有機(jī)物料添加后濱海鹽漬土壤溶解性有機(jī)碳變化及其紫外-可見光譜特征

范之馨，張煥朝，陳 捷，王艮梅*

有機(jī)物料添加后濱海鹽漬土壤溶解性有機(jī)碳變化及其紫外-可見光譜特征

范之馨1,2，張煥朝1,2，陳 捷1,2，王艮梅1,2*

(1. 南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210037；2. 南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，南京 210037)

利用紫外-可見光譜技術(shù)研究不同鹽分水平（低鹽、高鹽）土壤中添加不同有機(jī)物料后土壤DOC的紫外-可見光（UV-Vis）光譜特征變化，探究鹽漬土壤碳庫的穩(wěn)定性。結(jié)果顯示，添加有機(jī)物料能顯著增加DOC含量，與生物炭和有機(jī)肥相比，秸稈處理后的土壤DOC含量更高。在200～800 nm波長范圍內(nèi)，兩種鹽分土壤DOC溶液的吸光值隨著波長增加均呈降低趨勢，在230～280 nm內(nèi)出現(xiàn)吸收平臺。低鹽土壤，DOC含量和紫外-可見光譜特征區(qū)域面積積分比值均對應(yīng)地高于高鹽土壤的值，而A250/A365及A240/A420比值則低于高鹽。相關(guān)性分析表明，土壤DOC含量與254 nm處吸光值呈顯著線性相關(guān)（2>0.9，<0.05），用于表征DOC特征的紫外光譜特征參數(shù)之間的相關(guān)性在高鹽、低鹽土壤上并不完全一致。由此說明，有機(jī)物料處理后，低鹽土壤的DOC腐殖化程度、芳香性、相對分子量和團(tuán)聚化程度都對應(yīng)的比高鹽土壤的更高。在高鹽土壤上，添加不同物料的土壤DOC各項(xiàng)紫外特征參數(shù)之間無顯著差異；在低鹽土壤上，秸稈處理后土壤DOC的芳香性及疏水性與其他處理有顯著差異。DOC結(jié)構(gòu)復(fù)雜且受環(huán)境影響較大，需要結(jié)合多種參數(shù)判斷其結(jié)構(gòu)特征。

有機(jī)物料；鹽漬土；溶解性有機(jī)碳；性質(zhì)；紫外-可見光譜

土壤溶解性有機(jī)碳（dissolved organic carbon，DOC）是指可以通過0.45 μm微孔濾膜并能溶于水的有機(jī)碳總稱[1]。作為土壤總有機(jī)碳（total organic carbon，TOC）的一部分，能快速感應(yīng)有機(jī)碳庫的變化，可直接影響著C、N、P、S等營養(yǎng)物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中的功效和流動(dòng)，可以作為評價(jià)土壤質(zhì)量的指標(biāo)之一，在全球碳循環(huán)中發(fā)揮著巨大的作用，對全球氣候變暖也有著深遠(yuǎn)的影響[2-3]。濱海鹽漬土壤在我國分布廣泛，具有土壤鹽分含量高、結(jié)構(gòu)差和土壤有機(jī)質(zhì)含量低等特點(diǎn)，是我國重要的潛在土壤資源，也是不可忽視的碳匯[4]，添加外源有機(jī)物料是改良濱海鹽漬土常用的農(nóng)藝措施，不僅可以改良鹽漬土，同時(shí)也是增加鹽漬土壤碳匯最直接有效方法之一[5]，其中秸稈、有機(jī)肥和生物炭應(yīng)用最為廣泛[6-7]。眾多研究表明，外源有機(jī)物質(zhì)的添加對土壤DOC的特征具有明顯的影響[8-10]，外源有機(jī)物料的加入使土壤環(huán)境因子發(fā)生變化，進(jìn)而改變土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化及DOC的性質(zhì)[10]，土壤DOC微小的變化便會引起土壤有機(jī)碳庫的巨大變化，從而影響土壤碳庫的穩(wěn)定性[11]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，秸稈、有機(jī)肥和生物炭作為外源有機(jī)物質(zhì)施入土壤均可以改變土壤DOC含量及其組分[12-14]。那么，濱海鹽漬土中添加有機(jī)物料后土壤DOC的特征變化是否與前期研究結(jié)果一致？土壤的鹽分是否會對DOC特征變化產(chǎn)生影響？

目前，紫外-可見光（UV-Visible）光譜技術(shù)被廣泛應(yīng)用于表征DOC的組分，對DOC的來源與宏觀結(jié)構(gòu)具有一定的指示作用[15]。常用的光譜學(xué)參數(shù)指標(biāo)涉及較多，如SUVA254、SUVA260、A250/A365、A240/A420、SR等[15-16]，在DOC的特征研究方面都發(fā)揮了重要作用。就現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道顯示，利用紫外-可見光譜學(xué)技術(shù)對DOC特征的研究涉及范圍有：水體環(huán)境[17]、農(nóng)業(yè)土壤[18]和森林土壤[19]等，且大多研究僅僅是停留在調(diào)查層面，而對于濱海鹽漬土中土壤DOC的性質(zhì)研究，尤其是鹽漬土添加有機(jī)物料添加后土壤DOC的變化在國內(nèi)外尚不多見。而這些研究恰恰對于深入探究濱海鹽漬土壤碳庫的穩(wěn)定性及其合理利用具有重要意義。

因此，本研究利用紫外-可見光譜學(xué)技術(shù)手段，研究不同鹽分濃度的濱海鹽漬土添加不同有機(jī)物料6個(gè)月后，土壤DOC的性質(zhì)變化，以期為濱海鹽漬土壤碳庫穩(wěn)定性的深入研究及濱海鹽漬土的改良提供理論依據(jù)，對濱海鹽漬土在減緩溫室效應(yīng)及發(fā)揮其碳匯作用具有現(xiàn)實(shí)和科學(xué)意義。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

本研究試驗(yàn)地為江蘇省沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所下屬的沿海農(nóng)業(yè)科技示范園（33°0′～33°01′N， 120°48′～120°49′E），臨近大豐麋鹿國家級自然保護(hù)區(qū)，瀕臨黃海，該地區(qū)是典型的淤積平原，位于北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，寒暑顯著，日照充足，雨水充沛，多年平均氣溫14.1℃，無霜期220 d，日照2 169.6 h，平均降水量1 051.0 mm。土壤質(zhì)地為海相沉積物發(fā)育而成的砂質(zhì)壤土。

1.2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 試驗(yàn)材料 供試有機(jī)物料為秸稈、生物炭、有機(jī)肥。供試秸稈為小麥秸稈，為當(dāng)?shù)匦←準(zhǔn)斋@后的新鮮秸稈地上部分，切碎至2～5 cm；生物炭為小麥秸稈在400 ℃下炭化而成，購自湖北金日生態(tài)能源股份有限公司；有機(jī)肥為牛糞商品有機(jī)肥，購自東臺田娘農(nóng)業(yè)生態(tài)有機(jī)肥有限公司。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)分別選取鹽分濃度不同的兩塊樣地，每一樣地的面積約1 000 m2，其中樣地一的鹽分濃度為5.57 g·kg-1（高鹽土壤），其pH為8.10，有機(jī)質(zhì)含量為12.11 g·kg-1土壤未被利用過；樣地二的鹽分濃度為1.95 g·kg-1（低鹽土壤），其pH為8.56，有機(jī)質(zhì)含量16.03 g·kg-1，本試驗(yàn)開始前已種植田菁3年。2019年7月上旬在預(yù)先選取的兩塊樣地上布置野外試驗(yàn)。試驗(yàn)共設(shè)計(jì)3種不同有機(jī)物料的處理，分別為添加秸稈（S）、生物炭（B）和有機(jī)肥（C），同時(shí)設(shè)計(jì)對照處理（CK），每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共計(jì)24個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為 4 m×8 m，各小區(qū)之間設(shè)置4 m寬的保護(hù)行及50 cm深的地溝。有機(jī)物料添加量為3×104kg·hm2，相當(dāng)于每處理小區(qū)添加96 kg物料（按耕層土重1.3%添加）。

1.3 分析項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤TOC的測定 采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定土壤TOC含量[20]。

1.3.2 土壤DOC的提取及含量測定 稱取過2 mm篩的鮮土（折算為10 g干土）于100 mL離心管中，按照5∶1的水土比加入去離子水，在25 ℃條件下連續(xù)振蕩4 h，8 000 r·min-1的高速離心機(jī)上低溫離心10 min，上清液過0.45 μm微孔濾膜[21]，濾液于4 ℃冰箱保存待測（保存時(shí)間一周之內(nèi)）。DOC采用TOC儀（TOC-L，shimadzu）測定。

1.3.3 紫外-可見光譜分析 采用紫外-可見分光光度計(jì)（SP-2100UV，spectrum）測定濾液的吸光值，以超純水為空白，用光程10 mm的石英比色皿在波長為200～800 nm范圍內(nèi)掃描，波段間隔為1 nm。計(jì)算特征波長吸收值、特征波段斜率和特征波段的積分面積，其中選取特征波長254、260 nm的單位吸光度值SUVA254、 SUVA260及特征波段光譜斜率比值SR具體計(jì)算公式（1）—（4）如下：

式中，a()是在nm下測量吸收系數(shù)（nm·m-1），A()為波長λ處吸光度，是光程的路徑（m），DOC為溶解性有機(jī)碳含量（mg·kg-1），SUVAλ表示單位DOC濃度在波長λ nm處的吸收系數(shù)（L·mg-1·m-1）。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

土壤DOC、紫外特征參數(shù)指標(biāo)等數(shù)據(jù)均采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)、單因素方差分析（ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）方法下進(jìn)行不同處理之間的多重比較，分析不同有機(jī)物料處理在<0.05和<0.01水平下的差異顯著性，用Pearson分析檢驗(yàn)各項(xiàng)紫外特征參數(shù)與DOC的相關(guān)性。采用origin 2018作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機(jī)物料添加對土壤DOC含量的影響

3種有機(jī)物料添加后土壤DOC含量的變化結(jié)果見圖1。從圖中可以看出，總體而言，有機(jī)物料添加均顯著增加了土壤DOC的含量，2種鹽分土壤上均表現(xiàn)為秸稈（S）處理的土壤DOC含量最高。在低鹽土壤上，有機(jī)物料添加后土壤DOC含量介于112.73～349.31 mg·kg-1，其中秸稈（S）和生物炭（B）處理的土壤DOC含量分別為349.31 mg·kg-1和237.91 mg·kg-1，顯著高于對照處理（CK）（<0.05），比對照處理分別高236.58 mg·kg-1和81.36 mg·kg-1。在高鹽土壤上，有機(jī)物料添加后土壤DOC含量介于67.01～211.17 mg·kg-1，其中秸稈（S）和有機(jī)肥（C）處理的土壤DOC含量分別為211.17 mg·kg-1和159.80 mg·kg-1，顯著高于對照處理（<0.05），比對照處理（CK）分別高144.16 mg·kg-1和92.79 mg·kg-1。

圖中不同小寫字母表示不同處理間的差異顯著性，不同大寫字母表示不同鹽分間的差異顯著性（P＜0.05）。下同。

Figure 1 Values of soil DOC

圖2 DOC/TOC比值

Figure 2 The ratio of DOC/TOC

獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)結(jié)果表明，除添加有機(jī)肥（C）處理的土壤外，秸稈（S）、生物炭（B）處理的兩種鹽分土壤的DOC均存在顯著差異，低鹽土壤顯著高于高鹽土壤（<0.05）；對于添加同種物料的土壤DOC增量而言，也表現(xiàn)為低鹽土壤顯著高于高鹽土壤（<0.05）。為了探究外源有機(jī)物料添加后對土壤DOC占比是否會存在影響，本研究對各處理土壤的DOC/TOC比值進(jìn)行了比較，結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，除了高鹽土壤添加生物炭（B）的處理及低鹽土壤添加有機(jī)肥（C）的處理外，兩種鹽分濃度的土壤上有機(jī)物料的添加均顯著增加了DOC在有機(jī)碳中的占比（<0.05），這說明，外源有機(jī)物料添加后的短時(shí)期內(nèi)土壤有機(jī)碳的活性組分增加。低鹽土壤上，有機(jī)物料添加后土壤DOC/TOC比值介于1.04%～2.89%，高鹽土壤上，DOC/TOC比值介于0.72%～1.99%，此外，從圖2還發(fā)現(xiàn)，DOC/TOC比值與土壤DOC含量變化規(guī)律一致，這與胡玉福等人研究結(jié)果一致[22]。

玉溪市農(nóng)業(yè)科學(xué)院針對近幾年當(dāng)?shù)仄贩N品質(zhì)退化、產(chǎn)量不高及抗性較差等實(shí)際問題，借助云南省創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目和云南省油菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系玉溪綜合試驗(yàn)站建設(shè)項(xiàng)目資金及玉溪育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室人才、技術(shù)和設(shè)備優(yōu)勢，通過自主選育[3-5]與合作引進(jìn)適應(yīng)當(dāng)?shù)卦耘嗟挠筒诵缕贩N進(jìn)行比較試驗(yàn)研究，以期為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶在油菜品種選擇上提供指導(dǎo)，為優(yōu)質(zhì)油菜品種的大力推廣奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也為玉溪大力發(fā)展油菜產(chǎn)業(yè)提供技術(shù)支撐。

有機(jī)物料添加后土壤DOC含量升高主要有兩方面原因：一方面是有機(jī)物料自身含有大量的DOC，且微生物在分解利用有機(jī)物料時(shí)會釋放一部分DOC；另一方面有機(jī)物料的輸入促進(jìn)了土壤中原有有機(jī)質(zhì)的分解，釋放出DOC[23]。DOC作為土壤活性物質(zhì)易溶于水移動(dòng)[24]，而高鹽土壤中由于持水能力較差，且含有更多的鹽分降低了DOC的移動(dòng)性，從而導(dǎo)致高鹽土壤DOC含量及增量均沒有低鹽土壤高。也有可能是由于低鹽土壤前期種植過田菁導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)含量較高，其更有利于微生物代謝分解，從而造成低鹽土壤DOC含量更高。

添加秸稈處理的兩種土壤DOC含量均顯著提高，可能是因?yàn)樯锾拷?jīng)過高溫碳化、牛糞經(jīng)過堆肥腐熟導(dǎo)致單位質(zhì)量的物料中DOC的含量相比于秸稈較低。生物炭處理DOC含量受鹽分影響較大，與低鹽土壤相比，高鹽土壤添加生物炭后土壤有機(jī)碳短期內(nèi)的含量和增量較低，原因可能是生物炭疏松多孔、比表面大從而吸附土壤中DOC的能力較強(qiáng)，且生物炭本身在土壤環(huán)境中分解十分緩慢，分解產(chǎn)生的DOC量少，此外，高鹽土壤中原本的有機(jī)質(zhì)含量較低，微生物活性低，分解轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的DOC含量少，在這些因素的綜合影響下表現(xiàn)為高鹽土壤添加生物炭后DOC的含量和增量效果不如低鹽土壤上的對應(yīng)處理。

圖3 土壤DOC紫外-可見光譜曲線

Figure 3 UV-Vis spectrum curves of soil DOC

圖4 土壤DOC的SUVA254和SUVA260值

Figure 4 Values of SUVA254and SUVA260

圖5 土壤A250/A365比值

Figure 5 The ratio of A250/A365

圖6 土壤A240/A420比值

Figure 6 The ratio of A240/A420

2.2 不同有機(jī)物料對土壤DOC紫外-可見光譜特征的影響

添加有機(jī)物料后土壤DOC溶液的紫外-可見光譜掃描結(jié)果如圖3。在200～800 nm波長區(qū)間，吸光值均隨著波長的增加而降低。其中可見光波長范圍內(nèi)（400～800 nm）的吸光值隨波長變化范圍較小，紫外光波長范圍內(nèi)（200～400 nm）吸光值隨波長變化的范圍較大，在波長200 nm處的吸光值最高，即吸收曲線存在末端吸收現(xiàn)象，這種現(xiàn)象一般由胺類物質(zhì)→σ*躍遷所產(chǎn)生[25]。圖3還顯示，在230～280 nm范圍內(nèi)出現(xiàn)吸收平臺，此范圍內(nèi)屬于B吸收帶，主要為芳香族化合物的特征吸收帶，是由苯環(huán)的π→π*躍遷和苯環(huán)振動(dòng)疊加引起的[26]，說明添加有機(jī)物料后的濱海鹽漬土土壤DOC中含有芳香性物質(zhì)，這與滇池陸生植物及其土壤溶解性有機(jī)質(zhì)以及三峽庫區(qū)土壤溶解性有機(jī)質(zhì)的光譜學(xué)特征所一致[25, 27-28]。

圖7 特征波段吸光度面積積分的比值

Figure 7 Specific absorption ratio of different area integrals

圖8 光譜斜率比值SR

Figure 8 Values of SR

從圖3還可看出，不同處理在紫外光波長范圍內(nèi)（200～400 nm）的光譜曲線與坐標(biāo)軸圍成的面積具有較高的區(qū)分度，低鹽土壤上，各處理的紫外波段光譜曲線與坐標(biāo)軸的面積表現(xiàn)為：秸稈（S）>生物炭（B）>有機(jī)肥（C）>對照（CK）；高鹽土壤上的則表現(xiàn)為：秸稈（S）>有機(jī)肥（C）>生物炭（B）>對照（CK）。結(jié)合前文添加不同有機(jī)物料的土壤DOC含量可知，土壤DOC含量越大，其紫外光譜曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積也越大，張苗苗對不同草地土壤DOC的紫外-可見光譜學(xué)性質(zhì)的研究也有類似的發(fā)現(xiàn)[29]。

土壤DOC紫外-可見光譜特征參數(shù)指標(biāo)可以用來指示DOC的特征，如腐殖化程度、芳香性和分子量大小等結(jié)構(gòu)性質(zhì)。SUVA254為單位DOC濃度下254 nm處的吸收系數(shù)，主要是由于芳香族化合物中C-C鍵產(chǎn)生的，代表著土壤DOC芳香性，可以表征DOC的腐殖化程度，SUVA254值與腐殖化程度成正比[19, 30]。如圖4所示，低鹽土壤上，有機(jī)物料添加后土壤DOC的SUVA254的值均低于對照（CK）處理，尤其是秸稈（S）處理與對照（CK）達(dá)到顯著差異水平（<0.05），而在高鹽土壤上則表現(xiàn)為相反規(guī)律，即有機(jī)物料添加后土壤DOC的SUVA254的值均高于對照處理（CK），但處理間無顯著差異（>0.05）。這說明低鹽土壤上有機(jī)物料處理后土壤DOC芳香性及腐殖化程度均比對照有所下降，原因可能是由于低鹽土壤上微生物活性較高，外源添加有機(jī)物料后增強(qiáng)了微生物對土壤有機(jī)質(zhì)的分解能力，產(chǎn)生了較多的小分子有機(jī)物，一般認(rèn)為小分子有機(jī)物芳香性及腐殖化程度低于大分子有機(jī)物[31]。高鹽土壤上，因鹽分的脅迫，土壤微生物活性較低，對外源加入的有機(jī)物料分解能力弱，產(chǎn)生的小分子DOC少，另一方面可能是由于外源有機(jī)物料本身DOC的芳香性和腐殖化程度高于土壤。

SUVA260為單位濃度下260 nm處的吸收系數(shù)，通?？梢苑从矰OC的疏水性組分的含量，其值與疏水性含量成正比[27]。本次研究試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的高鹽、低鹽土壤差異性與SUVA254一致（圖4），其變化規(guī)律及轉(zhuǎn)化原因同SUVA254，這是由于有機(jī)質(zhì)在腐質(zhì)化過程中被逐步分解成疏水性腐殖質(zhì)[28]。

A250/A365為波長250 nm和波長365 nm處吸光度的比值，可以表征DOC分子量的大小。A250/A365<3.5時(shí)，主要反映胡敏酸的吸收特性，相對分子量較大；A250/A365>3.5時(shí)，主要反映DOC中富里酸的吸收特性，分子量較小[32-33]。由圖5顯示，高鹽土壤中添加有機(jī)物料后富里酸類物質(zhì)的含量大于胡敏酸類物質(zhì)的含量，DOC的相對分子量較小，而在對應(yīng)處理的低鹽土壤中胡敏酸類物質(zhì)的含量較高，DOC的相對分子量較大；兩種土壤不同處理之間的A250/A365值均無顯著差異（>0.05）。說明高鹽土壤中含有更多復(fù)雜的羧基、酚羥基等官能團(tuán)，低鹽土壤中則是酚羥基和甲氧基等官能團(tuán)數(shù)目較多。

A240/A420為波長240 nm和波長420 nm處吸光度的比值，反映同一物質(zhì)對紫外光和可見光吸收能力的相對關(guān)系，與DOC的團(tuán)聚化程度及分子量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[34-35]。圖6顯示，高鹽土壤上各處理土壤DOC的A240/A420值均對應(yīng)的大于低鹽土壤上的A240/A420值，表明添加有機(jī)物料后的低鹽土壤DOC的團(tuán)聚化程度更高，相對分子量較大，這與A250/A365的結(jié)果一致。在低鹽土壤上，除有機(jī)肥處理外，秸稈處理的土壤DOC的A240/A420值顯著高于其他處理（<0.05），秸稈的成分以纖維素和多糖等大分子結(jié)構(gòu)為主，因此添加秸稈處理后土壤DOC的A240/A420比值更高，團(tuán)聚化程度及分子量相對低。

圖9 土壤DOC與A254相關(guān)性

Figure 9 Correlation between DOC and A254

表1 土壤DOC紫外-可見光譜特征參數(shù)之間的相關(guān)性分析

注：*和**分別為0.05及0.01水平上的顯著性差異。

紫外-可見光譜特定區(qū)域面積的積分，可用于表示腐殖質(zhì)的分子特性。本試驗(yàn)選取全波長內(nèi)具有代表性的幾個(gè)吸收帶進(jìn)行區(qū)域面積積分分析，A1（吸收范圍260～280 nm）、A2（吸收范圍460～480 nm）和A3（吸收范圍600～670 nm），分別與木質(zhì)素及醌基、類蛋白質(zhì)和芳香類物質(zhì)有關(guān)，代表著DOC初始階段的轉(zhuǎn)化、腐殖化初期和高度腐殖化時(shí)期[36]。其積分比值又可表示不同腐殖化程度，A2/A1表示在腐殖化初期木質(zhì)素與其他物質(zhì)的比例，A3/A2表示DOC芳香化程度的高低，A3/A1表示強(qiáng)腐殖化物質(zhì)與非腐殖化物質(zhì)之間的關(guān)系[37]。如圖7所示，低鹽土壤DOC紫外-可見光譜各特定區(qū)域面積積分的比值均比高鹽土壤上的對應(yīng)比值高，從圖7還可看出，處理之間各面積積分的比值均無顯著差異（>0.05），說明低鹽土壤各處理中DOC芳香化和分子聚合度均比高鹽各處理高，且腐殖化水平較高，這是由于低鹽土壤微生物活性更高，添加的物料加速了初期DOC組分中各種木質(zhì)素醌基和蛋白質(zhì)類物質(zhì)的分解，因此所有比值均較高。

光譜斜率比值SR是對光譜斜率S的改進(jìn)，可以用來判斷DOC的來源，SR<1時(shí)，表征DOC主要為外源；SR>1時(shí)，表征DOC主要為生物源[38-39]。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)低鹽、高鹽土壤SR值均小于1（圖8），外源特征十分顯著，同時(shí)驗(yàn)證了施用外源有機(jī)物料會影響土壤DOC結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，但在高鹽土壤上不同物料之間無顯著差異（>0.05）。

2.3 土壤DOC與紫外-可見光譜參數(shù)的關(guān)系

鑒于TOC儀測定DOC耗時(shí)長且費(fèi)用高等原因，用紫外分光光度法間接測定DOC因其用量少，測定快的優(yōu)點(diǎn)，近些年來在某些土壤的DOC含量測定上得到了一定的應(yīng)用，但其對DOC含量測定的準(zhǔn)確性及更多類型土壤上應(yīng)用的可行性需要進(jìn)一步研究。將添加有機(jī)物料后測得的土壤DOC含量與紫外-可見光譜254 nm處吸光值做線性回歸分析，所得結(jié)果如圖9，可知DOC含量與254 nm處吸光值呈現(xiàn)顯著相關(guān)性（2>0.9，＜0.05），說明可以用紫外-可見光譜構(gòu)建估算DOC含量的模型，這與盛浩等關(guān)于紫外分光光度法測定DOC含量的結(jié)論所一致[40]。

多種參數(shù)結(jié)合，可以更好的探究土壤DOC的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。本試驗(yàn)對兩種土壤的8種紫外-可見光譜特征參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表1所示。從表中可以看出，SUVA254與SUVA260相關(guān)性極顯著（<0.01），說明DOC的腐質(zhì)化程度和疏水性組分關(guān)系密切，這主要是由于有機(jī)質(zhì)在腐質(zhì)化過程中被逐步分解成疏水性腐殖質(zhì)；A250/A365與A240/A420呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（<0.01），表明DOC的分子團(tuán)聚化程度與分子量大小密切相關(guān)。A2/A1和A3/A1均與A250/A365及A240/A420呈顯著負(fù)相關(guān)（<0.05），表明DOC的分子團(tuán)聚化程度及分子量大小可以表征木質(zhì)素和醌基在腐殖化初期與其他物質(zhì)的比例以及強(qiáng)腐殖化物質(zhì)與非腐殖化物質(zhì)之間的關(guān)系；此外，SR分別與A2/A1、A3/A1、A3/A2有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（<0.05），說明SR也可以表征DOC腐質(zhì)化程度[41]。

從表1還可以看出，DOC紫外-可見光譜特征參數(shù)之間的相關(guān)性在低鹽和高鹽土壤上存在一定的差異。在低鹽土壤上，A3/A2與A250/A365和A2/A1呈極顯著相關(guān)關(guān)系（<0.01），而在高鹽土壤上A3/A2與A250/A365和A2/A1無相關(guān)性，說明低鹽土壤腐殖化物質(zhì)含量受DOC分子量及木質(zhì)素、醌基在腐殖化初期與其他物質(zhì)的比例影響。表1還顯示在高鹽土壤上，A250/A365和A240/A420與SUVA254和SUVA260均呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（<0.01），而在低鹽土壤上并無相關(guān)性，即高鹽土壤上DOC的腐殖化、疏水性、團(tuán)聚化、分子量大小均有密不可分的關(guān)系；A2/A1與SUVA254和SUVA260（<0.05）呈顯著正相關(guān)關(guān)系，顯示DOC在腐殖化開始階段木質(zhì)素和醌基結(jié)構(gòu)含量越低，DOC腐殖化、疏水性程度越高；此外，A3/A2與A3/A1也呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（<0.01），證明土壤腐殖化物質(zhì)的含量還受DOC芳香度的影響。

由于DOC的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，不同樣品中DOC紫外-可見光譜特征參數(shù)差異較大。李帥東等[28]和馬琦琦等[38]研究發(fā)現(xiàn)A250/A365與A240/A420和SUVA254呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，吳東明等[34]和閆金龍等[42]發(fā)現(xiàn)A250/A365與A240/A420和SUVA254并無相關(guān)性；也有學(xué)者有和本研究類似的發(fā)現(xiàn)，SUVA254與SUVA260呈顯著正相關(guān)關(guān)系[28,43]；還有研究發(fā)現(xiàn)A3/A2、A3/A1及A2/A1均呈顯著相關(guān)關(guān)系[44]。

3 結(jié)論

有機(jī)物料添加能顯著增加鹽漬土壤DOC含量，在兩種鹽分條件下秸稈處理均有較好表現(xiàn)。在低鹽條件下，牛糞有機(jī)肥處理高于秸稈生物炭處理，在高鹽條件下則相反。

由紫外-可見光譜可見，在波長200～800 nm間，兩種鹽分土壤DOC的吸光值均隨波長增加而降低，兩種土壤中都可能存在芳香性物質(zhì)。在高鹽土壤上，添加不同處理的DOC紫外-可見光譜各特征參數(shù)均無顯著差異；對低鹽土壤而言，添加秸稈處理的 SUVA254和SUVA260與其他處理間有顯著差異，SR值在生物炭和有機(jī)肥處理間也有顯著差異。添加處理后的低鹽土壤樣品DOC腐殖化程度、芳香性、相對分子量和團(tuán)聚化程度均高于高鹽土壤。

本研究中的土壤DOC紫外-可見光譜在254 nm處的吸光值與DOC含量存在顯著的線性正相關(guān)關(guān)系，說明用A254值估算DOC含量具有一定的可行性。DOC結(jié)構(gòu)復(fù)雜，紫外-可見光譜的表征參數(shù)對不同的土壤DOC有不同的表現(xiàn)，需多種參數(shù)結(jié)合判斷DOC的結(jié)構(gòu)特征。

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Ultraviolet-visible spectral characteristics of soil dissolved organic carbon (DOC) in coastal saline soil after adding organic materials

FAN Zhixin1, 2, ZHANG Huanchao1, 2, CHEN Jie1, 2, WANG Genmei1, 2

(1. Co-Innovation Center for the Sustainable Forestry in Southern China, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037; 2. College of Forestry, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037)

To explore the stability of the saline soil carbon pool, the UV-Vis spectroscopy technology was used to study the changes in the UV-Vis spectral characteristics of soil DOC after adding different organic materials to soils with different salt levels (low salinity, high salinity). The results showed that DOC content was higher in soil with wheat straw than in soil with biochar or organic fertilizer. In the 200-800 nm wavelength range, the absorbance value of soil DOC solutions decreased with the increase of wavelength, and an absorption plateau appeared in 230-280 nm. The results also showed that, in low salinity soil, for all treatments, the DOC contents in and the integral ratios of the area of each characteristic region of the ultraviolet-visible spectrum were correspondingly higher than those in soils with high salinity. However, the ratios of A250/A365and A240/A420were lower than those in high salinity soils. Correlation analysis showed that there was a significant linear correlation between the content of soil DOC and the absorbance value at 254 nm (2>0.9,<0.05). The correlation among the characteristic parameters of the ultraviolet spectrum used to characterize DOC characteristics were different in high salinity soil and low salinity soil. As a whole, it showed that the degree of humification, aromaticity, relative molecular weight and agglomeration of DOC in low salinity soils were correspondingly greater or higher than those in high salinity soils with the addition of organic materials. There was no significant difference among the UV characteristic parameters of soil DOC with different organic materials regardless of high salinity soils. DOC composition was complex and easily affected by the environment conditions. To clarify the characterization of DOC from different sources need to use multiple parameters.

organic materials; salt soil; dissolved organic carbon (DOC); characterization; Ultraviolet-visible spectrum

S153.62

A

1672-352X (2021)03-0444-08

10.13610/j.cnki.1672-352x.20210706.024

2021-7-7 9:59:46

[URL] https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1162.S.20210706.1700.048.html

2020-09-21

江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新項(xiàng)目[CX(17)1004]資助。

范之馨，碩士研究生。E-mail：fanzhixin_fzx@163.com

王艮梅，博士，副教授。E-mail：wanggenmei@njfu.edu.cn