不同土地利用方式下下土壤溶解性有机质的组成及光谱特征差异

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溶解性有机质(DOM)作为土壤中非常重要和活跃的化学组分,对土壤许多重要反应过程起着关键作用。土地利用方式的不同意味着管理模式、植被类型和土壤条件等存在差异,会对土壤DOM的含量、组成、结构特性等造成影响。本论文采集了我国7个省份3种土地利用方式(旱地、林地及水田)下的土壤样品,纯水提取土壤DOM后通过批式分离技术对其进行组分分离,采用紫外-可见吸收光谱法和三维荧光光谱法对DOM的光学性质进行表征,利用平行因子分析法对其三维荧光光谱数据进行解析以获得DOM荧光组分及其含量分布信息,并利用高效排阻色谱法获取土壤DOM及其批式分离组分的分子量分布情况,对比各技术手段的分析结果,揭示不同土地利用方式下土壤DOM的含量、组成、光谱特征的差异及其可能原因;同时评价DOM常用表征技术的准确性及应用价值。主要得出结论如下:(1)旱地、林地和水田土壤DOC含量分别为10.43±0.85、10.65±0.73、13.34±1.58 mg C·L-1,差异不显著。土壤DOC含量与有机质含量呈极显著正相关关系,表明DOM的产生主要取决于土壤有机质含量。此外,亚热带气候区域(广东、广西)土壤DOC含量普遍高于其他地方,尤其是在农田土壤中这种现象更为明显,可能是因为亚热带季风气候区全年高温多雨,土壤微生物活动强烈,促进DOM的产生。(2)光谱表征结果显示不同土地利用方式下土壤DOM光谱特征存在明显差异。平行因子分析揭示了土壤DOM主要存在3个荧光组分,分别为长波类腐殖质组分C1、类腐殖质组分C2及类蛋白质组分C3。水田相较于旱地及林地利用方式,其土壤DOM疏水组分所占比例低(低SUVA260),含有较多的类蛋白质组分(C3),芳香程度(低SUVA254)与腐殖化程度(低HIX)较低,微生物源特征明显(高FI与BIX)。此外,随着纬度的增加,DOM的芳香性及腐殖化程度呈增加趋势,微生物源特征减弱。总体上看,亚热带季风气候区域(贵州、广东、广西)的土壤DOM具有较低的腐殖化程度,自生源特征明显,表明这些地区土壤微生物活动强,DOM主要为微生物源。(3)快速批式分离技术结果显示土壤DOM主要由Hy(69.7±1.5%)和FA(25.4±1.2%)组成。因此,供试样品中FA为DOM主要的活性组分。旱地(28.6±2.0%)与林地(24.1±2.6%)土壤DOM的FA%要高于水田(23.4±1.6%),但差异性不明显。低纬度地区(贵州、广东、广西)农田土壤DOM中FA组分比例要普遍高于其他地区。另外,水田土壤DOM含有更多的亲水性小分子有机酸组分Hy(72.7±2.0%),其次为林地(69.8±3.4%)、旱地(66.6±2.5%),但差异性不明显。(4)高效排阻色谱结果显示水田土壤DOM的重均分子量Mw(2913±79 Da)显著低于旱地(3177±87 Da)与林地土壤(3246±112 Da)。数均分子量Mn与Mw变化趋势一致,水田土壤DOM的Mn(2027±67 Da)显著低于旱地(2372±84 Da)与林地土壤(2328±80 Da),因此,水田土壤DOM通常分子量较旱地及林地小。整体上,土壤DOM的分子量随着纬度的减小而呈现减小的趋势,这与光谱参数结果一致,而纬度主要与气候分布有关,表明气候可能对土壤DOM的产生及性质具有重要影响。(5)紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱作为土壤DOM的常用光谱表征技术,其结果与高效排阻色谱获取的DOM分子量信息能很好的联系起来,而批式分离技术获取的DOM组分信息与光谱、色谱表征结果相关性不强,且平行因子分析及高效排阻色谱结果显示,其定义的Hy组分中仍含有一定量的大分子物质,分子量与FA相似,可能为FA。因此,批式分离技术在土壤DOM表征应用方面有待进一步优化。
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