UV-B 輻射促進(jìn)紅壤水稻土中碳氮轉(zhuǎn)化

徐鵬，王秋敏，2，蔣夢(mèng)蝶，林杉，鄔磊，趙勁松，胡榮桂，3*

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，武漢 430070；2.湖北省襄陽(yáng)市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，湖北 襄陽(yáng) 441000；3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境生態(tài)中心，武漢 430070）

UV-B 輻射促進(jìn)紅壤水稻土中碳氮轉(zhuǎn)化

徐鵬1，王秋敏1，2，蔣夢(mèng)蝶1，林杉1，鄔磊1，趙勁松1，胡榮桂1，3*

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，武漢 430070；2.湖北省襄陽(yáng)市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，湖北 襄陽(yáng) 441000；3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境生態(tài)中心，武漢 430070）

以母質(zhì)相同而有機(jī)質(zhì)含量不同的兩種水稻土（高有機(jī)質(zhì)土，HO；低有機(jī)質(zhì)土，LO）為對(duì)象，研究了三種強(qiáng)度的紫外（UV-B）輻射對(duì)兩種土壤碳、氮轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明：隨著UV-B輻射強(qiáng)度的增加，土壤有機(jī)碳（TOC）含量降低，而可溶性有機(jī)碳（DOC）含量增加；UV-B輻射促進(jìn)了土壤有機(jī)碳的降解和硝態(tài)氮的增加。在高強(qiáng)度的UV-B（2.83 W·m-2）輻射處理96 h后，LO和HO土壤的TOC含量分別減少了9.89%和10.16%，而DOC含量分別提高了39.24%和50.50%；同樣輻射條件下，LO和HO土壤NO-3-N含量分別比接受輻射前增加了74.48%和81.87%。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為了保護(hù)土壤碳庫(kù)，減少氮素?fù)p失，應(yīng)盡量避免地表裸露以降低UV-B輻射對(duì)土壤碳、氮轉(zhuǎn)化的影響。

UV-B輻射；稻田土；碳、氮轉(zhuǎn)化；總有機(jī)碳（TOC）；可溶性有機(jī)碳（DOC）

氣候變暖和臭氧層破壞是當(dāng)前全球面臨的重大環(huán)境問(wèn)題之一[1]。工業(yè)革命以來(lái)排放到大氣中的氯氟烴和氮氧化物的急劇增加，導(dǎo)致了臭氧層變薄及臭氧空洞的出現(xiàn)，進(jìn)而使到達(dá)地面的太陽(yáng)紫外輻射增強(qiáng)[2]。研究表明，大氣平流層臭氧每減少1%，到達(dá)地面的太陽(yáng)紫外輻射增加2%[3]。不同強(qiáng)度的紫外輻射中，對(duì)地球生物造成直接影響的紫外輻射主要是UV-B波段的輻射[4]。該輻射的增強(qiáng)不僅降低作物光合與蒸騰速率[5]，影響作物生理生化過(guò)程[6]，減少作物產(chǎn)量[7]，同時(shí)也改變土壤微生物的組成與活性[8-9]，進(jìn)而影響土壤呼吸[10]。

作為陸地碳、氮庫(kù)的土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)最重要的組成部分，且含有大量碳和氮，而土壤生態(tài)系統(tǒng)的碳氮循環(huán)轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定性直接關(guān)系到陸地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，并在全球變暖等重要環(huán)境問(wèn)題中起著關(guān)鍵作用。UV-B輻射增強(qiáng)可直接或間接地影響土壤系統(tǒng)中碳、氮的輸入和輸出，最終影響整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳、氮循環(huán)過(guò)程[11]。Austin等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在一些干旱地帶，UV-B輻射可使碳的輸出加劇，而水分條件充足的濕熱生態(tài)系統(tǒng)對(duì)UV-B輻射增強(qiáng)的響應(yīng)不明顯[13]。婁運(yùn)生等[14]研究發(fā)現(xiàn)，UV-B輻射可增加大麥根區(qū)土壤有效氮含量和微生物碳、氮量。Skjemstad等[15]則指出UV-B輻射可打破土壤有機(jī)質(zhì)和礦物之間的連接，消除礦物對(duì)有機(jī)質(zhì)的保護(hù)作用。目前UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)作物地上部影響方面（如生長(zhǎng)發(fā)育、生理生化等）的研究較多，但UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)地下部土壤生態(tài)過(guò)程和物質(zhì)轉(zhuǎn)化的影響方面研究相對(duì)較少。不過(guò)，李亞玉[16]的研究表明UV-B輻射增強(qiáng)促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的降解，胡正華等[17]的研究表明UV-B輻射增強(qiáng)抑制了土壤-作物系統(tǒng)的呼吸作用。那么UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)土壤的碳、氮轉(zhuǎn)化有何影響呢？鑒于此，本文在室內(nèi)條件下模擬紫外輻射研究UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)土壤碳、氮轉(zhuǎn)化的影響，以期為進(jìn)一步完善UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳、氮循環(huán)影響方面的理論提供支撐。

1 材料和方法

1.1 供試土壤

供試土壤為第四紀(jì)紅土母質(zhì)發(fā)育的紅壤，采自湖北省黃石市陽(yáng)新縣白沙鎮(zhèn)土庫(kù)村試驗(yàn)區(qū)（115°04′E，29°56′N，海拔232 m），該試驗(yàn)區(qū)年均氣溫16.8℃，年均降雨量1 389.6 mm。按S形路線隨機(jī)選取8個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行取樣，取表層土（0～15 cm），將采集的兩種鮮土樣（低有機(jī)質(zhì)水稻土和高有機(jī)質(zhì)水稻土）分別混合均勻，一部分?jǐn)偡攀覂?nèi)通風(fēng)處，自然風(fēng)干后過(guò)100目篩，用于測(cè)定土壤全碳和全氮，余下的部分分別用自封袋收集，置于4℃冰箱冷藏，用于UV-B輻射實(shí)驗(yàn)。土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以低有機(jī)質(zhì)土和高有機(jī)質(zhì)土為研究對(duì)象，分別稱取15.00 g鮮土于高溫滅菌的玻璃培養(yǎng)皿中，按實(shí)驗(yàn)需要，將稱取的鮮土置于光化學(xué)反應(yīng)箱內(nèi)，同時(shí)控制箱內(nèi)溫度為25℃左右，箱的三邊和頂部均用加厚鋁箔包好，防止環(huán)境中其他雜質(zhì)光線射入箱體。輻射能量用紫外輻射光強(qiáng)計(jì)（臺(tái)灣迅馳光學(xué)儀器有限公司）測(cè)定，UV-B輻射強(qiáng)度分別設(shè)為0.44、1.54、2.83 W·m-2，其中0.44 W·m-2為對(duì)照組，在三種UV-B輻射強(qiáng)度下分別連續(xù)照射96 h，并在照射0、12、24、36、48、72 h和96 h取樣。每個(gè)時(shí)間點(diǎn)均設(shè)有3個(gè)平行組。分別測(cè)定樣品的總有機(jī)碳（TOC）、可溶性有機(jī)碳（DOC）、硝態(tài)氮（NO3--N）、銨態(tài)氮（NH4+-N）含量。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 土壤TOC的測(cè)定

在壓好模型的鋁箔中稱取10 mg左右過(guò)100目篩的水稻風(fēng)干土，壓成片狀后，將其放入VarioTOC總有機(jī)碳分析儀加熱樣品室中進(jìn)行測(cè)定[18]。

1.3.2 土壤DOC的測(cè)定

取待測(cè)土樣，放入50 mL離心管中，按土水比（質(zhì)量體積比）1∶5的比例加入對(duì)應(yīng)量的超純水。加塞在300 r·min-1搖床中振蕩60 min，然后在5000 r·min-1離心機(jī)離心10 min，最后用0.45 μm的微孔濾膜抽濾，濾液用VarioTOC總有機(jī)碳分析儀進(jìn)行測(cè)定[18]。

1.3.3 土壤全氮的測(cè)定

土壤樣品經(jīng)高錳酸鉀和還原鐵粉處理后在混合加速劑的參與下，用濃硫酸消煮，之后用超純水轉(zhuǎn)入開(kāi)氏反應(yīng)器中，堿化后蒸餾法分離出的氨再用硼酸吸收，以標(biāo)準(zhǔn)酸溶液滴定，計(jì)算土壤全氮含量[19]。

1.3.4 土壤NO3--N、NH4+-N的測(cè)定

取待測(cè)土樣，以土液比（質(zhì)量體積比）為1∶5加入對(duì)應(yīng)量的1 mol·L-1的KCl溶液，加塞振蕩1 h后，用慢性濾紙過(guò)濾，取上清液測(cè)樣，上流動(dòng)注射分析儀測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與繪圖，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行顯著性檢測(cè)和多重比較（LSD檢驗(yàn)）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同UV-B輻射強(qiáng)度對(duì)土壤TOC的影響

不同輻射強(qiáng)度下低有機(jī)質(zhì)、高有機(jī)質(zhì)兩土中TOC含量逐漸降低，在實(shí)驗(yàn)初期下降迅速（圖1）。UV－B輻射強(qiáng)度對(duì)低有機(jī)質(zhì)土中TOC分解無(wú)顯著影響，不同輻射強(qiáng)度間土壤總有機(jī)碳含量差異不顯著。而UV－B輻射強(qiáng)度對(duì)高有機(jī)質(zhì)土中TOC分解有顯著影響，不同輻射強(qiáng)度間TOC含量差異顯著（P＜0.05），在經(jīng)過(guò)0.44、1.54、2.83 W·m－2三種輻射強(qiáng)度照射96 h后，高有機(jī)質(zhì)土中TOC分別達(dá)到29.44、27.87、27.53 g·kg－1，與初始時(shí)刻（0 h）相比，分別減少了3.39%、9.05%、10.16%。UV－B輻射增強(qiáng)顯著提高了高有機(jī)質(zhì)土中TOC的分解速率。

表1 試驗(yàn)土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of the experimental soils

2.2 不同UV－B輻射強(qiáng)度對(duì)土壤DOC的影響

不同輻射強(qiáng)度下低有機(jī)質(zhì)、高有機(jī)質(zhì)兩土中DOC含量逐漸增加，在實(shí)驗(yàn)初期增加迅速（圖2）。UV－B輻射強(qiáng)度對(duì)兩土中DOC含量都有顯著影響，UV－B輻射增強(qiáng)顯著促進(jìn)了土壤中DOC的生成。在經(jīng)過(guò)0.44、1.54、2.83 W·m－2三種輻射強(qiáng)度照射96 h后，低有機(jī)質(zhì)土中DOC分別達(dá)到10.45、12.10、12.62 mg·kg－1，與初始時(shí)刻（0 h）相比，分別增加了15.28%、33.52%、39.24%；高有機(jī)質(zhì)土中DOC分別達(dá)到16.04、 17.77、22.19 mg·kg－1，與初始時(shí)刻（0 h）相比，分別增加了8.76%、20.49%、50.50%。

2.3 不同UV－B輻射強(qiáng)度對(duì)土壤NO3－－N的影響

不同UV－B輻射強(qiáng)度下低有機(jī)質(zhì)、高有機(jī)質(zhì)兩土中NO3－－N含量逐漸增加（圖3）。UV－B輻射強(qiáng)度對(duì)兩土中NO3－－N的含量有顯著影響，且在高有機(jī)質(zhì)土中不同輻射強(qiáng)度間NO3－－N含量差異顯著（P＜0.05）。經(jīng)過(guò)0.44、1.54、2.83 W·m－2三種輻射強(qiáng)度照射96 h后，低有機(jī)質(zhì)土中NO3－－N分別達(dá)到14.61、14.82、18.11 mg·kg－1，與初始時(shí)刻（0 h）相比，分別增加了40.77%、42.80%、74.48%；高有機(jī)質(zhì)土中NO3－－N分別達(dá)到25.25、28.42、30.16 mg·kg－1，與初始時(shí)刻（0 h）相比，分別增加了52.31%、71.45%、81.87%。

2.4 不同UV－B輻射強(qiáng)度對(duì)土壤NH4+－N的影響

圖1 不同UV－B輻射強(qiáng)度下TOC含量隨時(shí)間變化情況Figure 1 The variations of TOC over time at different radiation dose levels

圖2 不同UV－B輻射強(qiáng)度下DOC含量隨時(shí)間變化情況Figure 2 The variations of DOC over time at different radiation dose levels

圖3 不同UV-B輻射強(qiáng)度下NO-3-N含量隨時(shí)間變化情況Figure 3 The variations of NO-3-N over time at different radiation dose levels

不同UV－B輻射強(qiáng)度下低有機(jī)質(zhì)土和高有機(jī)質(zhì)土中NH4+－N含量變化不一致（圖4）。UV－B輻射強(qiáng)度對(duì)兩土中NH4+－N含量有顯著影響，且低有機(jī)質(zhì)、高有機(jī)質(zhì)兩土NH4+－N含量分別在不同輻射強(qiáng)度間差異顯著（P＜0.05）。經(jīng)過(guò)0.44 W·m－2和2.83 W·m－2輻射強(qiáng)度照射96 h后，與初始時(shí)刻（0 h）相比，低有機(jī)質(zhì)土壤中NH4+-N分別增加34.69%、38.31%，而經(jīng)過(guò)1.54 W·m-2輻射強(qiáng)度照射96 h后，則減少6.80%；高有機(jī)質(zhì)土中NH4+-N含量均隨時(shí)間增加而不斷減少，在經(jīng)過(guò)0.44、1.54、2.83 W·m-2三種輻射強(qiáng)度照射96 h后，高有機(jī)質(zhì)土中NH4+-N分別達(dá)到5.90、3.66、2.86 mg·kg-1，與初始時(shí)刻（0 h）相比，分別減少了27.54%、54.99%、64.86%。

2.5 各指標(biāo)間相關(guān)性分析

將兩種土壤不同輻射強(qiáng)度下的土壤指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示。低有機(jī)質(zhì)土中TOC與DOC、NO3--N呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，而DOC與NO3--N呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。高有機(jī)質(zhì)土中TOC與DOC、NO3--N呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與NH4+-N呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；而DOC與NO3--N呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與NH4+-N呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；NO3--N與NH4+-N呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖4 不同UV-B輻射強(qiáng)度下土中NH+4-N含量隨時(shí)間變化情況Figure 4 The variations of NH+4-N over time at different radiation dose levels

表2 不同UV-B輻射強(qiáng)度下各指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果Table 2 Correlation analysis of different index at different radiation dose levels

3 討論

3.1 UV-B輻射對(duì)土壤有機(jī)碳降解的影響

不同UV-B輻射強(qiáng)度下，低有機(jī)質(zhì)土和高有機(jī)質(zhì)土中TOC隨時(shí)間的變化情況，說(shuō)明UV-B輻射是影響土壤TOC變化的一個(gè)重要因素。因?yàn)閁V-B輻射可破壞土壤有機(jī)質(zhì)與礦物之間的連接（礦物通過(guò)它們巨大的表面積和擁有的多種活性位點(diǎn)與有機(jī)化合物結(jié)合），進(jìn)而消除土壤礦物對(duì)有機(jī)質(zhì)的保護(hù)作用[15]。此外，UV-B輻射不但能夠影響土壤團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)的變化，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)光化學(xué)氧化，還能促使大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化成易溶于水、能被微生物迅速利用的小分子有機(jī)物[20-21]。不同輻射強(qiáng)度下兩土壤中TOC含量差異顯著性的不同可能與土壤性質(zhì)有關(guān)，因?yàn)樵谟袡C(jī)質(zhì)含量高的土壤中，NO3--N含量較高，在UV-B輻射下，NO3--N發(fā)揮光敏劑的作用，促進(jìn)了土壤碳的溶解[16]；且有機(jī)質(zhì)含量高的土壤中腐植酸含量也高，腐植酸可將吸收的紫外光能量傳遞給氧分子而形成氧基和羥基自由基，從而引發(fā)土壤中化學(xué)物質(zhì)的光降解[22]。兩種土壤中，DOC含量隨UV-B輻射時(shí)間的增加而增加，且輻射越強(qiáng)，DOC含量越高，因?yàn)橥寥乐蠺OC在輻射后轉(zhuǎn)化為其他形式碳化合物過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量DOC[23]。另一方面，NO3--N在發(fā)揮光敏劑的作用過(guò)程中促進(jìn)了大分子有機(jī)物的礦化產(chǎn)生DOC[16]。此外，UV-B輻射可改變有機(jī)體的生物可利用性[24]，使得微生物更容易將有機(jī)質(zhì)分解成小分子釋放到土壤中[25]。

3.2 UV-B輻射對(duì)土壤氮的影響

不同UV-B輻射強(qiáng)度下，低有機(jī)質(zhì)土和高有機(jī)質(zhì)土中無(wú)機(jī)氮隨時(shí)間的變化情況，說(shuō)明UV-B輻射是影響土壤無(wú)機(jī)氮變化的一個(gè)重要因素，UV-B輻射強(qiáng)度越強(qiáng)，無(wú)機(jī)氮含量變化越劇烈。因?yàn)橥寥烙袡C(jī)質(zhì)在礦化過(guò)程中產(chǎn)生無(wú)機(jī)氮，并主要以氧化態(tài)的NO3--N存在[26]。此外，UV-B輻射可通過(guò)影響土壤的化學(xué)組成來(lái)改變土壤生態(tài)系統(tǒng)中微生物數(shù)量[27]，李元等[8]發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度UV-B輻射能增加根際土壤亞硝酸細(xì)菌和硝化細(xì)菌數(shù)量，本試驗(yàn)中UV-B輻射強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，可能隨著輻射強(qiáng)度的增加參與硝化作用的細(xì)菌數(shù)量增加，從而促進(jìn)土壤硝化作用[28]，導(dǎo)致NO3--N含量的增加。在UV-B輻射下，有機(jī)質(zhì)礦化同時(shí)也會(huì)生成NH4+-N，但UV-B輻射同時(shí)也促進(jìn)NH4+-N的繼續(xù)氧化，所以在整個(gè)輻射過(guò)程中，NH4+-N總體上是減少的。雖然UV-B輻射能夠促進(jìn)土壤硝化作用，但在低有機(jī)質(zhì)土中，由于初始NH4+-N含量低，并且土壤pH（5.63）也較低，硝化作用在一定程度上受到抑制[29]，雖接收同樣強(qiáng)度的UV-B輻射，但硝化作用不強(qiáng)烈[28]，NH4+-N生成速率大于消耗速率，故NH4+-N表現(xiàn)增加趨勢(shì)。而高有機(jī)質(zhì)土中，由于初始NH4+-N含量較高，且土壤pH（6.46）更適合硝化作用的進(jìn)行[29]，經(jīng)UV-B輻射后，土壤硝化作用強(qiáng)烈[28]，NH4+-N消耗速率大于生成速率，導(dǎo)致高有機(jī)質(zhì)土中NH4+-N最終減少。

3.3 UV-B輻射對(duì)土壤碳、氮耦合的影響

土壤中碳、氮代謝關(guān)系密切，兩者相互制約。在UV-B輻射對(duì)土壤碳的影響中，UV-B輻射強(qiáng)度越強(qiáng)，TOC降幅越大，說(shuō)明土壤有機(jī)質(zhì)礦化越劇烈。已有文獻(xiàn)報(bào)道土壤有機(jī)碳的礦化伴隨著土壤有機(jī)氮的礦化[30]。本實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到，UV-B輻射強(qiáng)度越強(qiáng)，無(wú)機(jī)氮含量變化越劇烈，證實(shí)有機(jī)質(zhì)確實(shí)發(fā)生了礦化，有機(jī)質(zhì)礦化過(guò)程中大量有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮。對(duì)兩土壤碳、氮指標(biāo)相關(guān)性分析（表2）可知，兩土壤中TOC與NO3--N都呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，且高有機(jī)質(zhì)土中TOC與NH4+-N呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。這進(jìn)一步說(shuō)明了碳、氮的耦合關(guān)系。

4 結(jié)論

（1）UV-B輻射增強(qiáng)促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的礦化，且輻射強(qiáng)度越強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)礦化越劇烈，即土壤TOC減少得越快。

（2）UV-B輻射強(qiáng)度促進(jìn)了無(wú)機(jī)態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，特別是促進(jìn)了NO3--N的生成，且輻射強(qiáng)度越強(qiáng)，生成NO3--N的含量越高；但對(duì)于NH4+-N，輻射越強(qiáng)，低有機(jī)質(zhì)土中NH4+-N含量有增加趨勢(shì)，高有機(jī)質(zhì)土中NH4+-N含量降幅越大。

因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)盡量避免地表裸露，以降低UV-B輻射對(duì)土壤碳、氮轉(zhuǎn)化的影響，進(jìn)而保護(hù)土壤碳庫(kù)。

[1]IPCC.Climate change 2007：The physical science basis.Contribution of working group I to the fourth assessment.Report of the intergovernmental pannel on climate change[R].Cambridge：Cambridge University Press, 2007.

[2]胡正華,凌慧,陳書濤,等.UV-B增強(qiáng)對(duì)稻田呼吸速率、CH4和N2O排放的影響[J].環(huán)境科學(xué),2011,32（10）：3018-3022.

HU Zheng-hua,LING Hui,CHEN Shu-tao,et al.Impacts of enhanced UV-B radiation on respiration rate,CH4and N2O emission fluxes from rice paddy[J].Environment Science,2011,32（10）：3018-3022.

[3]Kerril B.Evidence for large upward trends of ultraviolet-B radiation lined to ozone depletion[J].Science,1994,262：1032-1034.

[4]王少彬,蘇維瀚,魏鼎文.太陽(yáng)紫外線的生物有效輻射與大氣臭氧含量減少的關(guān)系[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),1993.13（1）：114-119.

WANG Shao-bin,SU Wei-han,WEI Ding-wen.Biologically effective radiation of solar ultraviolet radiation and the depletion of ozone layer[J].Acta Scientiae Circumstantiae,1993,13（1）：114-119.

[5]Yang S H,Wang L J,Li S H,et al.The effects of UV-B radiation on photosynthesis in relation to PhotosystemⅡphotochemistry,thermal dissipation and antioxidant defenses in winter wheat（Triticum aestivum L.）seedlings at different growth temperatures[J].Functional Plant Biology, 2007,34（10）：907-917.

[6]Pandey J,Kanambari C.Effects of enhanced UV-B radiation on physiological and biochemical characteristics of wheat[J].Research on Crops, 2007,8（2）：401-405.

[7]Yao Y N,Xuan Z Y,Li Y,et al.Effects of ultraviolet-B radiation on crop growth,development,yield and leaf pigment concentration of tartarybuckwheat（Fagopyrum tataricum）under field conditions[J].European Journal of Agronomy,2006,25：215-222.

[8]李元,楊濟(jì)龍,王勛陵.紫外輻射增強(qiáng)對(duì)春小麥根際土壤微生物種群數(shù)量的影響[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),1999,19（2）：157-160.

LI Yuan,YANG Ji-long,WANG Xun-ling.Enhanced ultraviolet radiation impacts on the number of spring wheat rhizosphere microorganisms [J].China Environmental Science,1999,19（2）：157-160.

[9]Johnson D,Campbell C D,Lee J A,et al.Nitrogen storage（communication arising）：UV-B radiation and soil microbial communities[J].Nature,2003,423（6936）：137-138.

[10]陳書濤,胡正華,李涵茂,等.紫外（UV-B）輻射增強(qiáng)對(duì)拔節(jié)-孕穗期小麥植株呼吸和土壤呼吸的溫度敏感性的影響[J].環(huán)境科學(xué), 2009,30（5）：1249-1254.

CHEN Shu-tao,HU Zheng-hua,Li Han-mao,et al.Temperature sensitivity of wheat plant respiration and soil respiration influenced by increased UV-B radiation from elongation to flowering periods[J].Environment Science,2009,30（5）：1249-1254.

[11]柳淑蓉,胡榮桂,蔡高潮.UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2012,23（7）：1992-1998.

LIU Shu-rong,HU Rong-gui,CAI Gao-chao.Effects of enhanced UVB radiation on terrestrial ecosystem carbon cycle：A review[J].Chinese Journal Applied Ecology,2012,23（7）：1992-1998.

[12]Austin A T,Vivanco L.Plant litter decomposition in a semi-arid ecosystem controlled by photodegradation[J]．Nature,2006,442（7102）：555-558.

[13]Adair E C,Parton W J,Del Grosso S J,et al.Simple three-pool model accurately describes patterns of long-term litter decomposition in diverse climates[J].Global Change Biology,2008,14（11）：2636-2660.

[14]婁運(yùn)生,程煥友,王恩眷,等.UV-B輻射增強(qiáng)下施氮對(duì)大麥微生物量碳、氮的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2010,26（13）：219-224.

LOU Yun-sheng,CHENG Huan-you,WANG En-juan,et al.Effects of enhanced ultraviolet-B radiation and nitrogen levels on microbial biomass carbon and nitrogen of barley[J].Chinese Agricultural Science Bulletin,2010,26（13）：219-224.

[15]Skjemstad J O,Janik L J,Head M J,et al.High energy ultraviolet photo-oxidation：A novel technique for studying physically protected organic matter in clay-and silt-sized aggregates[J].J Soil Sci,1993,44（3）：485-499.

[16]李亞玉.光照對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性的影響[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 2015：20-25.

LI Ya-yu.Effect of light on the stability of soil organic matter[D]. Wuhan：Huazhong Agriculture University,2015：20-25.

[17]胡正華,楊燕萍,陳書濤,等.UV-B輻射增強(qiáng)與秸稈施用對(duì)土壤-冬小麥系統(tǒng)CO2排放的影響[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2010,30（8）：1130-1134.

HU Zheng-hua,YANG Yan-ping,CHEN Shu-tao,et al.Combined effect of enhanced UV-B radiation and straw addition on CO2emission from soil-winter wheat system[J].China Environmental Science,2010, 30（8）：1130-1134.

[18]李忠佩,張?zhí)伊?陳碧云.可溶性有機(jī)碳含量動(dòng)態(tài)及其與土壤有機(jī)碳礦化的關(guān)系研究[J].土壤學(xué)報(bào),2004,41（4）：544-551．

LI Zhong-pei,ZHANG Tao-lin,CHEN Bi-yun.Dynamics of soluble organic carbon and its relation to mineralization of soil organic carbon [J].Acta Pedologica Sinica,2004,41（4）：544-551.

[19]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].三版.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2000：42-48.

BAO Shi-dan.Soil agro-chemistrical analysis[M].3rd Edition.Beijing：China Agriculture Press,2000：42-48.

[20]Feng X,Hills K M,Simpson A J,et al.The role of biodegradation and photo-oxidation in the transformation of terrigenous organic matter[J].Org Geochem,2011,42（3）：262-274.

[21]Skjemstad J O,Krull E,Swift R,et al.Mechanisms of protection of soil organic matter under pasture following clearing of rainforest on an Oxisol[J].Geoderma,2008,143（3/4）：231-242.

[22]黃耀,劉世梁.環(huán)境因子對(duì)農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)碳分解的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2002,13（6）：709-714.

HUANG Yao,LIU Shi-liang.Influence of environmental factors on the decomposition of organic carbon in agricultural soils[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2002,13（6）：709-714.

[23]劉德燕,宋長(zhǎng)春,王麗,等.外源碳輸入對(duì)濕地土壤有機(jī)碳礦化及可溶性有機(jī)碳的影響[J].環(huán)境科學(xué),2008,29（12）：3525-3530.

LIU De-yan,SONG Chang-chun,WANG Li,et al.Exogenous nitrogen enrichment impact on the carbon mineralization and DOC of the freshwater marsh soil[J].Environment Science,2008,29（12）：3525-3530.

[24]Zepp R G,EricksonⅢD J,Paul N D,et al.Interactive effects of solar UV radiation and climate change on biogeochemical cycling[J].Photochem Photobio Sci,2007,6：286-300.

[25]Konstantinou I K,Zarkadis A K,Albanis T A.Photodegradation of selected herbicides in various natural waters and soils under environmental conditions[J].J Environ Qual,2001,30（1）：121-130.

[26]馬力,楊林章,肖和艾,等.長(zhǎng)期施肥和秸稈還田對(duì)紅壤水稻土氮素分布和礦化特性的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2011,17（4）：898-905.

MA Li,YANG Lin-zhang,XIAO He-ai,et al.Effects of long-term fertilization and straw returning on distribution and mineralization of nitrogen in paddy soil in subtropical China[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science,2011,17（4）：898-905.

[27]祖艷群,魏蘭芳,楊濟(jì)龍,等.紫外輻射增加對(duì)40個(gè)割手密無(wú)性系土壤微生物種群數(shù)量動(dòng)態(tài)和多樣性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2005,24（1）：6-11.

ZU Yan-qun,WEI Lan-fang,YANG Ji-long,et al.Effects of UV-B radiation on population dynamic and diversity of 40 wild sugarcane（Saccharum．spontaneumL.）clones rhizosphere microorganisms[J].Journal of Agro-Environment Science,2005,24（1）：6-11.

[28]胡正華,楊燕萍,李涵茂,等.UV-B輻射增強(qiáng)與秸稈施用對(duì)土壤-大豆系統(tǒng)呼吸速率和N2O排放的影響[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2010,30（4）：539-543.

HU Zheng-hua,YANG Yan-ping,LI Han-mao,et al.Combined effect of enhanced UV-B radiation and straw addition on respiration rate and N2O emission from soil-soybean system[J].China Environmental Science,2010,30（4）：539-543.

[29]封克,王子波,王小治,等.土壤pH變化對(duì)硝酸根還原過(guò)程N(yùn)2O產(chǎn)生的影響[J].土壤學(xué)報(bào),2004,41（1）：81-86.

FENG Ke,WANG Zi-bo,WANG Xiao-zhi,et al.Effect of soil pH on N2O production in nitrate reduction[J].Acta Pedologica Sinica,2004, 41（1）：81-86.

[30]Khalil M I,Hossain M B,Schmidhalter U.Carbon and nitrogen mineralization in different upland soils of the subtropics treated with organic materials[J].Soil Biology&Biochemistry,2005,37（8）：1507-1518.

UV-B radiation facilitates the transformation of carbon and nitrogen in red paddy soils

XU Peng1,WANG Qiu-min1,2,JIANG Meng-die1,LIN Shan1,WU Lei1,ZHAO Jin-song1,HU Rong-gui1,3*
（1 College of Resources and Environment,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China;2.Xiangyang Environmental Monitoring Station,Hubei,Xiangyang 441000,China;3.Ecological Environment Center,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China）

Two red paddy soils developed out of the same parental material with contrasting content of soil organic matter were selected to study the effects of UV-B radiation on soil carbon and nitrogen transformation.Results showed that soil total organic carbon（TOC）content decreased while dissolved organic carbon（DOC）content increased with increasing UV-B radiation level.UV-B radiation facilitated soil organic carbon decomposition and increased soil nitrate.Exposed to the strongest UV-B radiation（2.83 W·m-2）for 96 h caused that TOC decreased by 9.89%and 10.16%,DOC increased by 39.24%and 50.50%,and NO-3-N increased by 74.48%and 81.87%in soils with low and high content of organic matter,respectively.Therefore,in order to protect the carbon pool and reduce nitrogen lose in the agricultural practice,the soil surface should avoid exposing to UV-B radiation as much as possible.

UV-B radiation;paddy soils;carbon/nitrogen transformation;total organic carbon（TOC）;dissolved organic carbon（DOC）

X53

A

1672-2043（2017）04-0793-06

10.11654/jaes.2016-1403

2016－11－03

徐鵬（1991—），男，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)溫室氣體減排方面的研究。E-mail：xupengstu192@163.com

*通信作者：胡榮桂E-mail：rghu@mail.hzau.edu.cn

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金（2662016PY098）

Project supported：The Fundamental Research Funds for the Central Universities（2662016PY098）

徐鵬，王秋敏，蔣夢(mèng)蝶，等.UV-B輻射促進(jìn)紅壤水稻土中碳氮轉(zhuǎn)化[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017,36（4）：793-798.

XU Peng,WANG Qiu-min,JIANG Meng-die,et al.UV-B radiation facilitates the transformation of carbon and nitrogen in red paddy soils[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36（4）:793-798.