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土壤可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)是土壤中活性最高的有机碳组分,在土壤元素地球化学循环以及土壤污染物的运移过程中发挥着重要作用。本研究以亚热带典型红壤区水田和旱地土壤为研究对象,采用室内培养法,向土壤中添加14C标记DOC,研究不同水分条件下标记DOC在水田、旱地土壤中的转化过程,分析两种土壤中DOC周转过程的差异以及差异形成原因,以期探明水田和旱地土壤中DOC的差异形成机理。主要研究如下:
1、不添加外源DOC的处理,水田土壤的有机质和微生物量碳(MBC)含量高于旱地,但可溶性有机碳(DOC)含量低于旱地。水田土壤在45%~90%WHC(WHC为田间持水量)和旱地土壤在45%~75%WHC水分范围内,提高土壤含水量能促进水田和旱地土壤有机碳的矿化。淹水使水田土壤MBC和DOC含量显著降低,但对旱地土壤MBC和DOC含量无显著影响。
2、在45%~90%WHC的水分范围内,DOC-A(初始添加到土壤中的14C-DOC)的生物可降解性随土壤含水量的增高而增强。在45%~105%WHC范围内,当土壤含水量为75%WHC时,DOC-A在土壤中最易降解;而当土壤处于淹水条件(105%WHC)时,DOC-A难分解态组分抗降解能力增强,从而有利于DOC-A向稳定性有机碳组分转化。培养期间,14C-MBC在水田(旱地)土壤中随含水量增高而增高(减少)。培养20d后,含水量对水田DOC-R(土壤溶液中的标记DOC)含量无显著影响,在旱地土壤中,含水量的影响表现为75%<105%<45%WHC。含水量对水田和旱地土壤DOC-R的抗降解能力的影响表现为75%<105%<45%WHC。淹水条件既有利于DOC-A更多地游离在土壤溶液中,又有利于DOC-R的降解。水分对土壤固定DOC的能力有显著影响(p<0.05),越偏离土壤正常水分条件的土壤含水量越有利于土壤对DOC的吸附。
3、添加到土壤中的14C-DOC(DOC-A)有着与土壤DOC相似的结构复杂程度。水田DOC-A的生物可降解性高于旱地DOC-A。DOC-A在水田土壤中(105%WHC)的半衰期比在旱地土壤中(45%~105%WHC)更长,更易向土壤稳定性有机碳转化。水田土壤(淹水)与旱地土壤(非淹水)中参与DOC-A降解的微生物量无显著差异。水田土壤中的DOC-R在土壤中存留时间比旱地短,DOC-R含量也比在旱地土壤中低。同时,水田对DOC-A的吸附量显著低于旱地。
4、14C-DOC的添加,对水田旱地土壤的矿化量、MBC、DOC均有所贡献,贡献率分别为19.25%~30.91%、4.70%~14.72%、4.88%~9.70%。同时,也对土壤有机碳的降解产生了较强的激发效应,培养前40d表现为正激发,40d后表现为负激发。45%和105%WHC下有利于产生较强的正激发效应(最大可达339%),75%WHC下有利于负激发效应的产生。0~60d,淹水条件下水田土壤中的正激发效应较任意水分条件(45%~105%WHC)下旱地土壤中的更为强烈。激发效应中碳的来源主要为土壤稳定性有机碳,部分来源于DOC或MBC。
5、土地利用方式、土壤含水量以及两者之间的交互作用均对DOC的各个转化过程有显著的影响,同时也对由DOC添加引起的土壤有机碳激发效应的出现时间和强度有着明显的作用。
6、在土壤中,50%以上的DOC会被优先吸附固定,尽管水田DOC的吸附量远小于旱地,但残留在土壤溶液中的DOC,其在水田土壤中的易分解态比例约为旱地的2倍,降解较快,使得稳定在土壤溶液中的DOC比旱地要少。而剩下的以DOC形式存在的那部分一方面量比旱地的少,另一方面在淹水状态下分解较快,半衰期较短,最终导致水田土壤中的DOC含量比旱地的低。