土壤水溶性有機(jī)碳研究概述

何俐蓉

摘 要：水溶性有機(jī)碳（WSOC）通常是指用水提取的、可通過0.45μm微孔的、大小和結(jié)構(gòu)不同的水溶性有機(jī)物質(zhì)。WSOC作為土壤中的活性組分，對涵養(yǎng)土壤養(yǎng)分、保持土壤肥力、有效化養(yǎng)分、微生物活性及其他土壤過程都具有重要意義；同時(shí)由于WSOC是土壤利用措施的靈敏指標(biāo)，所以經(jīng)常會(huì)用來反映土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量。相關(guān)研究主要集中在WSOC的組成、吸附性、對農(nóng)藥和重金屬的遷移及其研究技術(shù)等方面，但仍需進(jìn)一步完善以下方面：（1）雖然已經(jīng)出現(xiàn)有關(guān)利用碳穩(wěn)定同位素比探究WSOC來源的研究對于WSOC的來源研究相對較少，但對于其來源研究仍然較為缺乏；（2）由于WSOC在土壤中的周轉(zhuǎn)期短，難以測定，有關(guān)WSOC的周轉(zhuǎn)特征研究也很少，所以仍需進(jìn)一步更新完善其研究方法與技術(shù)。

關(guān)鍵詞：土壤有機(jī)質(zhì)；水溶性有機(jī)碳；土壤含水率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.222

1 引言

土壤水溶性有機(jī)物（Soil water soluble organic matter，WSOM）包含了所有含碳的有機(jī)物是陸地生態(tài)系統(tǒng)中一種重要的、極其活躍的化學(xué)組分，近些年來備受關(guān)注，主要包括水溶性有機(jī)碳和有機(jī)氮。其中，土壤中水溶性有機(jī)碳（water-soluble organic carbon，WSOC）含量不高但卻能為植物和微生物提供生長必需的碳源，通常是指用水提取的、可通過0.45μm微孔的、大小和結(jié)構(gòu)不同的水溶性有機(jī)物質(zhì)。作為土壤中的活性組分，對涵養(yǎng)土壤養(yǎng)分、保持土壤肥力、有效化養(yǎng)分、微生物活性及其他土壤過程都具有重要意義[1]。由于WSOC是土壤利用措施的靈敏指標(biāo)，所以經(jīng)常會(huì)用來反映土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量。相關(guān)研究還進(jìn)一步提出WSOC在土壤總有機(jī)碳中的占比可以較好地表征土壤生物活性有機(jī)碳庫的周轉(zhuǎn)狀況[2]。

2 土壤水溶性有機(jī)碳

2.1 研究現(xiàn)狀

WSOC由碳水化合物、長鏈脂肪族化合物和蛋白質(zhì)組成，但當(dāng)受到環(huán)境因子等的影響時(shí)候，它的化學(xué)結(jié)構(gòu)組成也會(huì)發(fā)生變化，如采集一個(gè)土壤剖面的不同土層、不同季節(jié)的土樣，其中的WSOC化學(xué)結(jié)構(gòu)組成會(huì)有所不同；相比撂荒地土壤，耕作五年后的WSOC化學(xué)結(jié)構(gòu)組成仍然相似，但耕作一年WSOC中碳水化合物將為零，同時(shí)出現(xiàn)新的烷基碳類有機(jī)物。WSOC源于調(diào)落物、腐殖質(zhì)、代謝產(chǎn)物、根系分泌物及有機(jī)質(zhì)水解產(chǎn)物等，受很多的環(huán)境因子的影響。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)干土加水后，其中的WSOC含量顯著升高，但關(guān)于為什么增加及其增加量的來源仍未被揭示。

有關(guān)學(xué)者通過對不同類型土壤的研究[3]，揭示了土壤WSOC的主要環(huán)境因子為土壤水分。降雨導(dǎo)致WSOC極顯著增加，降雨過后又將恢復(fù)到增加前的水平，這可能是因?yàn)橥寥辣砻娴牡蚵湮镏械腤SOC，隨著雨水下滲，也可能是因?yàn)橥寥浪值脑黾訉?dǎo)致土壤微生物活動(dòng)強(qiáng)烈，進(jìn)而將土壤中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成WSOC；有關(guān)對森林土壤的研究，發(fā)現(xiàn)增加淋溶次數(shù)、提高溫度，淋洗出的WSOC總量均為顯著增加；倪進(jìn)治等[4]研究表明，WSOC與植被類型、土壤微生物量相關(guān)性高，同時(shí)與土壤總有機(jī)碳為極顯著相關(guān)，與TN、含水率顯著相關(guān)，與溫度、pH不顯著。綜上，水分對WSOC產(chǎn)生的影響是由于土壤水分變化會(huì)溶解那些土壤表面有機(jī)物質(zhì)，而溫度對WSOC產(chǎn)生的影響可能是由于隨著溫度的升高，WSOM的分子擴(kuò)散速度越來越快[5]。

2.2 研究技術(shù)

隨著對水溶性有機(jī)質(zhì)研究的深入，相關(guān)的研究技術(shù)也在不斷地更新完善。其中紫外可見光譜分析法、熒光光譜分析方法應(yīng)用較為廣泛。紫外可見光譜分析法能夠與分子量、分子結(jié)構(gòu)相結(jié)合，用于分析不飽和的有機(jī)化合物；而熒光光譜分析法具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如：靈敏度高、選擇性高、用樣量較少、重現(xiàn)性好、操作簡便等，故可被運(yùn)用到研究多種不同來源中可溶性有機(jī)質(zhì)。Kalle K第一次用熒光光譜表征有機(jī)質(zhì)的理化特性，后來熒光技術(shù)不斷發(fā)展應(yīng)用，至今的三維熒光光譜分析法是反映熒光強(qiáng)度隨發(fā)射與激發(fā)波長對的變化特征，三個(gè)維度由熒光強(qiáng)度、熒光發(fā)射波長和熒光激發(fā)波長組成，這種方法無需破壞原樣品結(jié)構(gòu)且能快速獲取詳細(xì)全面的光譜學(xué)信息。因?yàn)樗械臒晒馕镔|(zhì)都具有其特有屬性，也就是三維熒光光譜特征信息，故該光譜法的選擇性較高。三維熒光光譜技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域有著較廣泛的應(yīng)用，國外較多研究應(yīng)用三維熒光光譜技術(shù)分析水體中溶解有機(jī)物及其熒光特性；郭衛(wèi)東等在2010年運(yùn)用三維熒光光譜法分析了河口區(qū)溶解有機(jī)物的熒光特性[6]；呂晶晶等[7]對人工濕地中水溶性有機(jī)物三維熒光光譜特性的進(jìn)行了分析。

3 展望

有關(guān)WSOC的研究已很多，這些研究主要集中在WSOC的組成、吸附性、對農(nóng)藥和重金屬的遷移及其研究技術(shù)等方面，但仍需進(jìn)一步完善以下方面：（1）雖然已經(jīng)出現(xiàn)有關(guān)利用碳穩(wěn)定同位素比探究WSOC來源的研究對于WSOC的來源研究相對較少，但對于其來源研究仍然較為缺乏；（2）由于WSOC在土壤中的周轉(zhuǎn)期短，難以測定，有關(guān)WSOC的周轉(zhuǎn)特征研究也很少，所以仍需進(jìn)一步更新完善其研究方法與技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐秋芳，姜培坤.不同森林植被下土壤水溶性有機(jī)碳研究[J].水土保持學(xué)報(bào)，2005，18（06）：84-87.

[2]倪進(jìn)治，徐建民，謝正苗.土壤生物活性有機(jī)碳庫及其表征指標(biāo)的研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2001，7（01）：56-63.

[3]張甲珅，陶澍，曹軍.土壤中水溶性有機(jī)碳測定中的樣品保存與前處理方法[J].2000，31（04）：174-176.

[4]倪進(jìn)治，徐建民，謝正苗等.不同施肥處理下土壤水溶性有機(jī)碳含量及其組成特征的研究[J].土壤學(xué)報(bào)，2003，40（05）：724-730.

[5]林濱，陶澍，劉曉航.土壤與沉積物中水溶性有機(jī)物釋放動(dòng)力學(xué)研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1997，17（01）：8-13.

[6]郭衛(wèi)東，黃建平，洪華生等.河口區(qū)溶解有機(jī)物三維熒光光譜的平行因子分析及其示蹤特性[J].環(huán)境科學(xué)，2010，31（06）：1419-1427.

[7]呂晶晶，張列宇，席北斗等.人工濕地中水溶性有機(jī)物三維熒光光譜特性的分析[J].光譜學(xué)與光譜分析，2015，35（08）：2212-2216.