Abstract Soil Organic Matter (SOM) is essential for soil stability, fertility and crop productivity. Recent findings showed that SOM supramolecular structure is strongly influenced by cultivation and land management. In this study, we investigated the molecular dynamics of organic matter in soils from three long-term field-experiments which were subjected for 20 consecutive years to the following crop managements: i) non cultivated (Control); ii) maize mono-culture; and iii) maize-leguminous (Vicia Faba) rotation. Off-line pyrolysis TMAH-GC-MS (thermochemolysis) and solid-state 13C NMR spectroscopy were applied for the direct molecular characterization of OM components in both the bulk soils and their humic extracts. While 20 consecutive years of Maize mono-cultivation led to alteration of the SOM hydrophobic composition, with a decrease in alkyl and aliphatic compounds (e.g. 47.4% reduction in fatty acids), and an increase in hydrophilic labile components (42.2%), the crop-rotated soils showed a partial preservation of the pristine SOM composition by maintaining the content of hydrophobic and lipid constituents (only 1.8% reduction). Our results suggest that different cropping systems change the SOM molecular dynamics and stability in long-term field experiments by primarily altering the hydrophobic components of SOM. In particular, Maize mono-cultivation leads to a progressive degradation of SOM quality. Yet, the introduction of a leguminous species in crop rotation with Maize maybe an advantageous strategy to preserve SOM quality while reducing SOC losses.

中文翻译：

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不同耕作制度下长期田间试验土壤有机质及其可提取腐殖质的分子特征

摘要 土壤有机质 (SOM) 对土壤稳定性、肥力和作物生产力至关重要。最近的研究结果表明，SOM 的超分子结构受耕作和土地管理的强烈影响。在这项研究中，我们通过连续 20 年接受以下作物管理的三个长期田间试验研究了土壤中有机质的分子动力学：i) 非栽培（对照）；ii) 玉米单一栽培；iii) 玉米-豆科（蚕豆）轮作。离线热解 TMAH-GC-MS（热化学分解）和固态 13C NMR 光谱用于直接分子表征大块土壤及其腐殖质提取物中的 OM 组分。虽然连续 20 年的玉米单一栽培导致 SOM 疏水组成发生改变，随着烷基和脂肪族化合物的减少（例如脂肪酸减少 47.4%）和亲水性不稳定组分的增加（42.2%），作物轮作的土壤通过保持疏水性的含量显示出原始 SOM 组成的部分保存和脂质成分（仅减少 1.8%）。我们的结果表明，不同的种植系统主要通过改变 SOM 的疏水成分来改变长期田间实验中 SOM 的分子动力学和稳定性。特别是，玉米单一栽培导致 SOM 质量逐渐下降。然而，在玉米轮作中引入豆科植物可能是保持 SOM 质量同时减少 SOC 损失的有利策略。和亲水性不稳定成分的增加 (42.2%)，作物轮作的土壤通过保持疏水和脂质成分的含量（仅减少 1.8%）显示出原始 SOM 成分的部分保存。我们的结果表明，不同的种植系统主要通过改变 SOM 的疏水成分来改变长期田间实验中 SOM 的分子动力学和稳定性。特别是，玉米单一栽培导致 SOM 质量逐渐下降。然而，在玉米轮作中引入豆科植物可能是保持 SOM 质量同时减少 SOC 损失的有利策略。和亲水性不稳定成分的增加 (42.2%)，作物轮作的土壤通过保持疏水和脂质成分的含量（仅减少 1.8%）显示出原始 SOM 成分的部分保存。我们的结果表明，不同的种植系统主要通过改变 SOM 的疏水成分来改变长期田间实验中 SOM 的分子动力学和稳定性。特别是，玉米单一栽培导致 SOM 质量逐渐下降。然而，在玉米轮作中引入豆科植物可能是保持 SOM 质量同时减少 SOC 损失的有利策略。我们的结果表明，不同的种植系统主要通过改变 SOM 的疏水成分来改变长期田间实验中 SOM 的分子动力学和稳定性。特别是，玉米单一栽培导致 SOM 质量逐渐下降。然而，在玉米轮作中引入豆科植物可能是保持 SOM 质量同时减少 SOC 损失的有利策略。我们的结果表明，不同的种植系统主要通过改变 SOM 的疏水成分来改变长期田间实验中 SOM 的分子动力学和稳定性。特别是，玉米单一栽培导致 SOM 质量逐渐下降。然而，在玉米轮作中引入豆科植物可能是保持 SOM 质量同时减少 SOC 损失的有利策略。