旱地和水田土壤DOC吸附－解吸對pH的響應(yīng)

梁承明，鄭小東，徐學(xué)池，陳香碧，胡亞軍，梁士楚，蘇以榮*

（1. 廣西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004；2. 中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410125）

旱地和水田土壤DOC吸附－解吸對pH的響應(yīng)

梁承明1, 2，鄭小東2，徐學(xué)池2，陳香碧2，胡亞軍2，梁士楚1，蘇以榮2*

（1. 廣西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004；2. 中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410125）

為揭示pH對農(nóng)田土壤DOC吸附-解吸的影響，以亞熱帶紅壤區(qū)旱地和水田土壤為研究對象，采用室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，對兩種土壤添加不同DOC量后分別在pH 4、pH 6和pH 8條件處理下的吸附和解吸試驗(yàn)進(jìn)行研究，分析不同pH反應(yīng)條件下土壤對DOC的吸附和解吸過程，并計(jì)算土壤對DOC吸附和解吸的參數(shù)，探討DOC吸附和解吸對pH的響應(yīng)，初步探析吸附對DOC組成的影響。結(jié)果表明，同一土壤在pH 4、pH 6和pH 8條件下對DOC的吸附量差異顯著（P＜0.05）。隨著DOC初始濃度的增加，在pH 4、pH 6和pH 8條件下旱地土壤對DOC的平均吸附量為4.90、2.98和8.86 mg/g，水田土壤對DOC的平均吸附量為4.12、3.10和8.90 mg/g。土壤DOC吸附方程的擬合效果受到pH的顯著影響。吸附平衡后，DOC溶液的單位吸光度值E254、E260、E272和E280（芳香性、疏水性組分）的變化率隨pH增加而降低。兩種土壤對DOC芳香性、疏水性組分的吸附能力受土壤類型影響較小，但受土壤環(huán)境pH的影響顯著。兩種土壤對DOC的解吸量隨pH升高而降低。酸性條件下（pH 4），DOC的凈吸附量旱地土壤顯著大于水田土壤，但在pH 6和pH 8時(shí)兩種土壤的凈吸附量差異不顯著。由于紅壤區(qū)兩種土壤多呈酸性，這可能是造成紅壤區(qū)旱地和水田土壤DOC含量差異的主要原因之一。

可溶性有機(jī)碳；吸附；解吸；pH；旱地土壤；水田土壤

可溶性有機(jī)碳（dissolved organic carbon，DOC）是指土壤經(jīng)水溶液浸提后，能通過0.45 μm濾膜、結(jié)構(gòu)不均一、分子大小不同的有機(jī)質(zhì)的連續(xù)統(tǒng)一體，是土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)的重要中間產(chǎn)物[1]。它的周轉(zhuǎn)和遷移將土壤中的礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)與生物成分聯(lián)系在一起，通過物理或化學(xué)作用改變其環(huán)境行為，調(diào)節(jié)溫室氣體的排放和土壤養(yǎng)分流失，指示土壤質(zhì)量，并對成土過程、微生物的生長代謝過程、土壤有機(jī)質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化過程有著重要作用[2-3]。旱地和水田是我國南方紅壤區(qū)較為常見的兩種土地利用方式，研究表明，這兩種土壤的DOC含量有很大差異，并且旱地土壤DOC中的紫外吸光值E280（芳香性組分）高于水田土壤[4]。土壤DOC差異的產(chǎn)生與其來源和去向（如礦化、吸附等）密切相關(guān)，但其差異產(chǎn)生的機(jī)理尚未有統(tǒng)一的結(jié)論[5]。

目前，關(guān)于紅壤區(qū)水田和旱地土壤DOC含量差異產(chǎn)生的研究報(bào)道主要集中在微生物作用和水分對DOC礦化的影響、土地利用方式和光照條件對DOC轉(zhuǎn)化的影響等[6-9]。吸附作用是土壤DOC的重要去向，研究表明，最終被土壤吸附保存為土壤有機(jī)碳的DOC量約占DOC各去向總和的一半[10]，并且土壤對DOC中各組分的吸附具有選擇性[11]，因此，吸附作用在土壤DOC周轉(zhuǎn)過程中的作用不容忽視。水田和旱地土壤長期受到人為因素的強(qiáng)烈干擾，導(dǎo)致土壤性質(zhì)產(chǎn)生分異，由此影響兩種土壤對DOC的吸附。土壤DOC吸附與環(huán)境體系pH緊密相關(guān)，由于土壤類型不同，環(huán)境pH對DOC吸附的影響也不同。李太魁等[12]的研究表明，pH降低有利于土壤DOC的吸附，但Kaiser和Guggenberger[13]的研究認(rèn)為pH對土壤DOC的吸附?jīng)]有顯著影響。為了明確pH對亞熱帶區(qū)域農(nóng)田土壤DOC吸附-解吸的影響，本文擬選取紅壤區(qū)旱地和水田土壤為研究對象，采用室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，對兩種土壤在酸性、偏中性和堿性條件下的DOC吸附和解吸進(jìn)行研究，分析土壤對DOC的吸附量、解吸量和吸附平衡后DOC芳香性組分變化等相關(guān)指標(biāo)，探討DOC吸附和解吸對pH的響應(yīng)，并初步探析吸附對DOC組成的影響，以完善紅壤區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤碳循環(huán)理論。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤取自湖南省常德市桃源縣，為第四紀(jì)紅壤母質(zhì)發(fā)育而成。于2015年3月，用多點(diǎn)混合法，采集旱地（29°15′49.7″N，111°31′57.5″E）和水田（29°15′22.0″N，111°31′38.1″E）表層（0-20 cm）土壤樣品約2.0 kg，用塑料袋封裝后帶回實(shí)驗(yàn)室，去除其中可見的植物根系和石礫后混勻分成兩部分：一部分過2 mm篩，再風(fēng)干、碾磨，混勻備用；另一部分保存于4 ℃，混勻備用。

供試土壤的基本理化性質(zhì)見表1，測定方法采用常規(guī)土壤分析方法[14]。

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of the tested soils

1.2 DOC溶液及解吸溶液的制備

將收獲新鮮玉米植株材料在60 ℃下烘干、粉碎，與新鮮的水田土壤混合，植株材料與土壤比為5∶1（烘干基）。然后將混合物的質(zhì)量含水量調(diào)節(jié)至淹水條件后，置于20 L的封閉塑料桶中，桶底盛有2 L蒸餾水用以維持桶內(nèi)空氣的飽和濕度。整個(gè)裝置置于25 ℃恒溫培養(yǎng)室中，在黑暗條件下培養(yǎng)30 d。培養(yǎng)結(jié)束后，用超純水浸提3次，每次振蕩浸提1 h。合并浸提液后，過0.45 μm微孔濾膜即為DOC溶液[15]；然后利用冷凍干燥機(jī)（FD5-3B）對浸提液進(jìn)行濃縮。用島津-總有機(jī)碳分析儀（TOC-VWP）測定DOC濃度，于-20 ℃冰箱中保存?zhèn)溆茫舆m量疊氮化鈉抑制微生物活性[12]。

解吸溶液應(yīng)與DOC溶液有相似的無機(jī)成分組成[16]，配制方法為：每升去離子水中加入40.72 mg Ca(NO3)2·4H2O，4.40 mg NaNO3，17.06 mg MgCl2·6H2O和9.07 mg K2SO4。用HCl和NaOH調(diào)節(jié)pH值至4、6和8。

1.3 試驗(yàn)方案

選擇亞熱帶紅壤區(qū)2種典型農(nóng)田土壤（旱地和水田），設(shè)置5個(gè)不同的DOC濃度（100、200、300、450和600 mg/L）和3種不同pH條件（4、6 和8），并設(shè)置空白對照實(shí)驗(yàn)（吸附試驗(yàn)中為土壤+去離子水；解吸試驗(yàn)中為土壤+解吸液），每處理4次重復(fù)，共有288個(gè)處理（吸附試驗(yàn)和解吸試驗(yàn)各有144個(gè)處理）。將40.00 mL的DOC溶液加入到0.400 0 g的土壤中，混合均勻后，在常溫條件下振蕩24 h，離心，過0.45 μm濾膜，測定濾液DOC濃度和吸光值。

試驗(yàn)過程：參考Feng等[17]的方法，采用批量吸附平衡法，將DOC溶液濃度用去離子水稀釋至100、200、300、450和600 mg/L，用HCl和NaOH調(diào)節(jié)pH至4，DOC的濃度以實(shí)測值為準(zhǔn)（分別為101、201、304、448和605 mg/L）。稱取0.400 0 g 過30目篩的風(fēng)干土樣，置于50 mL離心管中，同時(shí)加入40.00 mL DOC溶液，擰緊蓋子，在25 ℃，180 r/min條件下水平振蕩24 h，振蕩結(jié)束后將混合溶液離心，上清液過0.45 μm濾膜，得到吸附平衡后的待測DOC溶液。在50 mL離心管中，加入40.00 mL不含DOC的去離子水，同時(shí)加入0.400 0 g 過30目篩的風(fēng)干土樣，其他條件與上述實(shí)驗(yàn)一致，作為對照。在進(jìn)行pH 6和pH 8條件處理時(shí)，試驗(yàn)操作中與上述過程不同的是用HCl和NaOH分別調(diào)節(jié)pH至6和8，其他試驗(yàn)操作和條件均與上述過程完全一致。根據(jù)DOC的添加量與吸附平衡后溶液中DOC的含量之差，扣除空白，計(jì)算土壤對DOC的吸附量。

所有解吸試驗(yàn)均在吸附試驗(yàn)結(jié)束后馬上進(jìn)行，移除上清液后，往離心管里加入解吸溶液40.00 mL，其他條件保持與吸附試驗(yàn)完全一致，在25 ℃，180 r/min條件下，振蕩24 h，振蕩結(jié)束后將混合溶液離心，上清液過0.45 μm濾膜后得到解吸平衡后的待測DOC溶液。根據(jù)解吸平衡后溶液中DOC的含量，扣除空白，計(jì)算土壤對DOC的解吸量。

1.4 DOC等溫吸附-解吸量測定方法

初始DOC濃度及吸附平衡后DOC濃度的測定：由于DOC濃度偏高，超過標(biāo)準(zhǔn)碳工作曲線（0、20、40、60、80和100 mg/L），需稀釋更高倍數(shù)，故取5 mL DOC溶液于40 mL的樣品瓶中，加入25 mL 50 g/L的六偏磷酸鈉溶液（已調(diào)節(jié)pH 2.0），用封口膜封口，顛倒混勻，上島津-總有機(jī)碳分析儀（TOC-VWP）進(jìn)行測定。

解吸平衡后DOC溶液濃度的測定：取15 mL DOC溶液于40 mL的樣品瓶中，加入15 mL 50 g/L的六偏磷酸鈉溶液，用封口膜封口，顛倒混勻，上島津-總有機(jī)碳分析儀進(jìn)行測定。

吸光度的測定：將DOC溶液濃度統(tǒng)一稀釋至10 mg/L，使用紫外可見分光光度計(jì)（L6020060）在波長254 nm、260 nm、272 nm和280 nm處進(jìn)行測定，用其單位吸光度值（吸光度值與DOC含量的比值）表征DOC芳香性和疏水性組分[18-22]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

土壤對DOC的吸附量的計(jì)算方法為：Qe=(C1-Ce+C0)·V/m式中：Qe為吸附量（mg/g）；C1為DOC初始濃度（mg/L）； Ce為吸附平衡時(shí)濃度（mg/L）；C0為加入等體積去離子水（對照組）吸附平衡時(shí)濃度（mg/L）；V為溶液體積（L）；m為吸附劑烘干基質(zhì)量（g）。

土壤對DOC的解吸量的計(jì)算方法為：

式中：Qd為解吸量（mg/g）；Cd為解吸平衡時(shí)濃度（mg/L）。

常用的吸附平衡模型有IM isotherm方程（1）、Freundlich方程（2）、Langmuir方程（3）、Temkin方程（4）等[23-24]。因此，采用這4種數(shù)學(xué)模型對土壤的吸附等溫線進(jìn)行擬合：

式中：Qe為平衡時(shí)土壤吸附或釋放DOC量（mg/g）；k為回歸系數(shù)（土-水體系中被土壤吸附DOC所占比例，該值常在0-1之間）；C為土-水體系中以土壤質(zhì)量為基礎(chǔ)的DOC初始濃度（mg/g）；b為截距（無DOC加入時(shí)土壤釋放的DOC量，mg/g）。

式中：kF為與吸附容量和吸附強(qiáng)度有關(guān)的常數(shù)；n 為Freundlich平衡參數(shù)，表示吸附強(qiáng)度。

式中：Qm為最大吸附容量（mg/g）；kL為Langmuir平衡參數(shù)。

式中：A、B為擬合常數(shù)。

DOC單位吸光度值的變化率的計(jì)算公式為：

式中：E為單位吸光度值的變化率（%）；A0為吸附前單位吸光度值；A1為吸附后單位吸光度值。

利用SPSS 18.0和origin 8.5軟件對各處理之間相關(guān)指標(biāo)的差異顯著性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 DOC的等溫吸附特征

在25 ℃條件下，隨著DOC初始濃度的增加，旱地土壤在pH4、pH6和pH8條件處理下對DOC的平均吸附量分別為4.90、2.98和8.86 mg/g，水田土壤在pH4、pH6和pH8條件處理下對DOC的平均吸附量分別為4.12、3.10和8.90 mg/g（圖1），表明初始濃度明顯影響著DOC在土壤上的吸附反應(yīng)。在各反應(yīng)條件下，土壤對DOC的吸附量的增加趨勢雖然逐漸趨于平緩，但仍處于上升階段，說明土壤的吸附位點(diǎn)尚未達(dá)到飽和。兩種土壤中DOC的吸附對pH的響應(yīng)趨勢一致，均為pH8＞pH4＞pH6。不同土壤在相同pH條件下，吸附量差異不顯著（P＞0.05）；但同一土壤在不同pH條件下，吸附量差異顯著（P＜0.05）。

圖1 不同pH條件下DOC的等溫吸附線Fig. 1 The adsorption isotherm of DOC under defferent pH

為進(jìn)一步探究土壤對DOC的吸附特征，故分別利用IM isotherm方程、Freundlich方程、Langmuir方程和Temkin方程對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合。在pH4條件下，Langmuir方程對旱地土壤和水田土壤DOC吸附的擬合效果較好，決定系數(shù)R2分別為0.641 和0.478，IM isotherm方程擬合結(jié)果最差（表2）。在pH6和pH8條件下，IM isotherm方程對旱地土壤和水田土壤吸附DOC的擬合效果較好，決定系數(shù)R2在0.652-0.862之間。用Temkin方程預(yù)測的吸附量小于實(shí)際測量值，低估了土壤對DOC的吸附量；選擇Freundlich方程和IM isotherm方程預(yù)測的吸附量隨初始濃度增大而增加，不會(huì)出現(xiàn)吸附飽和情況；用Langmuir方程預(yù)測的吸附量先線性增加后趨于飽和，能預(yù)測土壤對DOC的最大吸附容量。據(jù)此可推測，在pH4條件下，旱地和水田土壤對DOC的最大吸附容量分別為8.214和7.080 mg/g。

2.2 DOC的等溫解吸特征

pH4條件下，旱地和水田土壤對DOC的解吸量顯著高于pH6和pH8（圖2，P＜0.05），隨pH升高，兩種土壤對DOC的解吸量均有降低趨勢。在pH4條件下，水田土壤的解吸量顯著大于旱地土壤（P＜0.05）。在pH6條件下，初始濃度低于450 mg/L時(shí)，兩種土壤的解吸量差異不顯著（P＞0.05）；但初始DOC濃度更高時(shí)，水田土壤的解吸量顯著大于旱地土壤（P＜0.05）。在pH8條件下，兩種土壤的解吸量差異不顯著，變化趨勢基本一致。

表2 DOC等溫吸附方程參數(shù)和相關(guān)系數(shù)Table 2 Parameters and correlation coeff cients of adsorption isotherm equations of DOC

圖2 不同pH條件下DOC的等溫解吸量Fig. 2 The quantities of isothermal desorption of DOC under defferent pH

DOC的吸附量和解吸量、凈吸附量（即吸附量減去解吸量）之間的關(guān)系見表3。吸附量與凈吸附量呈線性正相關(guān)關(guān)系，決定系數(shù)R2在0.988-0.999之間，與解吸量的線性關(guān)系較差。在吸附量與凈吸附量的線性回歸方程中，斜率表示DOC被土壤凈吸附的能力，同等條件下，斜率越大，土壤對DOC的凈吸附能力越強(qiáng)，兩種土壤對DOC的凈吸附能力均為pH4＜pH6＜pH8。此外，本次試驗(yàn)還進(jìn)一步對旱地和水田土壤在相同pH條件下的凈吸附量的數(shù)據(jù)（未列出）進(jìn)行了單因素統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)在pH4時(shí)旱地土壤對DOC的凈吸附量顯著大于水田土壤（F=4.379，P=0.045），兩種土壤在pH6時(shí)（F=0.513，P=0.479）和pH8時(shí)（F=0.017，P=0.897）的凈吸附量差異不顯著。

表3 DOC吸附量與解吸量、凈吸附量間的關(guān)系Table 3 Relationship between the quantity of DOC adsorption and desorption or net adsorption

2.3 吸附對DOC芳香性、疏水性組分的影響

土壤吸附平衡后，DOC溶液在4個(gè)波長下的單位吸光度值：E254、E260、E272和E280的變化情況見表4。結(jié)果顯示，吸附平衡后DOC的E254、E260、E272和E280值與初始值比較均有減小。在同一DOC濃度下，單位吸光度值的減少基本上隨pH升高而降低。統(tǒng)計(jì)分析表明，旱地土壤吸附后，DOC在同一波長下的單位吸光度值的變化率在pH4和pH6時(shí)均顯著大于pH8（P＜0.05），并且在pH4時(shí)的變化率大于pH6（P＞0.05）。水田土壤吸附后，DOC在同一波長下的單位吸光度值的變化率在3個(gè)pH之間均有顯著差異（P＜0.05），并且隨pH增加而降低。在同一pH條件下，旱地和水田土壤在相同波長下的單位吸光度值的變化率雖有差異，但均未達(dá)到顯著水平。

研究表明，E254與可溶性有機(jī)質(zhì)中芳香性部分所占比例成正比；E260與疏水性有機(jī)質(zhì)所占比例成正比；E272與芳香性有機(jī)質(zhì)所占比例和C/H比成正比；E280與芳香性有機(jī)質(zhì)所占比例和平均分子量成正比，與可礦化分解部分成反比[18-22]。DOC的芳香性、C/H比及疏水性往往可以通過上述的光譜特征來表征，吸附平衡后，DOC溶液的E254、E260、E272和E280的變化率越大，表示其芳香性、疏水性和大分子組分在DOC平衡溶液中所占比例變化越大，被土壤吸附固定部分的比例越大。酸性條件有利于芳香性、疏水性和大分子組分在土壤上的吸附。

3 討論

3.1 DOC等溫吸附解吸過程的差異

pH是影響土壤 DOC吸附-解吸的主要因素之一[25]。本文研究發(fā)現(xiàn)，旱地和水田兩種土壤在相同pH條件下對DOC吸附的差異不顯著，但同一土壤在不同pH條件下對DOC的吸附有顯著差異。對于來源于同一母質(zhì)、且地理位置相近的水田和旱地土壤而言，DOC的吸附量受土壤類型的影響較小，但受到pH的影響強(qiáng)烈，這可能與兩種土壤陽離子交換量（CEC）和比表面積（SSA）接近有關(guān)[16, 26]。

表4 吸附前后DOC溶液單位吸光度值的變化Table 4 The changes of unit absorbance values of DOC solution before and after adsorption

大部分紅壤的pH一般在5.0左右，等電點(diǎn)在pH 3.04-3.72之間[27]。已有研究認(rèn)為，在酸性條件下pH對DOC吸附的影響不顯著[13]；但也有研究表明，酸性條件下，DOC吸附量隨pH增加而降低[28-29]。本文結(jié)果顯示，酸性條件下，兩種土壤對DOC的吸附量pH4顯著高于pH6。這可能是因?yàn)檩^低pH條件下，紅壤的可變電荷增加，促使了極性DOC的吸附，但這種靜電引力吸附并不穩(wěn)定，容易發(fā)生解吸[30]；另一種可能是在DOC-土壤體系中，DOC分子官能團(tuán)上離子化的羧基和質(zhì)子化的酚基與粘土礦物表面羥基通過配位交換與土壤表面結(jié)合，結(jié)果有利于吸附[31]。

堿性條件下，DOC的有機(jī)物官能團(tuán)去質(zhì)子化，DOC與土壤中穩(wěn)定性多價(jià)陽離子結(jié)合位點(diǎn)的可利用性增加[32]。研究表明，在低pH 條件下大分子量組分會(huì)優(yōu)先被部分土壤礦物表面吸附，高pH條件下中等分子量組分被吸附[33]。本文結(jié)果表明，堿性條件下的DOC吸附量大于酸性條件，其芳香性、疏水性和大分子組分的變化率卻是小于酸性條件。這說明吸附平衡后，DOC含量與組成的改變可能是由土壤吸附非芳香性、親水性和中小分子組分引起的。

DOC在土壤上的解吸量與吸附量變化規(guī)律不一致，解吸量隨pH升高而降低。結(jié)合吸附量和解吸量分析表明，在pH4時(shí)土壤對DOC的凈吸附量旱地顯著大于水田，在pH6和pH8時(shí)兩種土壤對DOC的凈吸附量差異均不顯著。紅壤區(qū)旱地和水田土壤多呈酸性，這可能是造成紅壤區(qū)旱地和水田土壤DOC含量差異的主要原因之一。在pH4時(shí)，經(jīng)Langmuir方程預(yù)測得到的最大吸附容量均顯著大于兩種土壤DOC實(shí)測值，說明田間條件下可能存在DOC不飽和現(xiàn)象，這種不飽和現(xiàn)象是否與土壤固持有機(jī)碳的機(jī)制有關(guān)，可能是今后關(guān)注的重點(diǎn)。

3.2 吸附對DOC組成的影響

研究表明，DOC的芳香族化合物、疏水性化合物及復(fù)雜大分子等一系列化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的有機(jī)物優(yōu)先被土壤吸附，不易解吸[34-35]。本試驗(yàn)中兩種土壤對DOC中芳香性組分、疏水性組分的吸附能力隨pH增加而降低，這可能與DOC分子的組成、結(jié)構(gòu)及官能團(tuán)的種類、數(shù)量等性質(zhì)密切相關(guān)。在DOC-土壤體系中，pH降低，DOC中分子的酸性官能團(tuán)質(zhì)子化程度越高，疏水性增強(qiáng)，DOC與土壤粘土礦物的靜電排斥作用也隨之減弱，有利于離子化的羧基和質(zhì)子化的酚基與土壤表面羥基通過配位交換與土壤表面結(jié)合；且少部分的非離子化的官能團(tuán)（R-COOH，酚羥基或烯醇R-OH）也可與土壤表面通過疏水作用及氫鍵結(jié)合[30]。同一pH條件下，兩種土壤在同一紫外波長下單位吸光度值的變化率雖有差異，但均未達(dá)到顯著水平。兩種土壤對DOC中芳香性、疏水性組分的吸附能力受土壤類型的影響較小，這可能與兩種土壤的CEC和SSA差異較小有關(guān)。DOC分子與土壤粘土礦物的吸附包括物理吸附和化學(xué)吸附兩種機(jī)制，化學(xué)吸附又包含氫鍵結(jié)合、陽離子架橋、離子結(jié)合、配位體交換表面絡(luò)合等，是土壤固定有機(jī)碳的最主要方式，被固定的有機(jī)碳生物降解性大大降低，利于有機(jī)碳的貯存[36]。

4 結(jié)論

研究表明，DOC的吸附量受到兩種土壤類型的影響較小，但受到pH的影響強(qiáng)烈，旱地和水田土壤對DOC的吸附量均為pH8＞pH4＞pH6。土壤對DOC吸附方程擬合效果受pH影響顯著。在pH4條件下，Langmuir方程對旱地和水田土壤吸附DOC的擬合效果較好；在pH6和pH8條件下，IM isotherm方程對旱地土壤和水田土壤吸附DOC的擬合效果較好。

根據(jù)兩種土壤吸附平衡后DOC溶液的單位吸光度值判斷，兩種土壤對DOC中芳香性、疏水性組分的吸附能力受土壤類型的影響較小，但隨pH增加而降低。酸性條件下（pH4），旱地土壤凈吸附量顯著大于水田土壤，更有利于DOC的吸附，但在pH6和pH8時(shí)兩種土壤間的凈吸附量差異不顯著。紅壤區(qū)旱地和水田土壤多呈酸性，這可能是造成紅壤區(qū)旱地和水田土壤DOC含量差異的重要原因之一。

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（責(zé)任編輯：童成立）

Response of adsorption and desorption between upland and paddy soils and dissolved organic carbon to pH

LIANG Cheng-ming1, 2，ZHENG Xiao-dong2，XU Xue-chi2，CHEN Xiang-bi2，HU Ya-jun2，LIANG Shi-chu1，SU Yi-rong2
（1. College of Life Science, Guangxi Normal University, Guilin, Guangxi, 541004, China; 2. Key Laboratory of Agro-ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha, Hunan 410125, China）

In order to reveal the infl uence of pH on DOC adsorption and desorption in farmland soil, the upland soil and paddy soil in subtropical red soil region was investigated in this paper. The experiment of DOC adsorption and desorption of two soils was investigated at pH 4, pH 6 and pH 8 treatments. The parameters of DOC adsorption and desorption in soils under different pH were calculated. The response of DOC adsorption and desorption to pH and the change of the components of DOC were explain after adsorption. The results showed that the adsorption capacity of DOC in the same soil was signifi cantly different (P＜0.05) under the conditions of pH 4, pH 6 and pH 8. With the increase of the initial concentration of DOC, the average amounts of DOC adsorption were 4.90, 2.98 and 8.86 mg/g respectively at pH 4, pH 6 and pH 8 in upland soil, and were 4.12, 3.10 and 8.90 mg/g respectively in paddy soil. The fi tting effect of equation of DOC adsorption was signifi cantly affected by the pH. The change rate of unit absorbance value of E254, E260, E272and E280of DOC which express aromatic, hydrophobic component of DOC decreased with the increase of pH in adsorption equilibrium solution. The adsorption capacity of aromatic and hydrophobic components of DOC was slightly affected by soil type and strongly affected by the pH. The desorption capacity of DOC decreased with the increase of pH in two types of soil. The net adsorption amount of DOC on upland soil was signifi cantly higher than that on paddy soil in acidic condition (pH 4), but no signifi cant difference between the two types of soil at pH 6 and pH 8.The upland and paddy soils of red soil region were mostly acidic, which may be one of the primary causes for DOC content discrepancy in two types of farmland soil of red soil region.

dissolved organic carbon; adsorption; desorption; pH; upland soil; paddy soil

S153

A

1000-0275（2017）03-0536-08

10.13872/j.1000-0275.2017.0024

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國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41471199）；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFD0200106-5）。

梁承明（1990- ），男，碩士研究生，主要從事土壤養(yǎng)分循環(huán)與環(huán)境生態(tài)研究，E-mail: liangchengmingisa@163.com；通訊作者：蘇以榮（1962-），男，研究員，主要從事土壤生態(tài)與植物營養(yǎng)調(diào)控研究，E-mail: yrsu@isa.ac.cn。

2017-02-13，接受日期：2017-03-23

Foundation itteemm:: National Natural Science Foundation of China (41471199); National Key Basic Research Program of China (2016YFD0200106-5).

Corresponding authhoorr:: SU Yi-rong, E-mail: yrsu@isa.ac.cn.

Receeiivveedd 13 February, 2017; Acceepptteedd 23 March, 2017