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可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)是土壤有机碳库中极其活跃的组分,尽管含量不到土壤有机碳的1%,但其移动性强、周转快,参与一系列土壤生物、物理、化学相关的生态过程。土壤DOC组成结构多样化,而这些不同组成结构化合物参与的生态过程存在较大差异,因此,研究土壤DOC组成结构及其微生物、物理化学过程对于指导农田土壤管理、完善农田生态系统碳循环理论具有重要意义。 本研究主要以DOC为研究对象,开展了不同提取方法DOC性质差异、旱地和水田土壤DOC组成结构特征、不同溶解性碳组分在旱地和水田土壤中的去向及周转以及不同有机酸在土壤主要黏土矿物中的吸附解吸等研究。主要结果如下: 1、在DOC提取过程中,盐类浸提剂的提取能力强于水,DOC含量和化学组成差异显著。K25O4浸提的DOC含量显著高于H2O,提高幅度达0.83-11.2倍。与H2O相比,K2SO4明显提高疏水性化合物相对比例,其中H2O浸提液疏水性化合物比例为2.6%-63.5%、K25O4浸提液该比例为9.7%-89.7%,这说明K2SO4浸提的DOC化学组成比H2O更为复杂。不同孔径大小材料过滤的DOC含量差异显著,以滤纸(2.5um)过滤的DOC含量显著高于滤膜(0.45um),提高幅度达0.10-0.75倍,但化学组成差异不显著。 2、与H2O-FM(以水为浸提剂、滤膜为过滤材料)相比,K2SO4-FP(以硫酸钾为浸提剂、滤纸为过滤材料)提取的DOC含量更高、组成更复杂。与H2O-FM相比,K2SO4-FP提取的DOC含量提高2.20-12.4倍(P<0.05)。K2SO4-FP比H2O-FM提取更高比例的疏水性化合物,同时亲水性化合物及芳香化合物比例减少(P<0.05)。 3、休闲期土壤亲、疏水性DOC含量以水田(10.2、33.4mg kg-1)显著高于旱地土壤(4.15、12.8mg kg-1),耕作期无显著性差异。与休闲期相比,耕作期水田土壤亲、疏水性DOC含量均显著降低,而旱地土壤亲、疏水性组分DOC含量在两个时期间保持相对稳定。休闲期旱地和水田土壤DOC中有机酸相对比例分别为31.9%、35.6%,耕作期显著降至17.9%、20.0%(P<0.05)。脂类相对比例趋势与有机酸相反,旱地和水田土壤DOC中脂类相对比例在休闲期分别为55.0%、49.5%,耕作期显著增至70.1%、62.9%(P<0.05)。Adonis分析表明,土壤类型和时期显著影响亲、疏水性DOC含量(P<0.05);时期和地貌影响DOC化学组成(P<0.05)。Randomforest分析表明,有机酸和脂类参与微生物代谢过程,受时期影响明显(P<0.05);芳香化合物作为DOC稳定性组分,受地貌类型影响较大(P<0.05)。 4、不同溶解性碳组分(SH:水溶性碳组分;JW:有机溶解性碳组分;CZ:不溶性碳组分)的矿化及激发效应随土壤类型、培养时间变化而改变。培养初期,旱地土壤各处理碳组分矿化表现为SH>JW>CZ,水田土壤各处理碳组分矿化差异较小;培养后期,早地和水田土壤不同溶解性碳组分累积矿化均无显著差异。整个培养期间(40d),旱地土壤各处理累积激发效应为SH>JW>CZ,分别为89.0、78.5、49.6mg kg-1。水田土壤各处理激发效应后期强于前期,持续性长,培养末期各处理激发效应以CZ>JW>SH,分别为74.5、53.6、43.2mg kg-1。 5、不同培养时期,旱地和水田土壤微生物对不同溶解性碳组分的利用以SH处理显著高于JW和CZ处理;微生物对JW和CZ处理碳的利用随培养时期而变化,培养前期(2d)微生物对JW处理碳的利用高于CZ处理,而在培养末期(40d)以CZ处理显著高于JW处理(P<0.05)。 6、CZ处理显著促进旱地土壤氨基糖碳的累积,达404.9mg kg-1,而SH处理则有利于促进水田土壤该组分碳含量,达508.8mg kg-1。各外源碳处理并未显著提高旱地土壤真菌来源的氨基葡萄糖碳,但明显提高胞壁酸碳含量,其中以CZ处理最为明显;并导致真菌来源的氨基葡萄糖与胞壁酸的比值不同程度下降,SH、JW、CZ处理该比值分别为16.0、15.2、14.7。旱地和水田土壤均以水溶解性碳组分更易转化为氨基糖碳组分,分别占0.54%、0.28%。在旱地土壤中,难溶性碳组分更易被真菌利用转化,水溶性碳组分更易被细菌转化为氨基糖碳组分。而在水田土壤中,水溶性碳组分更易被真菌和细菌转为氨基糖碳组分。 7、土壤黏土矿物对有机酸的碳吸附量受黏土矿物类型、有机酸种类共同影响,有机酸总体上以苹果酸的碳固持量最高,其次为草酸、柠檬酸。乙酸和丙三酸在黏土矿物中的碳固持量相对较少。土壤黏土矿物以针铁矿对有机酸的碳固持量最高。有机碳浓度较高时,有机酸在黏土矿物中的碳固持量以蒙脱石高于高岭石。三种黏土矿物的方程模拟中,高岭石和针铁矿以IM isotherm方程较好,蒙脱石以Freundlich方程模拟效果较好。