土壤溶解性有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)和組成對秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品輸入的響應(yīng)特征

田翔，何天容，，3，尹德良，，3*，冉澍，汪妍，周憲，張舸

（1.貴州大學(xué)喀斯特地質(zhì)資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽 550025；2.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽 550025；3.貴州喀斯特環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)教育部野外科學(xué)觀測研究站，貴陽 550025）

作物秸稈和畜禽糞便等農(nóng)業(yè)廢棄物作為重要的有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素載體，廣泛用于提高土壤肥力和作物產(chǎn)量，其還田后會顯著提高土壤有機(jī)碳含量，并在分解過程中形成腐殖膠結(jié)物質(zhì)，控制微團(tuán)聚體的形成與發(fā)展[1-2]。同時(shí)，秸稈還田還能降低土壤容重，增加土壤孔隙度，提高土壤硝態(tài)氮含量[3]。此外，秸稈和畜禽糞便還田也顯著提高土壤酶活性、微生物多樣性、微生物量和微生物碳，并影響微生物的代謝活動[4-5]。尤為重要的是，作物秸稈和畜禽糞便還田后在微生物作用下會釋放溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）或改變土壤原有有機(jī)質(zhì)的礦化分解過程（激發(fā)效應(yīng)），進(jìn)而影響土壤DOM 的含量、結(jié)構(gòu)和組分[6-8]。DOM 是一類包含不同分子量組分的水溶性有機(jī)復(fù)合物，一方面，小分子量組分生物可利用性高，可以為各類微生物提供碳源，提高微生物活性及其對土壤營養(yǎng)元素及污染物的轉(zhuǎn)化效率[9-10]；另一方面，DOM 還富含羧基、羥基等有機(jī)配體，對土壤營養(yǎng)元素和污染物具有高親和力，可改變營養(yǎng)元素和污染物的賦存形態(tài)及其生物可給性[11-12]。除了含量和來源之外，DOM 結(jié)構(gòu)和分子組成特征對污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響更為關(guān)鍵[13]。因而，秸稈和畜禽糞便還田對土壤DOM 含量、結(jié)構(gòu)和組成的影響，勢必會改變土壤營養(yǎng)元素和污染物的遷移轉(zhuǎn)化，并產(chǎn)生顯著的環(huán)境效應(yīng)[14]。有研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田提高了稻田土壤DOM 的含量，促進(jìn)了土壤硫化汞向甲基汞的轉(zhuǎn)化，同時(shí)增強(qiáng)了水稻對土壤甲基汞的富集，而施用堆肥的秸稈能夠降低甲基汞的生物可利用性，但作用效果不穩(wěn)定[15-17]。施加牛糞也會提高土壤DOM 的含量、芳香性和大分子量組分含量，進(jìn)而促進(jìn)Cu 以DOM-Cu 復(fù)合物的形式進(jìn)行遷移[18]。另外，秸稈來源的DOM 能夠通過氫鍵結(jié)合或競爭吸附作用與有機(jī)污染物形成復(fù)合物，決定有機(jī)污染物的遷移和生物可利用性[14]。

自然環(huán)境中，在微生物、礦物以及理化條件的作用下，土壤DOM 會經(jīng)歷礦化分解和腐殖化過程，同時(shí)還會與鐵氧化物等礦物結(jié)合，形成有機(jī)-無機(jī)復(fù)合物，導(dǎo)致土壤DOM 含量、結(jié)構(gòu)和組成特性發(fā)生顯著變化[19-20]。這意味秸稈和畜禽糞便等外源有機(jī)質(zhì)輸入對營養(yǎng)元素和污染物的影響極具復(fù)雜性。然而，在厘清此過程之前，迫切需要闡明土壤DOM 含量、結(jié)構(gòu)及組分對外源有機(jī)質(zhì)輸入的響應(yīng)特征，而受DOM 的復(fù)雜性和分析技術(shù)的制約，目前對這一過程的理解仍較為欠缺，未能準(zhǔn)確把握農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物還田誘發(fā)污染物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[21]。近年來，現(xiàn)代光譜、質(zhì)譜、色譜及高分辨率電鏡技術(shù)的發(fā)展，從分子角度推動了對土壤DOM 結(jié)構(gòu)和組成特性的理解，其中紫外-可見光光譜和熒光光譜技術(shù)具有靈敏度高、操作簡便、選擇性好、所需樣品量少且不破壞樣品結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。其與平行因子分析法結(jié)合，在識別DOM 組分特性和來源解析等方面具有廣泛應(yīng)用[22]。

由于農(nóng)業(yè)廢棄物常含有病原菌等風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)，在實(shí)際應(yīng)用中，通常以高溫腐熟手段將其制成無害化的堆肥產(chǎn)品。研究發(fā)現(xiàn)，堆肥產(chǎn)品能夠更有效地提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增強(qiáng)微生物活性，改善土壤性質(zhì)，提高作物品質(zhì)[23-24]。植物和糞便堆肥過程中，物料有機(jī)質(zhì)含量降低，腐殖化明顯增強(qiáng)，腐殖質(zhì)組分升高，微生物群落組成發(fā)生改變[17，25-26]。因此，堆肥產(chǎn)品還田對土壤DOM 特性的影響可能區(qū)別于相應(yīng)的原料，而目前已有的研究未能提供明確的對比結(jié)果。

為此，本研究在分析秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品可溶性有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)和組成特性的基礎(chǔ)上，模擬稻田環(huán)境，向土壤中添加秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品，進(jìn)行淹水培養(yǎng)試驗(yàn)，借助紫外-熒光光譜技術(shù)和平行因子分析法，探究了不同時(shí)期秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品對土壤DOM含量、結(jié)構(gòu)和組成的影響。研究結(jié)果有助于揭示農(nóng)田土壤DOM基本特性對外源有機(jī)質(zhì)輸入的響應(yīng)機(jī)制，并為深入理解外源有機(jī)質(zhì)還田的環(huán)境效應(yīng)提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

水稻秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品購買于重慶某堆肥廠，所有材料均為未滅菌的風(fēng)干樣，經(jīng)高速粉碎機(jī)粉碎成粉末，保存?zhèn)溆?，部分養(yǎng)分元素含量見表1。為保障研究結(jié)果能對秸稈和糞便還田誘導(dǎo)重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的理解提供更為實(shí)際的指導(dǎo)作用，供試土壤采自貴州省萬山區(qū)（27°33′51″N，109°11′35″E）汞污染稻田表層土（0～20 cm），土質(zhì)屬于黃泥田土，風(fēng)干后經(jīng)過粉碎機(jī)（YTF-600，廣州爾眾機(jī)械設(shè)備有限公司）粉碎，過5.0 mm 尼龍篩，混勻后備用，理化性質(zhì)見表2。供試水稻品種為宜香優(yōu)2115。

表1 供試材料營養(yǎng)元素含量Table 1 Contents of some nutrient elements in the organic materials

表2 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 2 Physical and chemical properties of the study soil

1.2 溶解性有機(jī)質(zhì)的提取方法及表征

精確稱取10 g秸稈、堆肥秸稈、牛糞或堆肥牛糞粉末于潔凈的燒杯中，按固液比1∶20 加入去離子水，覆蓋透氣封口膜，在室溫條件下浸泡7 d，然后取上層液體經(jīng)3 000 r·min-1離心30 min，并過0.45μm濾膜，濾液即為供試材料的DOM溶液。取部分DOM溶液置于棕色瓶中，加入磷酸調(diào)節(jié)pH至2，于4 ℃保存，用于溶解性有機(jī)碳（DOC）含量的測定。另取30 mL DOM溶液經(jīng)冷凍干燥后，分析傅里葉紅外光譜（FTIR）特征。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

準(zhǔn)確稱取4 kg 土壤，平鋪于底部無孔的玻璃缸（長×寬×高=20 cm×15 cm×28 cm）中，土層厚度約20 cm。將秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品粉末按照2%的質(zhì)量比與土壤充分混勻，并設(shè)置無添加任何有機(jī)質(zhì)材料的對照組，每組處理設(shè)置3 個(gè)平行。為模擬稻田長期淹水的特征，向培養(yǎng)裝置中加入純凈水，淹水靜置1 d，取生長狀況良好且大小一致的水稻幼苗栽入玻璃缸中，每缸1 株。除采樣時(shí)間外，培養(yǎng)期保持上覆水約5 cm。批處理培養(yǎng)裝置置于室溫環(huán)境中，培養(yǎng)期為2020年6—9月，共計(jì)90 d。

1.4 樣品采集與分析

1.4.1 樣品采集與處理

于培養(yǎng)初期（第30 天）、中期（第60 天）、末期（第90天）采集土壤樣品。為了避免采樣過程對土壤體系造成較大干擾，每次采樣時(shí)在遠(yuǎn)離根系的區(qū)域均勻布設(shè)3 個(gè)樣點(diǎn)（每次點(diǎn)位不重復(fù)），用塑料小勺在各點(diǎn)表層（0～5 cm）采集少量土壤，并混合成1 個(gè)樣品（約50 g）。土壤采集前，先利用虹吸管緩慢吸走上覆水，并使其深度低于0.5 cm。每次采樣完畢后加純凈水恢復(fù)上覆水至5 cm，土壤樣品裝于50 mL離心管中，經(jīng)3 000 r·min-1離心30 min，溶液過0.45μm濾膜，一部分置于棕色瓶，并加磷酸調(diào)節(jié)pH至2，于4 ℃保存，用于DOC含量測定，另一部分置于棕色瓶4 ℃保存，用于紫外-可見光光譜（UV-Vis）和三維熒光光譜（3D-EEM）分析。

1.4.2 分析方法

牛糞、秸稈、堆肥牛糞、堆肥秸稈和土壤提取的DOC含量使用全自動總有機(jī)碳分析儀（Vario TOC，El?ementar，德國）進(jìn)行測定。牛糞、秸稈、堆肥牛糞和堆肥秸稈DOM 的FTIR 特征使用傅里葉紅外光譜儀（Nicolet6700，Thermo Fisher，美國）進(jìn)行表征，掃描范圍為400～4 000 cm-1，分辨率為4 cm-1。DOM 的UVVis和3D-EEM 使用同步吸收三維熒光光譜儀（Aqua?log，Horiba，日本）進(jìn)行分析，詳細(xì)步驟參照文獻(xiàn)[27]，相關(guān)光譜參數(shù)的計(jì)算和描述見表3。

表3 紫外-可見光光譜和熒光光譜參數(shù)Table 3 UV-Visible spectrum and fluorescent spectrum parameters

1.5 質(zhì)量控制與數(shù)據(jù)分析

分析測試所用的玻璃器具均經(jīng)5%硝酸浸泡24 h以上，用去離子水洗凈，在470 ℃下凈化1 h。DOC含量測定采用標(biāo)準(zhǔn)樣品（鄰苯二甲酸氫鉀，優(yōu)級純）、空白及平行樣品進(jìn)行控制，標(biāo)準(zhǔn)樣品測定回收率為80%～120%，重復(fù)測定相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.3%～5.6%。利用IBM SPSS Statistics 25進(jìn)行差異顯著性分析，運(yùn)用Origin 9.1制圖，MATLAB R2020a進(jìn)行平行因子分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品的DOM結(jié)構(gòu)和組成特征

紅外光譜特征（圖1a）顯示，相比于秸稈和牛糞，堆肥秸稈和堆肥牛糞DOM 化學(xué)鍵吸收峰的位置沒有發(fā)生明顯變化，但在2 400～2 200 cm-1處出現(xiàn)一個(gè)新的CO2反對稱伸縮振動吸收峰，說明堆肥過程促進(jìn)了原料中有機(jī)質(zhì)的礦化分解[28]。此外，堆肥秸稈DOM中纖維素（2 920 cm-1）和半纖維素（1 650 cm-1）特征峰強(qiáng)度均下降，表明堆肥促進(jìn)了秸稈中纖維素類物質(zhì)的分解[29]，但堆肥牛糞DOM 中纖維素和半纖維素特征峰變化較小，可能是由于纖維素類組分已經(jīng)被消化系統(tǒng)分解。

圖1 秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品的DOM結(jié)構(gòu)和組成特性Figure 1 Structure and composition characteristics of DOM extracted from straw，cow manure and their composting products

如圖1b所示，秸稈DOC含量（1 266.16 mg·L-1）明顯高于牛糞（774.71 mg·L-1），說明秸稈分解可以釋放更多的溶解性有機(jī)碳，但堆肥秸稈和堆肥牛糞DOC含量分別降低至588.61 mg·L-1和288.67 mg·L-1，表明堆肥是一個(gè)有機(jī)碳消耗的過程，能夠降低溶解性有機(jī)碳的含量。從DOM 的UV-Vis 光譜結(jié)果（圖1c）可以看出，盡管秸稈DOC含量高于牛糞DOC，但秸稈DOM的光譜吸收強(qiáng)度明顯低于牛糞DOM，說明DOM 光譜吸收可能更依賴于其結(jié)構(gòu)和組成特性。分別對比秸稈和牛糞，堆肥秸稈DOM 的光譜吸收強(qiáng)度增強(qiáng)，但堆肥牛糞DOM 光譜吸收強(qiáng)度降低，這可能與其堆肥發(fā)酵時(shí)間有關(guān)[30]，說明秸稈和牛糞DOM 的光譜吸收特征具有顯著差異，堆肥能夠改變DOM 的光譜吸收特征。如圖1d 所示，利用平行因子分析法從秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品DOM 中識別出5 種熒光組分，分別為吸收峰位置不同的類腐殖質(zhì)組分（C1 和C5）、還原醌類組分（C2）、半醌類化合物組分（C3）和類蛋白組分（C4）。秸稈DOM 中類蛋白組分占比（Fmax=0.046）和類腐殖質(zhì)組分占比（Fmax=0.052）明顯高于牛糞（Fmax分別為0.002 和0.030），但兩者DOM 中的還原醌類和半醌類化合物組分差異較小。與秸稈相比，堆肥秸稈DOM 類蛋白組分降低了86.10%，但類腐殖質(zhì)組分、還原醌類組分和半醌類化合物組分變化率低于9.66%，表明堆肥主要促進(jìn)了秸稈DOM 中類蛋白組分的消耗。與秸稈不同的是，相比于牛糞（Fmax分別為0.030和0.002），堆肥牛糞僅微弱提高了DOM 類腐殖質(zhì)組分占比（Fmax=0.039），并未對類蛋白組分（Fmax=0.003）產(chǎn)生較大影響，這可能是由于牛糞是機(jī)體消化系統(tǒng)分解的產(chǎn)物，易分解的類蛋白組分已經(jīng)被消耗，導(dǎo)致堆肥過程中其占比變化較小。

2.2 秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品添加對土壤DOC含量的影響

如圖2所示，對照組土壤DOC含量在培養(yǎng)30 d時(shí)為（136.35±27.79）mg·L-1，在培養(yǎng)90 d 時(shí)下降至（53.01±0.08）mg·L-1，說明土壤淹水釋放的有機(jī)碳在微生物或吸附作用下逐漸被消耗[31-32]。與對照組相比，添加秸稈、堆肥秸稈、牛糞或堆肥牛糞后，土壤DOC 含量在培養(yǎng)初期分別升高了282.58%、50.06%、43.44%和60.74%，隨后各處理組DOC 含量快速下降，但最終含量仍高于對照組。由此可見，外源有機(jī)質(zhì)的輸入提高了土壤DOC 含量，但存在時(shí)效性，這可能是由于：①外源有機(jī)質(zhì)釋放的DOM 與礦物發(fā)生共沉淀，降低了可溶性組分含量[32]；②外源有機(jī)質(zhì)的輸入誘發(fā)“激發(fā)效應(yīng)”，提高對土壤有機(jī)質(zhì)的礦化分解[33]；③微生物伴隨外源有機(jī)質(zhì)同步輸入，協(xié)同激活了土著微生物群落，增強(qiáng)了對有機(jī)碳的消耗[34-35]。

圖2 秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品對土壤DOC含量的影響Figure 2 Effects of straw，cow manure and their composting products on soil DOC content

與秸稈相比，堆肥秸稈顯著降低了各時(shí)期的土壤DOC 含量，這可能是由于秸稈堆肥發(fā)酵同步消耗了部分可溶性有機(jī)碳或促進(jìn)了有機(jī)大分子的聚合[36]。與牛糞相比，堆肥牛糞沒有降低土壤DOC 含量，且不同于秸稈和堆肥秸稈之間顯著的差別，牛糞和堆肥牛糞處理組土壤DOC 含量的差異不顯著，這可能是由于牛糞中易分解組分被消化系統(tǒng)先行分解，導(dǎo)致牛糞和堆肥牛糞對土壤DOC的影響較小。

2.3 秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品添加對土壤DOM 紫外-可見光光譜特性的影響

如圖3a、圖3b、圖3c 所示，相比于對照組，秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品提高了培養(yǎng)初期土壤DOM 紫外-可見光吸收強(qiáng)度，但隨著培養(yǎng)時(shí)間延長，與對照之間的差異逐漸縮小。與秸稈和牛糞相比，其堆肥產(chǎn)品提高了培養(yǎng)初期土壤DOM 紫外-可見光吸收系數(shù)，隨著培養(yǎng)時(shí)間延長，堆肥秸稈與秸稈之間的差異明顯降低。在培養(yǎng)初期，秸稈處理組土壤DOM 紫外-可見光吸收系數(shù)低于牛糞處理組，但在中、后期，牛糞處理組低于秸稈處理組，說明秸稈和牛糞對土壤DOM 紫外-可見光吸收光譜特征的影響具有較強(qiáng)的時(shí)間波動性。

圖3 秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品對土壤DOM的紫外-可見光光譜特性的影響Figure 3 Effects of straw，cow manure and their composting products on UV-Vis spectral properties of soil DOM

CDOM 是DOM 中富含類腐殖質(zhì)和類蛋白質(zhì)的一類吸光組分，它們之間具有顯著的相關(guān)關(guān)系（r=0.96，P<0.01）。如圖3d 所示，與對照組相比，秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品不同程度提高了培養(yǎng)初期土壤CDOM 含量，隨著培養(yǎng)時(shí)間延長，CDOM 含量均有所下降，說明有機(jī)物料還田對土壤CDOM 含量的影響與DOC 一致，具有明顯的時(shí)效性。除培養(yǎng)90 d 以外，秸稈處理組土壤CDOM 含量顯著高于牛糞，表明秸稈還田對DOM 有色組分的促進(jìn)效應(yīng)強(qiáng)于牛糞。分別對比秸稈和牛糞，堆肥秸稈降低了各時(shí)期土壤CDOM 含量，但堆肥牛糞提高了培養(yǎng)30 d和60 d土壤CDOM 含量，說明植物源有機(jī)質(zhì)對土壤CDOM 的影響有別于動物源有機(jī)質(zhì)。

如圖3e 和圖3f 所示，土壤DOM 芳香性和疏水性的變化規(guī)律一致，且兩者呈顯著正相關(guān)（r=0.997，P<0.01），這與相關(guān)研究的結(jié)論[37]一致，表明芳香性結(jié)構(gòu)與疏水組分密切相關(guān)。與對照組相比，秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品整體上提高了各時(shí)期土壤DOM 的芳香性和疏水組分含量，且秸稈處理組土壤DOM 的芳香性和疏水性高于牛糞處理組。分別對比牛糞和秸稈，堆肥牛糞整體上提升了各時(shí)期土壤DOM 的芳香性和疏水組分含量，但堆肥秸稈沒有產(chǎn)生相似的作用。另外，從時(shí)間上可以看出，土壤DOM 芳香性和疏水性對秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品輸入的響應(yīng)較為復(fù)雜，無明顯規(guī)律可循。研究表明，DOM 芳香性能夠干預(yù)金屬硫化物納米顆粒團(tuán)聚體的形成，進(jìn)而決定金屬的形態(tài)轉(zhuǎn)化和危害性[38]，據(jù)此推測土壤DOM 芳香性在時(shí)間尺度上的波動性可能導(dǎo)致重金屬的環(huán)境行為也具有較強(qiáng)的時(shí)間特性。

2.4 秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品添加對土壤DOM 熒光光譜特性的影響

如圖4a 所示，各處理組土壤DOM 的腐殖化指數(shù)（HIX）整體上隨培養(yǎng)時(shí)間延長逐漸升高，說明DOM分子組成趨于復(fù)雜化，這可能是由于外源有機(jī)質(zhì)作用激活并促進(jìn)了土壤微生物對溶解性有機(jī)碳的腐殖化[39]。與對照組相比，秸稈和牛糞整體上分別提高和降低了土壤DOM 的HIX值，可見秸稈產(chǎn)生了不同于牛糞的作用效果。除此之外，堆肥秸稈和堆肥牛糞提高了各時(shí)期土壤DOM 的HIX值，即腐殖化水平，說明秸稈和牛糞堆肥后還田有助于增強(qiáng)土壤DOM 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定化和復(fù)雜化，這與相關(guān)研究的結(jié)果一致[21]。分別對比牛糞和秸稈，堆肥牛糞可以顯著提高各時(shí)期土壤DOM的HIX值，而堆肥秸稈僅提高了培養(yǎng)90 d 的土壤DOM 的HIX值，可見堆肥秸稈和堆肥牛糞對土壤DOM 腐殖化的影響存在一定的差異性。如2.2 和2.3小節(jié)所述，堆肥秸稈處理組土壤DOC 和CDOM 含量相對低于堆肥牛糞，可腐殖化材料的缺少可能減緩了微生物的腐殖化進(jìn)程。

圖4 秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品對土壤DOM腐殖化與熒光光譜特征（以培養(yǎng)30 d為例）的影響Figure 4 Effects of straw，cow manure and their composting products on the humification and fluorescent spectral characteristics（30 d）of soil DOM

以培養(yǎng)30 d的三維熒光光譜特征為例，對照組及處理組土壤DOM 中均存在2 類（類腐殖質(zhì)峰和類蛋白峰）4 種特征峰，其中類腐殖質(zhì)峰包括紫外區(qū)A 峰（Ex和Em分別為250～260 nm 和380～480 nm 處的熒光峰）和可見光區(qū)C 峰（Ex和Em分別為330～350 nm 和420～480 nm 處的熒光峰）；類蛋白峰包括類酪氨酸熒光峰B（Ex和Em分別為230 nm 和300～320 nm 處的熒光峰）和類色氨酸熒光峰T（Ex和Em分別為230 nm和320～350 nm 處的熒光峰）[40]。從圖4b～圖4f 可以看出，相比于對照組，秸稈和牛糞不同程度降低了類蛋白T 峰的熒光強(qiáng)度，這可能是由于外源有機(jī)質(zhì)輸入增強(qiáng)了微生物對蛋白類物質(zhì)的分解[21]。秸稈處理組土壤DOM類腐殖質(zhì)峰熒光強(qiáng)度弱于牛糞處理組，但具有較高的類蛋白峰熒光強(qiáng)度，這可能與秸稈DOM包含較多的類蛋白組分有關(guān)。與秸稈和牛糞原料相比，其堆肥產(chǎn)品添加后類腐殖質(zhì)峰的熒光強(qiáng)度增大，類蛋白峰的熒光強(qiáng)度減弱，這主要是由于秸稈和牛糞的堆肥處理促進(jìn)了易分解蛋白類組分的消耗或向腐殖質(zhì)組分的轉(zhuǎn)化。

如圖5 所示，利用平行因子分析法從土壤DOM中識別出2 類組分，分別是類腐殖質(zhì)組分（C1 和C2）和類蛋白組分（C3 和C4）。供試土壤DOM 中類腐殖質(zhì)組分占比（Fmax（C1+C2）=0.053）明顯低于類蛋白組分（Fmax（C3+C4）=0.140），當(dāng)土壤淹水處理后（對照組），F(xiàn)max（C1+C2）值在培養(yǎng)30、60 d 和90 d 時(shí)分別為0.051、0.048 和0.043，F(xiàn)max（C3+C4）值分別為0.086、0.054 和0.019?？梢?，淹水明顯降低了土壤DOM 類蛋白組分含量，且隨著培養(yǎng)時(shí)間延長呈下降趨勢，這可能是由于激活的土著微生物群落使土壤DOM 中蛋白組分發(fā)生降解，但土壤DOM 中類腐殖質(zhì)組分僅發(fā)生了微弱的降低。

圖5 秸稈、牛糞及其堆肥產(chǎn)品對土壤DOM各熒光組分的影響Figure 5 Effects of straw，cow manure and their composting products on the fluorescent components of soil DOM

秸稈處理組培養(yǎng)30、60 d 和90 d 的Fmax（C1+C2）值分別為0.046、0.045 和0.042，F(xiàn)max（C3+C4）值分別為0.017、0.013 和0.014。相比于對照組，添加秸稈略微降低了土壤DOM 類腐殖質(zhì)組分，分別下降了10.04%、5.95%和3.14%，但導(dǎo)致類蛋白組分分別下降了80.23%、75.92%和26.31%，表明秸稈輸入主要促進(jìn)了土壤DOM 中類蛋白組分的消耗。牛糞處理組土壤DOM在培養(yǎng)30、60 d 和90 d 時(shí)Fmax（C1+C2）值分別 為0.048、0.045 和0.043，F(xiàn)max（C3+C4）值分別為0.054、0.016 和0.021，與秸稈相似，添加牛糞略微降低了類腐殖質(zhì)組分，降幅分別為6.47%、5.07%和0.39%，而類蛋白組分在30 d 和60 d 時(shí)降低了37.21%和70.37%，在90 d 時(shí)微弱提升了10.52%?？梢姡斩捄团＜S輸入整體上降低了土壤DOM中類蛋白組分，但對類腐殖質(zhì)組分影響較小。研究表明，外源有機(jī)質(zhì)輸入為土著微生物提供了豐富的可利用碳源，增強(qiáng)了微生物活性，并產(chǎn)生“激發(fā)效應(yīng)”，從而導(dǎo)致土壤原有DOM和外源DOM中生物可利用性類蛋白組分被優(yōu)先礦化分解[22]。

與原料處理組相比，堆肥秸稈和堆肥牛糞對土壤DOM 中類腐殖質(zhì)組分影響較小，但降低了土壤DOM類蛋白組分含量。堆肥秸稈處理組土壤DOM 的Fmax（C1+C2）值在30、60 d 和90 d 時(shí)分別下降了10.00%、7.78% 和8.15%，堆肥牛糞處理組土壤DOM 的Fmax（C1+C2）值在30、60 d 和90 d 時(shí)分別下降了2.92%、0.14%和1.20%。此外，堆肥秸稈處理組土壤DOM 的Fmax（C3+C4）值在30、60 d 和90 d 時(shí)分別下降了19.94%、34.75% 和57.28%，堆肥牛糞處理組土壤DOM 的Fmax（C3+C4）值在30 d 和90 d 時(shí)分別下降了78.89%和40.53%，但在60 d 時(shí)升高了74.00%。如2.1 小節(jié)所述，秸稈堆肥處理消耗了部分蛋白物質(zhì)，導(dǎo)致可溶出的DOM 中類蛋白組分含量低于秸稈處理，同時(shí)外源微生物伴隨堆肥秸稈輸入，強(qiáng)化了對土壤DOM 中類蛋白組分的分解，但由于堆肥牛糞和牛糞DOM 中類蛋白組分差異不明顯，微生物的利用可能是導(dǎo)致堆肥牛糞處理組土壤DOM 中類蛋白質(zhì)組分含量下降的主要原因。

不同有機(jī)物料的對比結(jié)果顯示，牛糞處理組土壤DOM 中類蛋白組分相對高于秸稈處理組，可能是由于牛糞是經(jīng)過消化分解的產(chǎn)物，生物可利用性較高的蛋白組分已被部分消耗。牛糞還田能夠提供的生物可利用性碳不足，對土壤微生物的激活作用不強(qiáng)，因而減弱了外源有機(jī)質(zhì)的“激發(fā)效應(yīng)”。

3 結(jié)論

（1）添加秸稈、牛糞、堆肥秸稈和堆肥牛糞提高了培養(yǎng)初期土壤DOC 含量，且秸稈對土壤DOC 含量的提升幅度顯著高于牛糞，隨著培養(yǎng)時(shí)間延長，各處理組土壤DOC 含量明顯降低。與添加秸稈原料相比，添加堆肥秸稈顯著降低了各培養(yǎng)時(shí)期的土壤DOC 含量，但堆肥牛糞與牛糞處理土壤DOC 含量整體上差異較小。

（2）添加秸稈、牛糞、堆肥秸稈和堆肥牛糞整體上提高了各培養(yǎng)時(shí)期土壤DOM 的芳香性和疏水組分含量，其中堆肥產(chǎn)品顯著提高了土壤DOM 的腐殖化水平。與秸稈原料相比，添加堆肥秸稈僅顯著提高了培養(yǎng)末期土壤DOM 的腐殖化程度，但相比于牛糞，堆肥牛糞整體上提高了各時(shí)期土壤DOM 的腐殖化程度、芳香性和疏水組分含量。

（3）秸稈、牛糞、堆肥秸稈和堆肥牛糞顯著降低了土壤DOM 類蛋白組分含量，微弱降低了類腐殖質(zhì)組分含量，其中秸稈處理組類蛋白組分含量的降幅大于牛糞處理組。與秸稈比較，堆肥秸稈進(jìn)一步降低了各時(shí)期土壤DOM 中類蛋白組分含量，而相較于牛糞，堆肥牛糞降低了培養(yǎng)30 d和90 d時(shí)土壤DOM 中類蛋白組分含量。