亚热带地区3种典型林分土壤DOM数量及光谱特征

第13卷第1期 2018年3月出版

亚热带资源与环境学报

Journal of Subtropical Resources and Environment

Vol. 13 No. 1

March 2018

高颖，鲍勇，胡伟芳，等•亚热带地区3种典型林分土壤DOM数量及光谱特征[J]•亚热带资源与环境学报，2018，13 (1):26-35.

F A0Y! B A0Y! HUW F! et al. Soil DOM quantity and spectral characteristics of three typical forest soils in subtropical China [ J]. Journal of Subtropical Resources and Environment, 2018 , 13 (1 )：26-35. DOI：10. 19687/j. cnki. 1673-7105. 2018. 01. 004.

亚热带地区3种典型林分土壤DOM数量及光谱特征

高颖1,2,鲍勇1,2,胡伟芳1,3,李欢1,2,司友涛1,2!

(1.福建师范大学地理科学学院，福州350007;

2.湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地，福州350007;

3.福建师范大学亚热带湿地研究中心，福州350007)

摘要：可溶性有机质（DOM)是土壤有机质库中最为活跃的部分，也是土壤有机库中对环境

变化最敏感的部分，它参与了有机质在土壤中的腐殖化和微生物的新陈代谢等一系列生物地球

化学过程。因此，在调节土壤养分周转和森林生态系统碳氮循环过程中起到重要的桥梁作用。

采用水浸提法，结合紫外-可见光谱、荧光光谱、傅里叶红外光谱等技术，探讨了亚热带米槠

人促林（AR)、米槠次生林（SF)、杉木人工林（CF)的土壤DOM的数量和光谱特征，以期

深入评价森林转换对不同林分土壤肥力及其养分有效性的影响。结果表明：各林分A层土壤

DOC、DON浓度均高于B层。B层土壤中，米槠人促林的DOC浓度显著低于其他2种林分

(D<0.05)，而各林分A层土壤的DOC和DON浓度并无显著差异。各林分A、B层土壤DOM

的芳香化指数无显著差异。米槠次生林A层土壤DOM的荧光发射光谱腐殖化指数（HlXeJ、

荧光效率（Feff)显著高于其他2种林分（D<0.05)，其HIXe;分别是米槠人促林、杉木人工林

的1.3、1.2倍，其Fe ff分别是米槠人促林、杉木人工林的2.7、2.5倍。三维荧光光谱表明，各林

分A层土壤DOM主要以类腐殖酸物质为主；B层土壤中，米槠人促林和杉木人工林以类蛋白物

质为主。各林分土壤的荧光指数（FI)均大于1.4,且B层土壤DOM的鲜度指数（"：％)均高

于A层。傅里叶红外光谱表明，米槠人促林土壤DOM没有羧酸的吸收，土壤pH最高；而米

槠次生林土壤羧酸的相对含量最高（杉木林土壤DOC含量少，芳香化合物、羧酸等难分解物

质相对富集。综合来看，除了建群树种的影响外，林下植被对土壤肥力的作用也很突出。

关键词：可溶性有机质；芳香化指数；腐殖化指数；三维荧光光谱（红外光谱

中图分类号：S718. 5 文献标志码：A文章编号：1673-7105 (2018) 01-0026-10

Soil DOM Quantity and Spectral Characteristics of Three Typical Forest Soils in

Subtropical China

GAO Ying1，2，BAO Yong1，2，H U W eifang1，3，LI Huan1，2，SI Youtao1，2

(1. School of Geographical Sciences，Fujian Normal University，Fuzhou 350007, China；2. State K Subtropical Mountain Ecology (Funded b y Ministry o f Scienceand Technology and Fujian Province)，Fujian Normal University，Fuzhou 350007，China；3. Research Center of Wetlands in Subtropical Region，Fujian Normal University，Fuzhou 350007，China)

A bstract：Dissolved organic matter (DOM)is the most active pool of soil organic matter，sensitive to

environmental changes，involved in many biogeochemical processes such as humification and microbial

收稿日期：2017-11-30

基金项目：国家自然科学基金面上项目（31570606)和福建省自然科学基金面上项目（2015J01120)

作者简介：高颖（1991一），女，陕西西安人，硕士研究生，主要从事森林生态系统碳氮循环的研究，gyfdtg @ 163. com。

!通信作者：司友涛（1979—），男，山东泰安人，副研究员，硕士生导师，主要从事森林土壤有机质的稳定与全球 碳、氮循环的研究，yt.s@. cn。

第1期高颖等：亚热带地区3种典型林分土壤DOM数量及光谱特征27

metabolism in soil.Therefore!it plays an important role in regulating soil nutrient turnover and carbon

and nitrogen cycling in forest ecosystems.In this study,we used UV-Vis spectroscopy,Fluorescence spectroscopy and Fourier transform infrared spectroscopy,to investigate the quantity and spectral characteristics of DOM extracted from soils of a human asisted naturally regenerated forest of Castanopsis

carlesU (AR)，a secondary broadleaved forest of Castanopsis carles#(SF&and a plantation of Cunninghamia lanceolata(CF)in subtropical China.The aim was to evaluate the effect of forest

conversion on soil fertility and nutrient availability.Results showed that the concentrations of dissolved

organic carbon (DOC)and dissolved organic nitrogen (DON)in layer A were higher than those in layer B for each stand.DOC concentrations in layer B significantly lower in AR than in SF and CF (P

<0•05 )，whereas DOCand DON concentrations in layer A showed non-significant difference among three forests.Within astand，no significant difference in soil aromatic index (A I)was observed between soil A and B layers.For layer A，SF showed significantly higher humification index (HIX e n i)

and fluorescence efficiency (Fe f f)than the other two stands (P <0•05 )，1.3 times of SF and 1.2 times of CF for HIXe m，respectively，as well as2.7 times of SF and2.5 times of CF for tively.The three-dimensional fluorescence spectrum revealed that DOM in layer mainly humic acid-like substances;while DOM in layer B of ARand CF was dominated by protein-like substance.Fluorescence index(F I)of all soil samples was more than 1.4，and the freshness index

("• a)increased with soil depth.AR soil DOM demonstrated no absorption of carboxylic acid in

FTIR spectrum，consistent with its highest soil pH；in contrast SF soil DOM contained the highest

proportional content of c arboxylic acid.More refractory substances were enriched in CF soil DOM，accompanied by its lowest DOC content.Overall，besides overstory trees，understory vegetation also plays an essential role in enhancing soil fertility.

Key words：dissolved organic matter；aromaticity index；humification index；three-dimensional

fluorescence spectrum；infrared spectroscopy

〇引言

可溶性有机质（Dissolved organic matter，DOM)主要是指能通过0.45 $m滤膜且能溶解于水、酸或 碱溶液的不同结构和大小的有机分子混合体（如小分子量的有机酸、碳水化合物和大分子量的腐殖质、氨基糖、多酚等的混合体），包括可溶性有机碳（DOC)、可溶性有机氮（DON)、可溶性有机磷 (DOP)等。森林土壤DOM主要来源于新近凋落物、土壤腐殖质、根系分泌物、降雨淋溶物、土壤微 生物等[1]；作为土壤有机质库中最为活跃的部分，它虽然只占土壤有机质库的极小部分（<5d)，却 参与了有机质在土壤中的腐殖化、在土壤颗粒表面的吸附解吸、微生物的新陈代谢等一系列生物地球化 学过程，因而在调节土壤养分周转和森林生态系统碳氮循环过程中起到重要的桥梁作用。

中国亚热带地区受季风气候影响主要植被类型为常绿阔叶林，常绿阔叶林储存了大量的碳，是具有 较高碳汇潜力的典型森林类型。随着南方地区大量开发山地和建设经济林基地，大面积的天然常绿阔叶 林通过不同程度的人为干扰，转换成了人促阔叶林、次生阔叶林和人工针叶林。森林转换会改变地上植 被群落组成，以及细根和凋落物向土壤的有机质输入；例如本研究前期发现，凋落物分解期间，有相当 一部分质量损失是以DOM淋失的形式发生的，并且来自阔叶树种叶片的DO M比针叶树种叶片的DOM 含有更多的养分[2]。因此森林转换会改变土壤的理化性质和养分环境，进而影响土壤微生物分解利用 有机质的策略和偏好[3]。DOM作为土壤有机库中对环境变化最敏感的部分，对深入评价不同林分土壤 肥力及其养分有效性有着重要价值。然而，目前对不同林分土壤DOM结构分析的研究较少，且DOM 结构复杂，传统分析方法如亲疏水性分组法已有一定的局限性，分组法得到的两类物质结构复杂，并没 有严格明确的界限。紫外可见光谱分析方法所需样品量少且操作简单，可对DOM进行半定量的检测；