毛村土壤溶解有機碳的季節(jié)變化及環(huán)境效應.pdf

1、溶解有機碳（Dissolved Organic Carbon,簡稱DOC）是土壤碳庫的重要組成部分。由于其不穩(wěn)定、易分解、易氧化等特性和對環(huán)境的敏感性而成為全球碳循環(huán)的研究熱點，同時它對開展土壤養(yǎng)分遷移轉(zhuǎn)化、土壤有機質(zhì)的生物化學過程乃至污染方面的研究都具有實際意義。 為了解巖溶區(qū)和非巖溶區(qū)土壤中溶解有機碳的季節(jié)動態(tài)變化、溶解有機碳對土壤中營養(yǎng)元素釋放供給特征及巖溶過程的作用，本文以廣西桂林市靈川縣潮田鄉(xiāng)毛村的石灰土和紅壤為研究對

2、象，對巖溶區(qū)和非巖溶區(qū)土壤中的溶解有機碳的季節(jié)動態(tài)變化及其環(huán)境效應進行研究，為今后相關(guān)的研究及巖溶區(qū)土壤改良提供科學依據(jù)。 研究方法：野外監(jiān)測及室內(nèi)模擬試驗相結(jié)合。野外監(jiān)測：在由泥盆系融縣組灰?guī)r（D3r）發(fā)育成的石灰土和含鐵砂頁巖（D2l）發(fā)育的紅壤區(qū)，其植被類型近似的部位選取兩個點，作剖面并埋自制的CO2管和石灰?guī)r標準試片，每月2次測定土壤CO2濃度、土壤呼吸、含水量、pH等，并取土樣分析測定DOC、DON、微生物量碳、氮及N

3、、P、K、Ca、Mg的含量；每3個月?lián)Q取試片測定溶蝕率，監(jiān)測時間為期一年。室內(nèi)模擬試驗：采用濃度為0.25mmol/L的幾種低分子量有機酸：草酸、甲酸、乙酸、檸檬酸、乳酸、丙酮酸及直徑為0.45-1mm的石灰?guī)r顆粒在自制的裝置內(nèi)進行淋溶試驗，整個試驗過程在25℃室溫下進行。 研究結(jié)果：1.巖溶區(qū)土壤由于土壤pH偏堿，DOC中的酸性組分被分解，土壤中的Fe、Al氧化物、氫氧化物對DOC的吸附量減少；有機質(zhì)中的胡敏酸含量較高，可以與

4、土壤中高含量的鈣鎂離子結(jié)合形成難溶化合物，使得石灰土DOC含量遠低于非巖溶區(qū)的含量。酸性土DOC含量為石灰土的6.6-8.3倍。兩處DOC含量在秋季都達到最高值，在冬季或春季含量最低；在空間分布上都隨土壤深度增加而降低。 2. DOC的年季節(jié)變化可分為4個階段：（1）9-10月中，氣溫還較高，降雨量少，植物凋落物增多，DOC含量在一年中最高；（2）11月-12月中，土壤有機質(zhì)增加，但氣溫迅速降低，微生物活性隨之降低，DOC含量下

5、降；（3）12月底-4月，前期即12月至次年2月，DOC濃度隨土壤有機質(zhì)含量的增加而增加；3-4月份氣溫回升，降雨頻繁，生物復蘇，微生物分解有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為DOC，加上植物根系分泌物增多，土壤中 DOC含量迅速增加；（4）5-8月，高溫多雨，微生物分解有機質(zhì)及DOC轉(zhuǎn)化為CO2釋放出來，部分DOC則在降雨量大的時候隨水淋失，土壤中DOC總含量不高。 3.溫度、土壤含水量通過影響微生物的活性來影響土壤DOC的含量。巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)土壤

6、中DOC含量都與含水量呈極顯著負相關(guān)；與溫度呈正相關(guān)；微生物分解有機質(zhì)合成自身物質(zhì)同時釋放出DOC，所以DOC與微生物量碳為顯著正相關(guān)，與微生物量氮大體為正相關(guān)；微生物利用DOC作為能源物質(zhì)，分解釋放出CO2 ，DOC與土壤呼吸、土壤空氣CO2濃度互為消長；與DON的關(guān)系不明顯。 4.石灰土和酸性土呼吸排放的CO2的δ13C值在一年中的變化總體是一致的。石灰土的值為-17.98‰- -30.48‰；酸性土為-22.43‰—-30

7、.24‰。石灰土土壤呼吸釋放出的CO2的δ13C 值變異范圍較酸性土的大，且偏重。造成這個差異主要是源于DOC中有機酸產(chǎn)生的H+與CaCO3反應后釋放出CO2。 5.石灰土和酸性土中，DOC、微生物量碳與堿解氮、速效鉀都互為正相關(guān)；與有效磷的關(guān)系，石灰土因其所含高含量的鈣鎂與磷生成難溶化合物，且主要受土壤有機質(zhì)和含水量的影響，DOC與有效磷的關(guān)系不明顯，而微生物量碳則與有效磷為正相關(guān)；酸性土中有效磷含量隨DOC、微生物量碳濃度增

8、加而增加。因此，DOC、微生物量碳對土壤營養(yǎng)元素起到一定的活化作用，可以作為土壤肥力指標。 6.石灰土中試片溶蝕率與DOC呈負相關(guān)；酸性土中，試片溶蝕率與DOC的濃度變化趨勢大體一致，且溶蝕量為石灰土中的3.6倍。試片溶蝕率主要受到降雨量和土壤CO2的影響，土壤中的DOC可以釋放出H+和有機配位體來參與溶蝕反應。 7.幾種低分子量有機酸對石灰?guī)r顆粒溶蝕作用大小的順序為：乳酸>乙酸>檸檬酸>甲酸>草酸>丙酮酸。有機酸對石灰

9、巖有著較強的溶蝕能力，其溶蝕能力不僅與溶液中的H+和有機配位體的濃度有關(guān)，而且與酸的類型、酸的強弱及反應后形成的鹽的溶解度有關(guān)。乳酸、乙酸、檸檬酸的溶蝕力大于鹽酸。 研究結(jié)論： 1.巖溶區(qū)土壤中DOC的含量遠遠低于非巖溶區(qū)土壤的含量。2. DOC、微生物量碳對營養(yǎng)元素有活化作用，可以作為土壤肥力的指標。3. 石灰土呼吸排放的CO2的δ13C值偏重，主要是源于DOC中有機酸產(chǎn)生的H+與CaCO3反應后釋放出CO2。4. 巖