溶解性有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤呼吸作用的影響

鄭新

（浙江省溫州市環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)科學(xué)研究院 浙江溫州 325027）

溶解性有機(jī)質(zhì)（dissolved organic matter,DOM）泛指能夠溶解于水、酸或堿溶液中的有機(jī)質(zhì)，即能通過0.45μm濾膜的不同大小、結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子連續(xù)統(tǒng)一體。溶解性有機(jī)質(zhì)與土壤有效養(yǎng)分庫大小、土壤碳、氮、磷、硫的生物化學(xué)循環(huán)、微生物的生長代謝以及成土過程均有密切關(guān)系。

土壤呼吸是指土壤產(chǎn)生和向大氣釋放CO2的過程，所以土壤呼吸發(fā)生的任何變化都將進(jìn)一步影響到全球的碳循環(huán)。秸稈還田是我國普遍推行的秸稈綜合利用的一種有效方法，既能改良土壤、培肥地力、穩(wěn)定耕地生產(chǎn)能力，又可減少環(huán)境污染（秸稈焚燒）。本文采用室內(nèi)培養(yǎng)方法研究水稻秸稈腐解產(chǎn)生的DOM對(duì)溫州周邊地區(qū)兩種不同土壤的呼吸強(qiáng)度的影響，為探索土壤在碳循環(huán)方面的源-匯功能提供有力的證據(jù)，為水稻土壤的持續(xù)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 水稻秸稈

供試水稻秸稈采自浙江省溫州市茶山鎮(zhèn)，風(fēng)干后用粉碎機(jī)粉碎過1mm篩，塑料袋保存?zhèn)溆谩?/p>

1.1.2 供試土壤

（1）茶山鎮(zhèn)土壤：松軟，黃褐色，采樣點(diǎn)種植的植物為水稻。（2）三垟濕地土壤：土壤較黑，有較多蚯蚓，采樣點(diǎn)為柑橘園。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 DOM的培養(yǎng)與提取

土壤接種液的制備：取新鮮土壤10g（每次于固定點(diǎn)取土），與450ml蒸餾水混合，振蕩2小時(shí)，靜置過夜，上清液用定量中速濾紙過濾（去除懸浮顆粒物和微動(dòng)物區(qū)系），每個(gè)培養(yǎng)樣接種量為5ml；

腐解試驗(yàn)：在250ml三角瓶中加入30g石英砂和3g稻草秸稈（即10:1比例），混勻后加入5ml接種液，并將含水量調(diào)至最大持水量的70～80%，放入培養(yǎng)箱中，在25℃恒溫、避光條件下培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中定期補(bǔ)充水分。

DOM的提?。悍謩e于0、3、21天，取出培養(yǎng)三角瓶。在三角瓶中加入60ml的去離子水，連續(xù)振蕩2h，4000rpm離心15min，接著12000rpm離心10min，抽濾過0.45μm濾膜，溶液即為DOM，并冰箱保存?zhèn)溆?，同時(shí)測(cè)定DOC（DOC儀測(cè)定）。

1.2.2 土壤呼吸強(qiáng)度的測(cè)定

處理土樣：取10g凍干的過1mm篩的土樣，分別加入DOM溶液，使土壤中含量分別為0，100，200 mgC/kg土。各處理調(diào)節(jié)土壤含水量為60%最大持水量，各處理好的土樣用紗布包扎。

呼吸試驗(yàn)：取250ml三角瓶作為反應(yīng)容器，向內(nèi)加入1.5mol/L NaOH溶液10ml，各處理好的土樣懸掛于三角瓶?jī)?nèi)，注意不要讓土樣和堿液接觸，用橡膠塞密封，25℃恒溫放置一定時(shí)間后（24小時(shí)），取出土樣，堿液稀釋至 250ml，取適量（20ml）用 0.07mol/L鹽酸滴定，酚酞指示劑滴至無色，再加甲基橙指示劑，繼續(xù)滴至桔紅色為終點(diǎn)。同時(shí)以不加土壤的處理為對(duì)照。各處理的水平及實(shí)施方法如下：三組試樣0d DOM含量（mg/kg）分別為：A組=0、B=101.87、C=203.74；三組試樣3d DOM含量（mg/kg）分別為：A組=0、B=70.53、C=87.31；三組試樣 21d DOM含量（mg/kg）分別為：A組=0、B=141.06、C=174.63。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 土壤的基本理化性質(zhì)

茶山鎮(zhèn)土壤：PH=5.69±0.09、含水率（%）=1.3736±0.0460、有機(jī)質(zhì)（mg/kg）=27.9±3.1、總氮（mg/kg）=126.5±0.7、總磷（mg/kg）32.7±1.0、最大持水量（%）=64.110±0.7040。三垟濕地土壤：PH=6.27±0.01、含水率（%）=1.8594±0.1990、有機(jī)質(zhì)（mg/kg）=27.6±1.9、總氮（mg/kg）=130.7±0.8、總磷（mg/kg）=37.0±3.9、最大持水量（%）=80.274±2.8859。

由表可見，兩種土壤的pH均<7.0，為酸性土壤，其中茶山的土壤酸性較強(qiáng)；三垟土壤的含水率較高，兩種土壤的有機(jī)質(zhì)含量相差不大，均在27mg/kg左右；三垟土壤的總氮、總磷、最大持水量含量均大于茶山土壤。

2.2 DOM的基本理化性質(zhì)

水稻秸稈不同腐解階段提取的DOM的濃度：0d DOM腐解時(shí)間時(shí)，DOC=1018.68±28.79 mg/L，PH=6.76±0.03；3d DOM腐解時(shí)間時(shí)，DOC=352.64±42.55mg/L，PH=8.59±0.14；21d DOM腐解時(shí)間時(shí)，DOC=436.57±25.07mg/L，PH=9.12±0.09。

由此可見，從0天到3天DOC含量迅速下降，之后從3天到21天又開始上升。在腐解的最初階段DOC含量的降低是由于微生物分解有機(jī)質(zhì)滿足營養(yǎng)需求，且大量繁殖，導(dǎo)致DOC含量迅速下降，之后大量的微生物開始降解半纖維素等成分，使DOC含量開始增加。DOM溶液pH呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，由弱酸性轉(zhuǎn)為弱堿性，說明可能在腐解過程中，經(jīng)微生物的作用，DOM組分中的各種酸性物質(zhì)逐漸被分解，pH上升。

2.3 不同腐解階段DOM對(duì)不同土壤呼吸強(qiáng)度的影響

2.3.1 腐解初期（0d—3d）的DOM對(duì)兩種土壤呼吸強(qiáng)度的影響

經(jīng)測(cè)試，茶山和三垟土壤在0d的DOM分別為：101.07mg/kg、203.74 mg/kg，其呼吸強(qiáng)度分別為：385μg/g.d、382μg/g.d，而對(duì)比組(0 mg/kg)的呼吸強(qiáng)度302μg/g.d；茶山和三垟土壤在3d的DOM分別為：70.53mg/kg、87.31 mg/kg，其呼吸強(qiáng)度分別為：372μg/g.d、336μg/g.d，而對(duì)比組(0 mg/kg)的呼吸強(qiáng)度 298μg/g.d。

由此可見茶山和三垟?shù)耐寥篮粑鼜?qiáng)度的變化趨勢(shì)基本相同，即加入0d（24小時(shí)）、3 d DOM后，與對(duì)照組相比，兩者的呼吸強(qiáng)度都有所增加。腐解初期DOM的加入促進(jìn)了茶山和三垟?shù)耐寥赖暮粑?，其原因可能是DOM加入后，增加了土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)了土壤碳的礦化作用，增加易被微生物分解和利用的輕組分有機(jī)碳和輕組分有機(jī)氮，并提高了土壤中微生物數(shù)量，從而增加了土壤碳交換量。周江敏等的研究也表明腐解初期施用秸稈能顯著增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，可為微生物的生長繁殖提供了良好的環(huán)境和豐富的碳源、氮源，促進(jìn)土壤微生物的呼吸，即表現(xiàn)在土壤呼吸強(qiáng)度的增加。

2.3.2 腐解后期（21d）DOM對(duì)土壤呼吸強(qiáng)度的影響

經(jīng)測(cè)試，茶山和三垟土壤在21d的DOM分別為：141.06 mg/kg、174.63mg/kg，其呼吸強(qiáng)度分別為：183μg/g.d、212μg/g.d，而對(duì)比組(0 mg/kg)的呼吸強(qiáng)度189μg/g.d。

由此可見，21d DOM處理過的兩種土壤的呼吸強(qiáng)度與對(duì)照組相比都有明顯下降。根據(jù)有關(guān)研究表明，Ca2+對(duì)土壤溶液高分子量DOM有絮凝作用，由此可推斷，DOM在土壤中的沉淀和吸附作用將導(dǎo)致土壤DOC含量降低，從而使土壤呼吸作用的底物減少，呼吸作用減弱。強(qiáng)學(xué)彩等研究也表明，秸稈中的C可以轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)質(zhì)被土壤固定，成為土壤微生物的一部分，而不以CO2的形式釋放出來。

3 結(jié)語

腐解初期的DOM（0d DOM和3d DOM）對(duì)供試的茶山和三垟兩種土壤有促進(jìn)呼吸作用，而腐解后期的DOM（21d DOM）對(duì)供試的兩種土壤的呼吸強(qiáng)度都有明顯的抑制作用。

秸稈還田可以使大量的DOM進(jìn)入農(nóng)田土壤，秸稈還田初期能顯著提高土壤呼吸作用，秸稈腐解后期即可抑制土壤的呼吸作用，并且隨著時(shí)間的推遲，秸稈還田和保護(hù)性耕作都會(huì)減少農(nóng)田向大氣中CO2的排放，為緩和全球氣候變暖做貢獻(xiàn)。因此農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行秸稈還田，既可減少污染，又可使土壤從碳源變成碳匯，減少大氣中的溫室氣體。

[1]盧萍,單玉華,楊林章等.秸稈還田對(duì)稻田土壤溶液中溶解性有機(jī)質(zhì)的影響[J].土壤學(xué)報(bào)，2006（05）.

[2]周江敏,陳華林,唐東民等.秸稈施用后土壤溶解性有機(jī)質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2008（04）.

[3]強(qiáng)學(xué)彩,袁紅莉,高旺盛.秸稈還田量對(duì)土壤CO2釋放和土壤微生物量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2004（15）.