李彬彬，武蘭芳

（中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所生態(tài)網(wǎng)絡(luò)觀測與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101）

溶解性有機(jī)碳（Dissolve organic carbon；DOC）是土壤有機(jī)碳（Soil organic carbon；SOC）中最活躍的組分之一，具有易轉(zhuǎn)化、強(qiáng)流動(dòng)性等特點(diǎn)，能快速有效地感應(yīng)土壤有機(jī)碳庫的變化[1]。DOC在轉(zhuǎn)化和遷移過程中因受多種因素的影響導(dǎo)致數(shù)量和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改變了在有機(jī)碳庫中所占的比例，因此，研究DOC含量和結(jié)構(gòu)在剖面土壤的變化和分布對于研究土壤碳庫的穩(wěn)定性具有重要意義。

目前，很多學(xué)者已對土壤DOC含量和結(jié)構(gòu)特征的分布規(guī)律做了詳細(xì)研究。張蕓等[2]在研究不同發(fā)育階段林地土壤DOC的分布特征時(shí)指出，隨著土層（0～60 cm）的加深，土壤DOC含量逐漸降低；熊麗等[3-4]在研究DOC在米櫧林土壤中的分餾過程時(shí)發(fā)現(xiàn)，DOC含量在土壤剖面中呈逐漸減少的趨勢，并且DOC組分中芳香類大分子物質(zhì)減少，土壤腐殖化程度降低。這主要是因?yàn)镈OC中的疏水性組分和芳香類分子具有較強(qiáng)的吸附能力，能置換先前被吸附的老碳[5]；王育來等[6]和崔恒釗等[7]研究海岸帶土壤溶解性有機(jī)質(zhì)的垂直分布特征的結(jié)果表明，土壤DOC含量從表層到底層逐漸減少，表層土壤的類腐殖質(zhì)物質(zhì)高于底層土壤。以上研究主要集中在森林生態(tài)系統(tǒng)和濕地生態(tài)系統(tǒng)，而對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)剖面土壤DOC結(jié)構(gòu)特征的分布規(guī)律研究較少。

秸稈作為有機(jī)物質(zhì)歸還農(nóng)田是土壤輸入外源有機(jī)碳的主要方式，有機(jī)物質(zhì)施入土壤后，可以改變土壤的DOC含量及組分[8-13]。常單娜等[12]在研究西北灌漠土長期不同施肥對土壤DOC及光譜特性的影響中指出，施用有機(jī)肥可以增加耕層土壤的DOC含量，提高芳香族化合物比例、增加DOC的平均分子量和腐殖化程度；陳武榮等[14]關(guān)于長期不同施肥處理對水稻土DOC組分含量及其結(jié)構(gòu)特征的研究結(jié)果表明，化肥配施秸稈提高了耕層土壤DOC含量并使DOC中芳香族類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜和穩(wěn)定。我們前期研究[15]也發(fā)現(xiàn)，與不還田土壤相比，秸稈還田耕層土壤的DOC含量顯著提高，而且DOC中胺類物質(zhì)和芳香族類物質(zhì)含量及其平均分子量均明顯增加。由于土壤DOC可以通過淋溶等途徑在土壤剖面中由上層向下層運(yùn)移，然而對其運(yùn)移過程、含量分布及其結(jié)構(gòu)特征變化的研究報(bào)道卻較少，因此秸稈還田后剖面土壤DOC的分布規(guī)律需要進(jìn)一步研究。本研究通過測定長期秸稈還田條件下剖面土壤DOC的含量及官能團(tuán)吸光度值的變化，分析DOC在不同深度土壤中的含量和組分，揭示DOC在土壤垂直剖面的分布規(guī)律，為農(nóng)田土壤有機(jī)碳循環(huán)及其穩(wěn)定性的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)在中國科學(xué)院禹城試驗(yàn)站進(jìn)行，該站位于黃淮海平原的魯西北黃河沖積平原，北緯36°56′45″，東經(jīng)114°36′7″，海拔高度20 m，多年平均降雨量600 mm，降雨量主要集中在7—9月份。土壤母質(zhì)為黃河沖積物，土壤類型為潮土，表土質(zhì)地為中輕質(zhì)壤土，種植制度為冬小麥-夏玉米一年兩熟，小麥在每年10月播種、次年6月上旬收獲，玉米在每年6月播種、當(dāng)年10月收獲。試驗(yàn)前的土壤養(yǎng)分狀況如表1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

試驗(yàn)地開始于2008年10月，設(shè)置翻耕秸稈不還田（CT-）、免耕秸稈不還田（NT-）、翻耕秸稈還田（CT+）和免耕秸稈還田（NT+）4個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)面積是6.25 m2，所有小區(qū)隨機(jī)排列。本試驗(yàn)從2014年開始，對CT-和CT+兩個(gè)處理的土壤進(jìn)行測定分析。每個(gè)小區(qū)的秸稈還田量為上一生長季作物收獲后所有根、莖、葉的總量，2014—2016年CT+處理的玉米秸稈還田量分別為 14 502±724、15 240±720、16 560±711 kg·hm-2。玉米秸稈進(jìn)行還田時(shí)，先將玉米根刨出，和莖葉一樣用鍘刀切成2～3 cm的小段，再均勻撒在地表，后用鐵锨深翻20 cm左右，并將土壤和秸稈混勻。小麥的種植品種為濟(jì)麥22，播種量為190 kg·hm-2，播種時(shí)人工開溝再撒播種子。小麥和玉米的產(chǎn)量如表2所示。小麥和玉米的施肥量和施肥方式與當(dāng)?shù)卮筇镆恢拢盒←溂臼┓柿繛?50 kg·hm-2（純氮），分為底肥（復(fù)合肥N-P-K：16-20-8）和追肥（尿素N：46.1%），兩種肥料按照純氮量1∶1分兩次施入，底肥在種植小麥時(shí)施入，追肥在返青期澆水前施入；玉米季施肥采用尿素，施肥量為250 kg·hm-2（純氮），在大喇叭口期降水之后一次性施入。田間雜草人工拔除，病蟲害防治等其他農(nóng)業(yè)管理措施與當(dāng)?shù)卮筇锍Ｒ?guī)相同。

表1 不同土層土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemistry properties in soil at different layers

表2 2014—2016年不同處理下小麥和玉米的產(chǎn)量Table 2 Yield of wheat and maize in different treatment from 2014 to 2016

1.3 樣品采集方法和測定指標(biāo)

1.3.1 土壤樣品的采集

土壤樣品的采集時(shí)間為2014—2016年6月，即小麥?zhǔn)斋@后玉米種植前。由于小區(qū)面積較小，每個(gè)小區(qū)選3個(gè)點(diǎn)采集土樣并混合均勻，每個(gè)采樣點(diǎn)取樣時(shí)，用土鉆由上到下分別采集0～10、10～20、20～30、30～40 cm共4層剖面的土壤。鮮土采集后，挑去作物殘留物和小石子，過2 mm篩，用來測定DOC含量及土壤含水量。

1.3.2 土壤DOC含量的測定

稱取鮮土10.00 g于白色塑料瓶中，加入50 mL蒸餾水，振蕩離心，過0.45 μm的濾膜，所得澄清液為DOC的浸提液[16]。將提取液分為兩份，一份直接在LiqiuⅡTOC儀上測定DOC濃度，另一份在4℃冰箱內(nèi)冷藏保存12 h，待進(jìn)行紫外光譜掃描。

1.3.3 土壤DOC官能團(tuán)的測定方法

為了消除濃度對紫外吸光度值的影響，將DOC浸提液稀釋到20 mg·L-1，然后在紫外分光光度計(jì)（UV-2550，日本島津）上測定其吸光度，掃描波長為儀器本身范圍190～900 nm，波長間隔1 nm[17]。

（1）A210nm：DOC浸提液在210 nm處的吸光度值代表了溶液中胺類物質(zhì)的存在[12，18]。

（2）A280nm：DOC浸提液在280 nm處的吸光度值代表了溶液中結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的芳香族化合物及C=C共軛雙鍵的存在，其值大小與芳香族化合物的含量有關(guān)，A280nm的值越高，芳香族化合物的含量越多，芳構(gòu)化程度越復(fù)雜[19-20]。

（3）A2/A3值：DOC浸提液在250 nm和365 nm處的吸光度值比反應(yīng)DOC的分子狀況，A2/A3值越大，表示DOC的平均分子量越小，團(tuán)聚化程度越低[21-22]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel作圖，采用SPSS 20.0對CT+和CT-兩個(gè)處理進(jìn)行單因素方差分析（LSD最小顯著法），并對秸稈還田量與DOC含量及各吸光度值間進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理土壤剖面DOC含量變化

土壤DOC含量在剖面土壤中的變化分布如圖1所示，CT-和CT+兩個(gè)處理的DOC含量均隨土壤深度增加而逐漸下降，3年變化趨勢一致。2014—2016年，0～10 cm土層CT-處理的土壤DOC含量為117.8±11.3 mg·kg-1，CT+處理為135.6±12.6 mg·kg-1；與0～10 cm相比，10～20 cm土層中CT-處理的土壤DOC含量下降幅度為23.9%±1.2%，CT+處理的DOC含量下降幅度為24.8%±3.5%；與10～20 cm土層相比，20～30 cm土層土壤中CT-處理的DOC含量下降幅度為15.5%±1.6%，CT+處理的DOC含量下降幅度為20.8%±1.9%；與20～30 cm土層相比，30～40 cm土層土壤中CT-處理的DOC下降幅度為12.4%±2.5%，CT+處理DOC下降幅度為18.3%±1.1%；各土層的DOC含量差異顯著（P＜0.05）。

比較CT-和CT+兩個(gè)處理的剖面土壤DOC含量可知，CT+處理的土壤DOC含量高于CT-處理。隨著土層加深，兩處理間的差值逐漸減小，在0～10、10～20 cm和20～30 cm土層土壤中，兩處理間DOC含量差異顯著（P＜0.05），在30～40 cm土層土壤中，兩處理間的DOC含量差異不顯著（P＞0.05）。3 a的試驗(yàn)結(jié)果趨勢一致，由此說明秸稈還田增加了土壤剖面DOC含量，隨著土壤深度增加影響效應(yīng)逐漸減弱。

圖1 不同處理土壤剖面DOC含量Figure 1 DOC content in soil profile under different treatments

2.2 不同處理土壤剖面DOC/SOC的百分含量變化

如圖2所示，CT-與CT+兩個(gè)處理的土壤DOC/SOC的百分含量隨著土壤深度加深而逐漸降低，3 a變化趨勢一致。2014—2016年，在0～10 cm土層中，CT-處理的土壤DOC/SOC的百分含量為0.7%±0.01%，CT+處理為0.9%±0.02%；10～20 cm土層土壤的DOC/SOC百分含量與0～10 cm相比，CT-處理下降幅度為9.3%±1.1%，CT+處理下降幅度為8.0%±0.3%；20～30 cm土層土壤的百分含量與10～20 cm土層相比，CT-處理下降幅度為9.9%±1.3%，CT+處理下降幅度為11.2%±1.5%；0～10、10～20 cm和20～30 cm 3個(gè)土層的DOC/SOC百分含量差異顯著（P＜0.05），30～40 cm土層中土壤DOC/SOC的百分含量CT-處理為0.6%±0.03%，與20～30 cm土層差異不顯著，CT+處理為0.7%±0.04%，與20～30 cm土層差異顯著（P＜0.05），由此可見，隨土壤深度的增加，DOC組分的穩(wěn)定性增高。

圖2 不同處理土壤剖面DOC/SOC的百分含量Figure 2 The DOC/SOC ratio in soil profile under different treatment

CT+處理的土壤DOC/SOC的百分含量高于CT-處理，CT-處理土壤的含量范圍是0.6%～0.7%，CT+處理土壤是0.7%～0.8%。處理間的百分含量差值隨著土壤深度增加而逐漸縮小，在0～10、10～20 cm和20～30 cm 3個(gè)土層中，CT+和CT-兩個(gè)處理的土壤DOC/SOC百分含量差異顯著（P＜0.05），在30～40 cm土層中，兩個(gè)處理間的差異則不顯著。3 a的試驗(yàn)結(jié)果趨勢一致，由此表明秸稈還田提高了土壤DOC在SOC中所占的比例，但是這種影響效應(yīng)隨著土壤深度增加而減弱。

2.3 不同處理土壤剖面DOC溶液中胺類物質(zhì)的變化

通過對DOC溶液進(jìn)行紫外光譜掃描發(fā)現(xiàn)，CT-與CT+兩個(gè)處理土壤DOC溶液的紫外峰值均出現(xiàn)在200～210 nm處，通過對比紫外光譜圖得知，此處為胺類物質(zhì)的吸收區(qū)域，即DOC分子結(jié)構(gòu)中含有CO-NH官能團(tuán)。由圖3可以看出，CT-和CT+兩個(gè)處理的土壤DOC溶液在210 nm處的吸光度值均隨土壤深度的增加逐漸下降，3年變化趨勢一致。2014—2016年，0～10 cm土層土壤DOC溶液的A210nm值CT-處理為2.3±0.2，CT+處理為3.6±0.2；10～20 cm土層土壤的A210nm值與0～10 cm土層相比，CT-處理的下降幅度為27.7%±2.6%，CT+處理的下降幅度為25.9%±1.2%，兩土層之間呈顯著差異（P＜0.05）；20～30 cm 土層土壤DOC的A210nm值與10～20cm土層相比則無顯著差異（P＞0.05）；30～40 cm土層土壤DOC的A210nm值CT-處理為1.2±0.1，CT+處理為1.5±0.1，與20～30 cm土層相比差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），由此說明土壤DOC中的胺類物質(zhì)含量隨著土層的加深而逐漸降低。

由圖3可知，土壤DOC溶液的A210nm值均表現(xiàn)為CT+處理高于CT-處理，但隨著土壤深度的增加，處理間的差值逐漸減小，在 0～10、10～20 cm 和 20～30 cm 3層土壤中，兩處理間的差異顯著（P＜0.05），在30～40 cm土層土壤中差異不顯著，3 a的試驗(yàn)結(jié)果趨勢一致，由此說明秸稈還田增加了剖面土壤DOC組分中的胺類物質(zhì)含量，隨著土壤深度的增加，秸稈的影響效應(yīng)減小。

圖3 不同處理土壤剖面DOC溶液中胺類物質(zhì)的吸光度值Figure 3 Absorbance values of amines in DOC of soil profile under different treatments

2.4 不同處理土壤剖面DOC溶液中芳香族類物質(zhì)的變化

254 nm或280 nm波長處的吸收值能較好地反映DOC分子中芳香族化合物包括具有不飽和C=C結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，吸光度值越大，芳香族化合物的含量越高，其中含有取代基的苯環(huán)和多酚中的π→π*躍遷也發(fā)生在此處。由圖4可知，CT-和CT+兩個(gè)處理的土壤DOC溶液在280 nm處的吸光度值均隨土壤深度增加而逐漸降低，3 a變化趨勢一致。2014—2016年，0～10 cm土層土壤DOC的A280nm值CT-處理為1.1±0.2，CT+處理為1.6±0.2，30～40 cm土層土壤的A280nm值CT-處理降低為0.6±0.1，CT+處理降低到0.6±0.1，不同土層差異顯著（P＜0.05）。由此說明，隨著土壤深度的增加，土壤DOC組分中芳香族類化合物的含量逐漸降低。

CT+處理土壤DOC的A280nm值高于CT-處理，隨著土壤深度的增加，處理間的差值逐漸縮小，3 a的試驗(yàn)結(jié)果趨勢變化一致。0～10 cm土層土壤的A280nm值CT+處理比CT-處理土壤增加了48.3%±5.3%，10～20 cm土層土壤DOC的A280nm值CT+處理比CT-處理增加了46.3%±3.5%，這兩層土壤DOC的A280nm值兩處理間差異顯著（P＜0.05）；20～30 cm土層土壤的A280nm值CT+處理比CT-處理增加了22.1%±3.5%，30～40 cm土層土壤的A280nm值CT+處理比CT-處理增加了11.2%±1.3%，在這兩層土壤中兩處理間差異不顯著。由此說明，秸稈還田增加了剖面土壤DOC組分中芳香族類化合物的含量，尤其對0～20 cm土層土壤的影響顯著。

圖4 不同處理土壤剖面DOC溶液中芳香族類物質(zhì)的吸光度值Figure 4 Absorbance of aromatic substances in DOC of soil profile under different treatments

2.5 不同處理土壤剖面DOC溶液平均分子量的變化

250 nm和365 nm處的吸光度值比（A2/A3）常用來反應(yīng)DOC的平均分子量和土壤腐殖化程度的狀況，A2/A3值越大，DOC的平均分子量越小，土壤團(tuán)聚化程度越低。如圖5所示，CT-和CT+兩個(gè)處理土壤DOC的A2/A3值均隨土壤深度增加而逐漸升高，3 a變化趨勢一致，由此說明隨著土壤深度的增加，土壤DOC的平均分子量減小，結(jié)構(gòu)變簡單，DOC多以小分子結(jié)構(gòu)存在于深層土壤中。2014—2016年，0～10 cm土層土壤DOC的A2/A3值CT-處理為1.0±0.1，CT+處理為0.9±0.1；10～20 cm土層土壤的A2/A3值與0～10 cm土層相比，CT-處理上升幅度為15.7%±2.9%，CT+處理上升幅度為12.1%±2.1%；20～30 cm土層土壤的A2/A3值與10～20 cm土層相比，CT-處理下降幅度為11.3%±1.4%，CT+處理上升幅度為8.1%±0.8%，CT-和CT+兩個(gè)處理土壤DOC的A2/A3值在10～20 cm和20～30 cm土層中均差異不顯著；30～40 cm土層土壤的A2/A3值CT-處理上升為2.7±0.2，CT+處理上升為2.0±0.1，與其余土層土壤呈顯著差異（P＜0.05）。

比較CT-和CT+兩個(gè)處理土壤DOC的A2/A3值可以發(fā)現(xiàn)，CT+處理土壤DOC的A2/A3值小于CT-處理，隨著土壤層次的加深兩處理間的差值逐漸增大。在0～10 cm和10～20 cm兩個(gè)土層土壤中，兩處理間A2/A3值差異不顯著，在20～30 cm和30～40 cm兩個(gè)土層中，兩處理間A2/A3值差異顯著（P＜0.05），3 a試驗(yàn)結(jié)果變化一致，由此說明秸稈還田增大了土壤DOC的平均分子量，尤其對20～30 cm和30～40 cm土層土壤的DOC平均分子量產(chǎn)生顯著影響，使DOC的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。

2.6 秸稈還田量與土壤DOC含量及官能團(tuán)之間的相關(guān)分析

由表3可以看出，秸稈還田量與土壤DOC含量以及DOC官能團(tuán)之間的相關(guān)性隨著土壤深度增加而逐漸降低。在0～10 cm土層中，三者均表現(xiàn)為極顯著的相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），其中秸稈還田量與DOC含量的相關(guān)系數(shù)為0.98，與A210nm、A280nm和A2/A3值的相關(guān)系數(shù)分別為0.99、0.99和-0.97；在10～20 cm土層中，三者表現(xiàn)為顯著的相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），其中秸稈還田量與DOC含量的相關(guān)系數(shù)為0.50，與A210nm、A280nm和A2/A3值的相關(guān)系數(shù)分別為0.74、-0.92和0.93；在20～30 cm土層中，秸稈還田量與DOC含量沒有表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)降低到-0.35，但與A210nm、A280nm值依然顯著相關(guān)；在30～40 cm土層中，秸稈還田量與DOC含量及A210nm、A280nm和A2/A3值均表現(xiàn)為無顯著相關(guān)性，其中與DOC含量的相關(guān)系數(shù)僅為-0.26，與A280nm的相關(guān)系數(shù)則較高，為0.66；由此說明，秸稈還田顯著影響了表層土壤的DOC含量以及官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)和數(shù)量，隨著土壤深度的加深影響逐漸減弱，深層土壤的DOC含量來源也逐漸決定于土壤有機(jī)質(zhì)的分解。

圖5 不同處理土壤剖面DOC溶液中分子量的吸光度值Figure 5 Absorbance values of molecular mass in DOC of soil profile under different treatments

表3 秸稈還田量與不同土層DOC含量、A210nm、A280nm、A2/A3值之間的相關(guān)性分析Table 3 Correlation between the amount of crop residues and DOC content，the A210nm，A280nm，A2/A3in different layer soil

2.7 土壤DOC含量與官能團(tuán)之間的回歸分析

土壤DOC含量與A210nm、A280nm、A2/A3值均具有極顯著的一次線性關(guān)系（P＜0.01），回歸方程如圖6所示，決定系數(shù)R2值分別為0.96、0.86、0.60。其中DOC含量與A210nm、A280nm值呈顯著的正相關(guān)性，與A2/A3值呈顯著的負(fù)相關(guān)性，由此說明，DOC含量隨著胺類物質(zhì)組分、芳香族化合物含量及平均分子量的改變而發(fā)生變化。

3 討論

3.1 秸稈還田對土壤剖面DOC含量分布特征的影響

土壤DOC是有機(jī)碳中易分解、活性較高、流動(dòng)性強(qiáng)的組分，它在土壤介質(zhì)中的行為特性受土壤基質(zhì)吸附和微生物降解的影響。本試驗(yàn)結(jié)果表明，DOC含量在土壤中的垂直分布呈逐漸降低的趨勢，這與前人研究結(jié)果一致[23-26]。表層土壤（0～10 cm）由于耕作和外源有機(jī)物的匯入等原因使得DOC濃度最高，當(dāng)其向下層土壤遷移時(shí)，土壤黏粒對DOC吸附作用的增加以及微生物對有機(jī)質(zhì)分解作用的減弱，使得DOC含量逐漸降低。李明堂等[27]在研究黑土剖面溶解性有機(jī)物的熒光光譜時(shí)也表明，剖面DOC的組成來源沿土壤深度增加由植物源和微生物混合源向以微生物源為主的方向移動(dòng)。

圖6 土壤DOC含量與A210nm、A280nm、A2/A3值之間的回歸方程Figure 6 The regression equation of soil DOC content with the value of A210nm，A280nmand A2/A3

秸稈還田是增加土壤DOC的重要途徑。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在0～10 cm和10～20 cm土層土壤中，CT+處理的DOC含量顯著高于CT-處理，這與前人研究結(jié)果一致[24，28]。這是因?yàn)椋衩捉斩捄写罅康乃苄晕镔|(zhì)，它的加入既能增加土壤DOC含量，又能促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的分解，故DOC含量升高。而在30～40 cm土層中，由于土壤母質(zhì)的影響以及有機(jī)質(zhì)差異對DOC的影響程度比較弱[29]，秸稈還田土壤中的DOC被土壤吸附而截留在上層土壤中，所以淋溶到30～40 cm土壤的DOC含量與不還田處理差異不顯著。

土壤DOC/SOC的比例是反映土壤碳庫質(zhì)量的重要指標(biāo)，用來指示有機(jī)碳的穩(wěn)定性、有效性和水溶性[30]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，DOC/SOC的百分含量隨著土壤深度增加呈逐漸降低的趨勢，與DOC的剖面分布含量變化一致，這表明土壤深度越深，SOC越穩(wěn)定；與不還田土壤相比，秸稈還田提高了土壤DOC/SOC的比例，使土壤有機(jī)碳庫的穩(wěn)定性變差，這與前人研究結(jié)果一致[31-32]。王明慧等[31]在研究蘇北沿海不同土地利用方式下土壤DOC含量特征時(shí)發(fā)現(xiàn)，在農(nóng)田土壤中，10～25 cm土層土壤的DOC/SOC比0～10 cm土層土壤明顯降低；田靜等[32]在研究土地利用方式對土壤DOC組成的影響時(shí)指出，菜田和農(nóng)田土壤的DOC/SOC均為表層最高，隨土壤深度增加而降低，菜田土壤的DOC/SOC要顯著高于農(nóng)田土壤，這與菜田施入大量的有機(jī)肥有關(guān)；在本試驗(yàn)中，秸稈還田可以增加剖面土壤的DOC含量，所以DOC/SOC百分含量要顯著高于不還田土壤。

3.2 秸稈還田對土壤剖面DOC結(jié)構(gòu)特征的影響

DOC分子是一種復(fù)雜的化合物，在其支鏈上攜帶了大量的疏水基團(tuán)和親水基團(tuán)，親水性基團(tuán)包括碳水化合物、羧酸和蛋白質(zhì)以及多肽類物質(zhì)，疏水性基團(tuán)包括腐殖質(zhì)物質(zhì)、芳香族化合物和多酚類物質(zhì)[7]。這些基團(tuán)隨著DOC的遷移發(fā)生改變，從而使得DOC的含量及組分發(fā)生變化。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，A210nm吸光度值隨著土壤深度增加而降低，而210 nm處的吸光度值則是因?yàn)榘奉愇镔|(zhì)（CO-NH）發(fā)生了n→σ*電子躍遷產(chǎn)生的，秸稈的加入顯著增加了土壤中胺類物質(zhì)的含量，這與前人研究結(jié)果一致[33-34]。張雅潔等[33]在研究小麥-水稻秸稈還田對土壤有機(jī)質(zhì)組成及不同形態(tài)氮含量時(shí)指出，秸稈還田處理可以增加土壤中含氮官能團(tuán)酰胺類物質(zhì)；陳曦等[34]在研究小麥-玉米秸稈連續(xù)還田對土壤有機(jī)質(zhì)紅外光譜特征的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，秸稈還田可以提高土壤有機(jī)質(zhì)中酰胺類物質(zhì)的含量。產(chǎn)生此種現(xiàn)象的原因是秸稈還田后土壤中含有大量的芳香族化合物，而芳香環(huán)能固定土壤中的無機(jī)氮生成胺類物質(zhì)[33，35]，所以0～10 cm土層土壤的胺類物質(zhì)含量顯著高于30～40 cm土層。

A280nm的吸光度值代表了土壤DOC組分中芳香族化合物的含量，A280nm值越高，芳香族類物質(zhì)含量越高[15，19]。A2/A3值則代表了土壤DOC的平均分子量和土壤的腐殖化程度，比值越小，DOC平均分子量越大，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，土壤腐殖化程度越高[36-37]。在本試驗(yàn)中，DOC溶液中的芳香族化合物在土壤剖面上呈逐漸降低的變化規(guī)律，DOC平均分子量也隨著土壤深度逐漸減小，這與前人研究結(jié)果一致[4，8，26，38]。熊麗等[4]在研究DOC在米櫧天然林不同土層中的遷移特征中指出，隨著土層的加深，土壤DOC濾出液中芳香族類物質(zhì)含量所占比例降低，DOC平均分子量逐漸減??；Bi等[38]采用紫外光譜研究森林土壤DOC結(jié)構(gòu)特征在土壤剖面中的變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，DOC的芳構(gòu)化程度和平均分子量隨土壤深度的增加而減小；Scott等[39]的研究結(jié)果也表明，疏水性基團(tuán)和芳香族物質(zhì)會(huì)對土壤顆粒有更強(qiáng)的親和力。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因主要分為以下兩方面：一是因?yàn)橥寥李w粒會(huì)優(yōu)先吸附DOC組分中的芳香族化合物及其他大分子物質(zhì)，而酚類、醇類等小分子物質(zhì)則進(jìn)入下一層土壤[4]；二是由于下層土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，土壤容重大，微生物活動(dòng)較弱，相對分子量較大的物質(zhì)難以移動(dòng)，所以芳香族物質(zhì)含量越來越低，DOC分子的平均分子量也越來越小。

試驗(yàn)結(jié)果還表明，秸稈還田顯著增加了0～10 cm和10～20 cm土層土壤DOC組分中芳香族化合物的含量，這與前人研究結(jié)果一致[15，33]。張雅潔等[33]在研究小麥-水稻秸稈還田對土壤溶解性有機(jī)質(zhì)含量及光譜特性時(shí)指出，秸稈還田條件下，土壤中芳香族成分增加；陳武榮等[15]的研究結(jié)果也表明，秸稈的加入明顯提高了耕作層土壤中芳香族類物質(zhì)的含量，使其芳構(gòu)化程度更加復(fù)雜，而對滲育層（25～30 cm）土壤中芳香族類物質(zhì)的含量影響不顯著。主要原因是微生物對秸稈的分解主要分布在表層土壤中，秸稈中的木質(zhì)素、多酚等物質(zhì)腐解后能產(chǎn)生大量的芳香族組分，并且土壤中的烷基化合物、有機(jī)酸、酰胺成分以及糖類等小分子物質(zhì)容易以芳香環(huán)為核心發(fā)生聚合反應(yīng)形成大分子的芳香族化合物，所以秸稈還田后土壤DOC中芳香族類化合物含量較高。在20～30 cm和30～40 cm土層土壤中，秸稈還田沒有顯著增加芳香族化合物的含量，但是DOC的平均分子量顯著高于不還田土壤，這是因?yàn)橥庠从袡C(jī)物可以增加0～40 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量，而高含量的有機(jī)質(zhì)可以增加對DOC的吸附[40]，所以在淋溶過程中翻耕秸稈還田處理的土壤被截留的DOC含量較大，遷移到30～40 cm土層時(shí)與不還田處理土壤的芳香族化合物含量差異不顯著。還田處理和不還田處理土壤DOC的平均分子量在30～40 cm土層土壤中差異顯著，這是因?yàn)榻斩掃€田土壤的有機(jī)質(zhì)含量高于不還田土壤，可以解析出更多結(jié)構(gòu)相對簡單的DOC分子，在淋溶過程中，當(dāng)芳香族化合物等大分子物質(zhì)被土壤吸附時(shí)，這些小分子物質(zhì)能被淋溶到深層土壤中，使兩處理的DOC平均分子量在底層土壤差異顯著。

4 結(jié)論

（1）隨著土壤深度的增加，秸稈還田和不還田處理的土壤DOC含量、DOC/SOC百分含量、胺類物質(zhì)（-CO-NH）含量及芳香族類物質(zhì)（C=C、苯環(huán)）含量均逐漸降低，土壤DOC的平均分子量也逐漸減小，DOC結(jié)構(gòu)相對簡單。

（2）秸稈還田顯著增加了0～10 cm和10～20 cm土層土壤的DOC含量、DOC/SOC百分含量、胺類物質(zhì)（-CO-NH）的含量及芳香族類物質(zhì)（C=C、苯環(huán)）的含量，對30～40 cm土層土壤影響不顯著。

（3）秸稈還田增加了土壤DOC的平均分子量，DOC分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜性提高，土壤腐殖化程度增加，尤其對20～30 cm和30～40 cm土層土壤的DOC影響顯著，土層越深，秸稈還田（CT+）土壤DOC分子結(jié)構(gòu)較不還田處理（CT-）越復(fù)雜。

（4）土壤DOC含量與胺類物質(zhì)（-CO-NH）含量、芳香族類物質(zhì)（C=C、苯環(huán)）含量顯著相關(guān)，胺類物質(zhì)（-CO-NH）含量和芳香族類物質(zhì)（C=C、苯環(huán)）含量是影響DOC含量的重要因素。