗粒数量则呈负相关。小于100 nm颗粒数量在DB、B组分中占比高达90%以上，其在LB组分的比例大于40%（表 7）。由此可以推断，六组砂姜黑土中的黑色物质主要是由小于100 nm颗粒组成。计算了各组土样中小于100 nm颗粒含量，其与黑度的关系显示于图 2。三个地点深黑色黑土层中小于100 nm颗粒含量为18.4~60.4 g·kg–1，而浅黑色表土层中含量为2.4~15.2 g·kg–1，黑土层中小于100 nm颗粒含量明显高于表土层。六组土样提取组分的小于100 nm颗粒含量与土壤黑度显著正相关（图 2）。小于100 nm颗粒的粒径和密度均非常小，因而在黑色物质提取过程中，黑度越高的组分其颗粒密度和粒径越小，也造成小于100 nm颗粒在砂姜黑土中数量很多而质量比例并不高。但是数量众多的黑色小于100 nm颗粒在土壤中均匀分布使砂姜黑土呈现很黑的颜色。
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表 8 HP方法从土壤中提取的不同组分颗粒数量与黑度之间的相关性 Table 8 Correlation between numbers of particle in each fraction of the soil treated with HP and blackness of the Vertisols |
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注：由于POM、W组分中的颗粒粒径较大，几乎不含小于100 nm颗粒，故采用四个提取组分（LW、LB、B和DB）中小于100 nm颗粒含量占所有六个组分的质量百分比来计算土壤中小于100 nm颗粒含量。 Note:As soil particles in fraction POM and W are fairly large in size and the two fractions contain almost no 0-100 nm particles, the content of particles < 100 nm in size in each fraction was calculated as proportion of the content in each fraction(LW, LB, B and DB)against the total of < 100 nm particles in the soil. 图 2 土壤中小于100 nm颗粒含量与土壤黑度的关系 Fig. 2 Relationship between content of < 100 nm particles in and blackness of the soil |
振荡[11]和超声[10，14，20]是通常用于分散土壤的方法。HP和SC方法的DB、B组分和TDF的提取量显著高于US方法，说明振荡结合超声处理较单独超声更有利于土壤的分散和纳米颗粒的释放，这与相关研究结果一致[15]。添加分散剂也有助于土壤分散和纳米颗粒的释放[12，14-15]，而且碳酸钠[14-15]和六偏磷酸钠[12]被认为是良好的土壤分散剂。HP方法的DB、B组分及TDF的提取量显著高于SC方法，说明在砂姜黑土中六偏磷酸钠较碳酸钠更有利于黑色物质及纳米级有机无机复合体的提取。砂姜黑土是以石灰性母质为主发育的富含碳酸钙的中性偏碱土壤，交换性盐基以钙、镁离子为主 [1]。研究[21]发现碳酸钙有聚结土壤颗粒且使分散中的土壤悬浊液絮凝的作用。六偏磷酸钠和碳酸钠均属于反絮凝剂。六偏磷酸钠可与分散的土壤悬浊液中的钙离子反应形成非解离的钠钙偏磷酸盐阴性复离子，将溶液中的钙离子移去。而且，其偏磷酸根通过在碳酸钙胶体表面形成不可溶解的胶状物质，使碳酸钙保持稳定且不易溶解；同时，该反应还产生了碳酸钠，其碳酸根通过与钠离子置换出的钙离子反应生成碳酸钙，从而去除土壤中的碳酸钙并阻止土壤悬浊液的絮凝。因此，六偏磷酸钠较碳酸钠对石灰性母质的砂姜黑土具有更好的分散效率，这也是添加六偏磷酸钠的HP提取方法优于添加碳酸钠的SC方法的原因。超声波分散是利用超声过程中的强烈振动波形成的短暂高能微环境，达到较大幅度降低土壤颗粒间的絮凝，其并不能消除交换性钙离子等对土壤颗粒间的絮凝作用。因此，在砂姜黑土中添加分散剂振荡结合超声分散的HP和SC方法提取黑色物质的效率优于仅超声波分散的US方法。
就土壤纳米颗粒提取而言，现有方法[14-15]仅提取了无机纳米颗粒。但是单纯的无机胶体或有机胶体与土壤实际肥力状况有很大的差异，只有将有机-无机复合体作为一个整体来研究才能真实地理解和阐明土壤肥力特征[10]。槽型[10]和探针式[14]是两种典型的超声波分散方式，槽型超声波输出能量低，不会破坏土壤有机-无机复合体的结构，而探针式超声波输出能量高，会破坏有机-无机复合体的结构。本研究采用21.5 kHz和300 mA的槽型超声波分散30 min是已经广泛认可的分散和提取土壤胶体的方式和条件[10]。而且本研究采用低能量多层次循环超声的方式，防止破坏土壤有机-无机复合体的结构。综上所述，本研究选择添加分散剂振荡结合多层次槽型超声处理作为提取土壤中黑色物质及纳米级有机-无机复合体的方法。
三种方法POM和W组分的提取量、黑度及有机质含量差异不显著，SC和US方法提取的LB、LW组分黑度稍高于HP方法相应组分的黑度，三种方法提取的B和DB组分的黑度及有机质含量差异不显著，仅提取量有差异。因此，本研究将黑色组分提取量高低及其与土壤黑度相关性大小作为评判三种方法优劣的标准。由于HP方法的B、DB组分及TDF较SC和US方法的提取量更高，且HP方法提取的三种黑色组分与土壤黑度相关性更高。因此，HP方法是更优的提取方法。在六组土样中，HP方法的DB、B、LB组分及TDF的提取量均与土壤黑度显著正相关（P < 0.01，表 5），这也证明HP方法是一个从砂姜黑土中提取黑色物质可靠和有效的方法。
3.2 砂姜黑土中黑色物质的组成及特征由于表土层较黑土层受农业种植活动的影响大。因此，砂姜黑土表土层中受农业活动影响较大的颗粒态有机质（POM）含量显著高于黑土层[22-23]。砂姜黑土呈现黑色虽然与有机质有关[5]，但是较高黑度的黑土层有机质含量却低于同地点较低黑度的表土层。而且采用三种方法从砂姜黑土中提取组分的有机质含量与土壤黑度的相关性均不显著（表 6）。土壤的颜色与土壤的光谱反射特性密切相关。如果土壤完全吸收或吸收了大部分可见光波，则该土壤呈现黑色。而且其吸收率与土壤黑度显著正相关。土壤有机质是影响土壤光谱反射率的主要因素之一，其在土壤显色的贡献中占据很大比例[24]。但土壤有机质含量不同，其对土壤颜色及反射光谱的作用大小也不同。研究[25]发现在有机质含量大于20 g·kg–1的土壤中，有机质能够掩盖其他因素而对土壤显色及可见光波的吸收发挥主要作用，这也是一些高有机质含量土壤呈现黑色的重要原因。但是，在有机质含量小于20 g·kg–1的土壤中，有机质掩盖其他因素（如黏土矿物等）的作用减弱，其他因素对土壤显色及可见光波吸收的影响增大。并且有机质含量越低，其他因素对土壤显色的影响越大。因此，对于有机质含量一般低于20 g·kg–1的砂姜黑土，黏土矿物等其他因素对土壤显色有更显著影响，这也是砂姜黑土有机质含量与土壤黑度相关性不显著的重要原因。
提取组分的小于100 nm颗粒数量与土壤黑度显著正相关，且其数量占黑色组分总颗粒的50%以上，其在DB和B组分的比例超过90%（表 7）。因此，小于100 nm颗粒应该是砂姜黑土中黑色物质的主要成分。土壤中矿物质占土壤固态总质量的90%以上，在砂姜黑土中黏粒矿物又占主体，土壤中单独存在的黏粒矿物颗粒很少，实际上主要是以有机-无机复合体形态存在[3]。研究[7]显示，蒙皂石能够紧密吸附有机质形成很黑的有机-无机复合体，伊利石次之，而高岭石并不呈现黑色。例如，红壤中虽然黏粒矿物含量较高，但其以高岭石为主体，高岭石吸附有机质形成的复合体并不呈现黑色，该土壤中红色针铁矿含量较高，这也是高有机质含量的红壤呈现红色的一个重要原因。由此可见，与其他黏土矿物形成的复合体相比，蒙皂石吸附有机质形成的有机-无机复合体具有更强的黑色效应。
本研究中砂姜黑土黏粒含量很高（> 400 g·kg–1），土壤黏粒矿物以蒙皂石为主[1，4]，其占黏粒矿物总量的60%以上（表 2）。砂姜黑土中蒙皂石含量与土壤黑度成正比，蒙皂石矿物是极其微小的纳米级颗粒[8]，土壤黑色又与有机质有关。因此，本研究推断小于100 nm颗粒主要是由蒙皂石吸附有机质形成的黑色有机-无机复合体组成，这些黑色的纳米有机-无机复合体应该是砂姜黑土呈现黑色的主导成分。由于蒙皂石吸附有机质形成的复合体具有很强的黑色效应，导致高蒙皂石含量的砂姜黑土虽然有机质含量不高，但其颜色却比较黑。
4 结论采用的三种提取方法中，HP方法是从砂姜黑土中提取黑色物质的最佳方法。HP方法的主要步骤包括冷冻（–80℃）30 d、添加HMP（六偏磷酸钠）溶液分散剂振荡结合多层次槽型超声分散及离心。分离出的六种组分包括浅色组分（POM、W和LW）和黑色组分（LB、B和DB）。三个黑色组分与土壤黑度显著正相关，是砂姜黑土呈现黑色的主要组分。砂姜黑土中黑色物质主要是由蒙皂石吸附有机质形成的纳米有机-无机复合体组成，数量众多的黑色纳米有机-无机复合体在土壤中均匀分布使砂姜黑土呈现较黑的颜色。
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