吉恒寬，吳月穎，符佩嬌，解鈺，吳蔚東，吳治澎*

1.海南大學(xué)熱帶作物學(xué)院，海南 ?？?570228；2.海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與土壤研究所，海南 ?？?571100

溶解性有機(jī)氮（Dissolved organic nitrogen，DON），通常定義為能溶于水，且能過0.45 μm微孔濾膜，具有不同結(jié)構(gòu)，不同分子量大小的有機(jī)態(tài)氮化合物（黃慧，2013）。在土壤溶液中，作為氮的主要存在形式和運(yùn)輸載體之一（Peterson，2001），DON在陸地生態(tài)系統(tǒng)的氮循環(huán)中起著重要作用。DON作為可溶性氮素流失的主要方式，其大量進(jìn)入水生生態(tài)系統(tǒng)必然會(huì)導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化和地下水污染等環(huán)境問題發(fā)生，此外，DON對(duì)土壤中重金屬的淋溶也有明顯的促進(jìn)作用（Qualls et al.，1991）。隨著土地利用集約度日益提高，土地利用類型發(fā)生變化，必然對(duì)土壤氮素產(chǎn)生影響（Perakis et al.，2002），熱帶地區(qū)溫度高、降雨多、物質(zhì)循環(huán)快，土地利用的變化對(duì)土壤氮的影響更為顯著，DON作為土壤氮素中活躍的組分，對(duì)土地利用變化的響應(yīng)也更為迅速和敏感（郗敏等，2008）。因此，研究不同土地利用類型對(duì)土壤DON含量、組成與粒徑分布的影響可以更深入地理解DON的生態(tài)環(huán)境行為。

目前，對(duì)DON組分、結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的手段很多，如核磁共振、GC-MS、紫外-可見光譜、紅外光譜、同步熒光光譜技術(shù)及三維熒光光譜技術(shù)等（宋曉娜等，2010）。其中，三維熒光技術(shù)（EEM）具有成本低、靈敏度高、用量少、不破壞樣品結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，能較好地表征和鑒別土壤中DON的熒光組成（柳婷等，2019），紅外光譜分析方法信息量豐富，可以反映DON中化合物的官能團(tuán)組成及比例信息（康根麗等，2014）。國內(nèi)外對(duì)不同土地利用背景下DON的含量、組成進(jìn)行了相關(guān)研究，例如，早期有研究發(fā)現(xiàn)，土地利用方式對(duì)DON有影響較大，不同類型土壤提取出的 DON含量大小順序?yàn)椴说兀玖值兀巨r(nóng)地＞濕地=草地＞灌木（Christou et al.，2005）。呂學(xué)軍等（2011）通過對(duì)溫帶地區(qū)黃河三角洲輕度鹽漬化土壤DON含量研究發(fā)現(xiàn)，土壤DON含量會(huì)因土地利用方式的不同而產(chǎn)生差異，其大小順序?yàn)椴说兀炯Z田＞果園＞未利用地。但也有研究表明，不同土地利用方式對(duì)亞熱帶紅壤坡地DON含量無顯著影響（王飛等，2014）。土壤DON成分主要為氨基酸、氨基糖和蛋白質(zhì)等小分子含氮化合物（Murphy et al.，2000）。Hua et al.（2018）使用三維熒光光譜結(jié)合平行因子分析法對(duì)溫帶、亞熱帶不同土地利用類型下流域DON的組分進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，DON的熒光組分主要包括類蛋白質(zhì)成分，類腐殖質(zhì)成分及異種生物類成分，且類蛋白質(zhì)成分與其來源直接相關(guān)。此外，DON也是由不同分子粒級(jí)組成的物理結(jié)構(gòu)體，不同粒徑大小的DON在組成與性質(zhì)上表現(xiàn)出強(qiáng)烈的異質(zhì)性，進(jìn)而影響DON的生態(tài)環(huán)境行為。DON的不同組分具有不同功能，如氨基糖可以促進(jìn)水體中有色DOM（CDOM）和色氨酸的形成，為水生植物和浮游生物提供營養(yǎng)物質(zhì)，并釋放CO2、CH4等溫室氣體，加劇溫室效應(yīng)（Doxaran et al.，2002；Odermatt et al.，2012），而氨基酸可以與氯反應(yīng)生成氯仿，造成環(huán)境污染（Larson et al.，1995）。海南島地處熱帶，常年濕熱多雨，土壤物質(zhì)循環(huán)劇烈，并且具有豐富的濱海帶，而濱海地區(qū)處于海陸兩大生態(tài)系統(tǒng)類型的接合部，屬生態(tài)脆弱區(qū)，快速發(fā)展的熱帶農(nóng)業(yè)形成了不同人類干擾強(qiáng)度和管理方式的農(nóng)業(yè)土地利用類型，這進(jìn)一步改變?cè)搮^(qū)域土壤物質(zhì)循環(huán)與生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。綜上所述，國內(nèi)外關(guān)于溫帶、亞熱帶地區(qū)土地利用變化對(duì)土壤DON含量、組成的影響已經(jīng)展開較為廣泛的研究，但對(duì)熱帶濱海區(qū)土壤DON含量、組成及其粒徑分布特征的研究仍然不足。

因此，本研究以熱帶濱海區(qū)4種不同土地利用模式下的農(nóng)業(yè)土壤為研究對(duì)象，通過連續(xù)過濾，并使用三維熒光光譜、傅里葉紅外光譜技術(shù)對(duì)熱帶濱海區(qū)土壤DON的結(jié)構(gòu)組成與粒徑分布進(jìn)行研究，以期揭示熱帶濱海區(qū)土壤DON的結(jié)構(gòu)組成與粒徑分布對(duì)土地利用變化的響應(yīng)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

海南東寨港國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)總面積 3337 hm2，其中紅樹林面積1578 hm2，位于海南省東北部，離?？谑袇^(qū)30 km，是以保護(hù)紅樹林濕地為主的北熱帶邊緣河口港灣。研究區(qū)域?qū)儆诘湫偷臒釒Ъ撅L(fēng)氣候，年平均氣溫為22.5—25.6 ℃；年降雨量為923—2459 mm，5—10月是多雨季，11—4月為少雨季。在海南省?？谑袞|寨港自然保護(hù)區(qū)外圍（圖1）選取4種土地利用方式的土壤：水稻土、膠園土、菜園土及果園土。橡膠林為單一橡膠林，樹齡15年，菜園主要種植上海青（Brassica chinensisL.），果園種植荔枝（Litchi chinensisSonn.），4種土地利用類型土壤均為玄武巖母質(zhì)。

1.2 樣地設(shè)置及樣品采集

圖1 研究區(qū)域及采樣點(diǎn)分布Fig.1 Study area and the distribution of sampling sites

2018年 8月在各土地利用類型設(shè)置 1個(gè) 15 m×15 m的樣地，按五點(diǎn)取樣法分別采集0—20 cm的耕層土壤。土樣帶回實(shí)驗(yàn)室去除可見石礫及植物根系，風(fēng)干，過2 mm篩，裝入自封袋于陰涼干燥處保存，用于DON提取。采用四分法另取部分土壤再次研磨過篩用來測(cè)定土壤理化性質(zhì)，土壤基本理化性狀見表1。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤理化指標(biāo)測(cè)定

pH值、土壤有機(jī)質(zhì)（OM）、全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK）、質(zhì)地分別采用pH計(jì)法（水土比2.5∶1）、重鉻酸鉀容量法、半微量開氏法、HClO4-H2SO4氧化法、NaOH熔融-火焰光度法、比重計(jì)法測(cè)定（鮑士旦，2000）。

1.3.2 土壤DOM提取

土壤DOM采用水浸提法（訾園園等，2016），土水比為1∶5。稱取30 g過2 mm篩風(fēng)干土樣，加入150 mL超純水（電阻率為18.25 M?·cm），恒溫避光振蕩30 min后，4000 r·min-1離心20 min，上清液使用0.7、0.45、0.2、0.1 μm的混合纖維素脂膜以及分子量為100、10、1 kDa的超濾膜（上海摩速科學(xué)器材有限公司）連續(xù)過濾，所得濾液置于棕色瓶中4 ℃保存待測(cè)。

1.3.3 DON測(cè)定

使用連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定各級(jí)濾液中的總氮（DTN）、銨態(tài)氮（NH4+-N）和硝態(tài)氮（NO3--N）含量，土壤 DON含量用公式：DON=DTN-(NO3--N+NH4+-N)計(jì)算（Andersson et al.，2000），并利用差減法計(jì)算 0.45—0.7 μm，0.2—0.45 μm，0.1—0.2 μm，100 kDa—0.1 μm，10—100 kDa，1—10 kDa的DON的含量。

1.3.4 三維熒光光譜與PARAFAC分析

DON的三維熒光光譜采用有機(jī)質(zhì)三維熒光分析儀（型號(hào)F320，天津港東科技股份有限公司）進(jìn)行測(cè)定，以超純水為空白，使用1 cm石英比色皿進(jìn)行掃描。儀器光源為150 W氙燈，光電倍增電壓為700 V，激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度均設(shè)置為5 nm，激發(fā)波長（λ(ex)）范圍為230—450 nm，掃描間隔5 nm；發(fā)射波長（λ(em)）范圍為250—620 nm，掃描間隔1 nm，掃描速度為2400 nm·min-1。熒光強(qiáng)度大小以R.U.標(biāo)注。使用Metlab 2016軟件對(duì)EEM光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行平行因子分析。組分?jǐn)?shù)范圍擬選為2—6個(gè)，通過扣除空白，去除異常值，同時(shí)參考核心一致性分析、裂半分析和隨機(jī)初始化方法來確定組分個(gè)數(shù)，最終得到3個(gè)組分。

1.3.5 傅里葉紅外光譜測(cè)定

將1 mg冷凍干燥后的DON（水土比1∶1浸提）與200 mg干燥的光譜純溴化鉀混勻，置入瑪瑙研缽在紅外燈下磨細(xì)（盛浩等，2017），在80 kPa壓強(qiáng)下壓片并維持 1 min，用紅外光譜儀（型號(hào)：TENSOR27，德國）測(cè)定，波譜掃描范圍為4000—400 cm-1。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 23.0進(jìn)行單因素方差分析，差異顯著性分析采用LSD分析，不同大寫字母代表土地利用類型間差異顯著，不同小寫字母代表粒徑間差異顯著，顯著水平為 0.05。利用 Excel 2016以及OriginPro 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和圖表制作，各指標(biāo)均測(cè)定3次重復(fù)，圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同土地利用背景下土壤各形態(tài)氮含量、占比與DON粒徑分布

2.1.1 不同土地利用背景下土壤溶解態(tài)氮含量及各形態(tài)氮占DTN比例

圖2反映了4種土地利用背景下土壤全量提取液（＜0.7 μm）中各種形態(tài)氮的含量及其占溶解性總氮的比例。由圖可知，不同土地利用類型土壤全量提取液中各形態(tài)氮的含量差異顯著，溶解性總氮（DTN）含量范圍為 7.82—41.70 mg·kg-1，NO3--N 含量范圍為1.45—27.27 mg·kg-1，NH4+-N含量范圍為1.13—7.12 mg·kg-1，DON 含量范圍為 5.25—10.88 mg·kg-1；除水稻田NH4+-N外，各形態(tài)N的平均含量大小順序?yàn)樗荆静藞@＞果園＞橡膠。對(duì)比不同土地利用背景下土壤提取液中各形態(tài)N占比發(fā)現(xiàn)，水稻土和菜園土中NO3--N含量所占比例最高，分別為65.38%，38.00%，其次為DON（26.08%，36.76%），NH4+-N占比最低（8.54%，25.23%）；然而，膠園土和果園土中 DON占比最高，分別為 67.11%，44.47%，其次為NO3--N（18.49%，29.32%），NH4+-N占比最低（14.46%，26.21%）。此外，不同土地利用背景下，土壤DON/TN值范圍為0.33%—0.62%，以菜園土最高，為0.62%，膠園土最低，為0.33%，其大小順序?yàn)椴藞@土＞水稻土＞果園土＞膠園土（數(shù)據(jù)未顯示），然而，與DON/TN相反，DON/DTN值以膠園土最高，水稻土最低，其大小順序?yàn)槟z園土＞果園土＞菜園土＞水稻土。

表1 土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of the soils

圖2 4種土地利用背景下土壤全量提取液中各種形態(tài)氮的含量及占比Fig.2 Contents and proportions of different forms of nitrogen in extracts from four land use types of soil

綜上所述，土壤溶解態(tài)總氮含量、各形態(tài)氮含量及各形態(tài)氮占 DTN比例受土地利用變化影響顯著。整體而言，各形態(tài)N的平均含量大小順序?yàn)樗就粒静藞@土＞果園土＞膠園土。前人研究發(fā)現(xiàn)人類活動(dòng)，如灌溉、施肥等，會(huì)導(dǎo)致農(nóng)業(yè)土壤中DOM含量的增加（Agegnehu et al.，2016），本研究中受人類活動(dòng)干擾強(qiáng)的農(nóng)業(yè)土壤中各形態(tài)溶解氮的含量均高于受人類活動(dòng)干擾弱的膠園土壤，表明受人類活動(dòng)干擾強(qiáng)的農(nóng)業(yè)用地方式土壤中氮的溶解性更強(qiáng)，這將進(jìn)一步增加土壤氮的流失，從而帶來一系列的環(huán)境問題。

不同土地利用背景下土壤各形態(tài)溶解態(tài)氮所占比例差異顯著，水稻、菜園土壤以NO3--N為主，而橡膠、果樹土壤以DON為主，表明土地利用方式對(duì)土壤溶解態(tài)氮形態(tài)也有影響。不同土地利用類型土壤中各形態(tài)氮占比不同可能與植被類型、施肥量及施肥種類有關(guān)，植被變化后作物殘茬、凋落物、根系分泌物以及微生物的群落組成也隨著變化，這些都可能改變各形態(tài)氮的比例；程蕾等（2019）發(fā)現(xiàn)施氮肥能提高土壤NO3--N含量，在高氮處理下差異更顯著，水稻、菜園土壤由于外源氮的輸入量較大，導(dǎo)致水稻、菜園土壤以NO3--N為主，無機(jī)氮比例的增加，DON的比例降低。橡膠地受人類干擾較小，外源氮添加少，較多的植物凋落物和根系是DON的主要來源，導(dǎo)致DON含量較無機(jī)氮高，氮形態(tài)以DON為主，Perakis et al.（2002）對(duì)未受污染的南美地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)氮素循環(huán)的研究也表明，DON是這一生態(tài)系統(tǒng)氮素流失的主要形態(tài)，認(rèn)為北美、歐洲等地區(qū)森林地區(qū)河流中高水平的無機(jī)氮是人類活動(dòng)產(chǎn)生的污染所致，與本文結(jié)果相似。本文不同土地利用類型土壤DON在全氮以及在溶解性總氮中所占的比例也存在差異，不同土地利用背景下 DON/TN值以菜園土最高，膠園土最低，其值范圍與前人研究結(jié)果相似（0.39%—0.86%）（陳小花等，2015），然而DON/DTN值以膠園土最高，也表明土地利用的變化提高了DON的含量，并改變了溶解態(tài)氮的形態(tài)。

2.1.2 土壤各粒徑DON含量及其比例

圖3表明4種土地利用背景下土壤DON含量及其粒徑分布差異均顯著。由圖可知，0.45—0.7、0.2—0.45、0.1—0.2 μm、100 kDa—0.1 μm、10—100 kDa、1—10 kDa及＜1 kDa 7個(gè)粒徑下DON的含量范圍分別為 0.12—0.45、0.10—0.27、0.13—0.54、0.06—0.36、1.46—3.11、0.94—2.99、2.45—3.92 mg·kg-1。整體而言，各粒徑下4種土地利用背景下土壤中DON含量差異顯著，在＞10 kDa的粒徑中，4種地類土壤中 DON的含量大小順序?yàn)樗荆静藞@＞果樹＞橡膠，然而，在＜10 kDa的粒徑中，菜園土 DON的含量高于水稻田。4種土地利用背景下各粒徑DON占比分別為2.15%—4.14%、1.84%—2.55%、2.03%—6.48%、1.02%—3.28%、23.48%—28.60%、17.92%—30.07%、32.34%—46.71%。DON主要集中在＜100 kDa的粒徑中，其值范圍為4.85—9.48 mg·kg-1，占總量的 85.89%—92.41%，且＜1 kDa粒徑下各地類DON的含量最高，占總量的比例為32.34%—46.71%，以橡膠土最高（46.71%），果園土最低（32.34%）。

圖3 4種土地利用類型土壤中DON含量分布Fig.3 Distribution of DON content in four land use types of soil

綜上所述，不同土地利用背景下土壤DON含量差異顯著，同種土地利用背景下DON粒徑分布也有顯著差異。整體而言，各粒徑下DON含量大小順序?yàn)樗荆静藞@＞果樹＞橡膠，且4種土地利用類型土壤DON主要集中在＜100 kDa的粒徑中。王飛等（2014）研究發(fā)現(xiàn)不同土地利用方式對(duì)紅壤坡地DON含量無顯著影響，而呂學(xué)軍等（2011）發(fā)現(xiàn)不同土地利用類型對(duì)黃河三角洲輕度鹽漬化土壤DON含量有影響，其大小的順序?yàn)椴说兀炯Z田＞果園＞未利用地。本研究中不同土地利用類型對(duì)DON含量影響顯著，不同區(qū)域研究結(jié)果的差異可能與土壤類型，植被類型及DON提取方法有關(guān)。水稻土DON含量最高，與其氧化還原狀況及土壤全氮含量有關(guān)（表1），水稻田長期處于淹水條件，其氧化還原狀況與橡膠、果園和菜園旱地的氧化還原狀況有很大差異，酸性土灌水后，F(xiàn)e和Mn在缺氧條件下被還原形成Fe(OH)2和Mn(OH)2，使水稻土pH值升高，而pH影響土壤DOM的吸附、解吸過程，對(duì)其溶解性有直接影響，pH值的增加會(huì)增加DOM的電荷密度，導(dǎo)致DOM的可溶性增加，并促進(jìn)DOM從土壤礦物上解吸（Tipping et al.，1990）；DON在土壤中的含量與土壤全氮密切相關(guān)（汪景寬等，2008），較高的全氮量也導(dǎo)致水稻土DON含量較高；水稻田，菜園以及果樹表土層細(xì)根生物量較橡膠土高，可能增加DON的溶出（Lin et al.，2011）；此外，水稻田、菜園和果園會(huì)施用一定量的氮肥，也會(huì)補(bǔ)充土壤中DON，使其DON含量高于橡膠土壤，橡膠園土壤受人類活動(dòng)干擾小，凋落葉溶出的大量有機(jī)質(zhì)是土壤可溶性有機(jī)質(zhì)的主要來源之一（雷秋霜等，2014），DON也主要來源于凋落物及植物根系等自然來源，因此，其含量最低。各粒徑下4種土地利用類型土壤DON主要集中在＜100 kDa的粒徑中，且各粒徑含量趨勢(shì)與總DON基本一致，均為水稻土 DON含量最高，僅在＜10 kDa的組分中，菜園土DON含量最高，表明DON主要集中在較小的組分中，菜園土壤DON在＜10 kDa的組分中含量增加。前人對(duì)卡累利阿北部泥炭沼澤地土壤溶液（Ilina et al.，2014）以及三峽庫區(qū)水體（陳雪霜等，2016）不同粒徑DOM的研究發(fā)現(xiàn)，低分子量DOM的含量（＜10 kDa）占主導(dǎo)地位，主要是由于摩爾質(zhì)量與分子直徑的三次方成正比（Ilina et al.，2014），因此直徑為0.1 μm的分子與直徑為100 kDa的分子的分子質(zhì)量相差很大，因此＜100 kDa的低分子量DON的摩爾濃度占主導(dǎo)。橡膠土＜1 kDa組分DON占比最高，其他粒徑占比均低于其他土地利用類型，表明農(nóng)業(yè)土地利用方式會(huì)改變DON的粒徑分布。

2.2 DON組成與粒徑分布

2.2.1 不同土地利用背景下DON的熒光光譜特征

使用 EEM-PARAFAC對(duì)所有樣品的三維熒光數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示DON熒光特征呈現(xiàn)3種熒光組分。這3種熒光組分及特征見表2，激發(fā)和發(fā)射波長載荷見圖4。

組分 C1（λ(ex)/λ(em)=325 nm/402 nm）具有單一激發(fā)峰和發(fā)射峰，為短波類腐殖質(zhì)（劉笑菡等，2012），與微生物轉(zhuǎn)化有關(guān)（Williams et al.，2010），與Cai et al.（2012）文獻(xiàn)中的C1（320 nm/400 nm）相似，Stedmon et al.（2003）也發(fā)現(xiàn)類似組分。

組分 C2（λ(ex)/λ(em)=275(375) nm/448 nm）具有2個(gè)激發(fā)峰和1個(gè)發(fā)射峰，被認(rèn)為是長波類腐殖質(zhì)，以腐殖酸為代表，其他文獻(xiàn)中也發(fā)現(xiàn)類似組分（Cory et al.，2005；Yamashita et al.，2010），該組分主要來源于陸地高等植物輸入，高分子量、高芳香性的腐殖質(zhì)（Fellman et al.，2010）。

表2 不同土地利用類型土壤中DON熒光團(tuán)組分特征Table 2 fluorescent characteristics of DON in different land use types of soil

圖4 不同土地利用類型土壤DON的3個(gè)組分EEMs及載荷Fig.4 EEMs and loadings of three components of DON in different land use types of soil

組分 C3（λ(ex)/λ(em)=285 nm/341 nm）也具有單一激發(fā)峰和發(fā)射峰，被認(rèn)為是類蛋白物質(zhì)，以類色氨酸為代表，主要是由陸生植物或土壤微生物代謝過程產(chǎn)生的蛋白質(zhì)或較少降解的酪氨酸（Stedmon et al.，2005）。

圖5 4種土地利用類型土壤中DON的三維熒光光譜圖Fig.5 EEM fluorescence spectra of DON in four land use types of soil

圖5顯示4種土地利用背景下土壤DON均含有兩種類腐殖質(zhì)組分及類蛋白質(zhì)組分 3種熒光組分，其熒光組成主要以類腐殖質(zhì)物質(zhì)（C1、C2）為主，類蛋白質(zhì)物質(zhì)較少。整體看來，4種土地利用背景下土壤DON C1組分熒光強(qiáng)度無明顯差別，C2組分的熒光強(qiáng)度以水稻土最高，其大小順序?yàn)樗就粒竟麍@土＞菜園土＞膠園土，類蛋白物質(zhì)組分C3在不同土地利用間差異較大，其熒光強(qiáng)度大小順序?yàn)槟z園土＞菜園土＞果園土＞水稻土（果園土＜1 kDa除外）。表3為不同粒徑下4種土地利用類型土壤DON中3種熒光組分所占比例，由表可知，不同土地利用背景下土壤DON的3種熒光物質(zhì)間存在差異，以C1組分占比最高，其值范圍為38.00%—51.67%。不同土地利用類型C1組分無明顯變化，C2、C3組分所占比例變化較大，C3組分以橡膠土最高（36.67%—46.00%），水稻土最低（22.33%—27.67%）；同種土地利用背景下，隨著粒徑變小，C1、C2組分略微下降，而C3組分熒光強(qiáng)度有所增強(qiáng)，其中以＜1 kDa組分最為明顯。表4為不同粒徑下4種土地利用類型土壤中DOM的腐殖化指數(shù)（HIX），HIX為激發(fā)波長為254 nm時(shí)，熒光發(fā)射光譜中發(fā)射波長在435—480 nm與300—345 nm波段內(nèi)光譜面積的比值，其值越高表明有機(jī)物的腐殖化程度越高，穩(wěn)定性越好（Ohno，2002）。由表可知，各土地利用模式下HIX值均小于4，表明土壤DON腐殖化程度較弱，且隨著粒徑減小，HIX不斷減小，＜1 kDa組分的HIX值最低，其值以水稻土最高，橡膠土最低。

4種土地利用模式下土壤 DON的熒光組成均以類腐殖質(zhì)為主，水稻土壤與菜園、果樹、膠園土壤相比，DON中類腐殖質(zhì)物質(zhì)較多，類蛋白物質(zhì)較少，腐殖化程度更高（表4），而菜園、果樹、橡膠土壤DON中類腐殖質(zhì)物質(zhì)較少而類蛋白質(zhì)物質(zhì)相對(duì)較多，造成這種差異的原因與氮肥的施用以及不同土地利用背景下土壤的微生物活動(dòng)有關(guān)。前人研究發(fā)現(xiàn)氮肥的施用能減少類蛋白質(zhì)物質(zhì)（程蕾等，2019），本研究中橡膠土壤DON類蛋白質(zhì)物質(zhì)熒光強(qiáng)度高于其他土地利用類型，可能是由于橡膠地受人類活動(dòng)干擾相對(duì)較弱，氮肥施用量較少的原因，此外，橡膠凋落物的淋溶也會(huì)增加類蛋白質(zhì)組分比例。DON的組成與微生物活性關(guān)系密切，橡膠、菜園及果園土壤溫度水分適宜，通氣良好，利于微生物生長，微生物代謝旺盛，產(chǎn)生較多類蛋白質(zhì)物質(zhì)，土壤腐殖質(zhì)分解快，腐殖化程度較低，而與旱作土壤相比，水稻田長期處于淹水狀態(tài)，通氣不良，好氧微生物活動(dòng)受抑制，有利于有機(jī)質(zhì)的累積，腐殖化程度也最高，與表1結(jié)果一致；而類蛋白組分主要與土壤本身微生物的生命活動(dòng)有關(guān)，水稻田需氧微生物活動(dòng)弱，因此，類蛋白物質(zhì)較少。不同土地利用背景下土壤DON的C1組分熒光強(qiáng)度無明顯變化，而C2、C3組分熒光強(qiáng)度變化較大，C2組分比例在水稻土最高，表明水稻土壤DON類腐殖質(zhì)熒光組分有較多的植物來源，Hua et al.（2018）對(duì)不同土地利用背景下的流域水體DON的組成進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)類蛋白組分對(duì)流域內(nèi)土地利用變化敏感，可以用來示蹤流域內(nèi)DON來源，表明類蛋白組分對(duì)土地利用變化敏感，與本研究結(jié)果類似。表3及表4結(jié)果表明隨著粒徑的減小，低分子量的類蛋白組分比例增加，類腐殖酸組分所占比例降低，DON的腐殖化程度降低，在＜1 kDa組分中最為明顯，說明類蛋白組分主要分布在小粒徑的DON中，Xu et al.（2017）也發(fā)現(xiàn)大部分碳水化合物和蛋白質(zhì)分布在＜3 kDa的DOM分子組分中，與本研究結(jié)果類似。

表3 4種土地利用類型土壤DON中3種熒光組分比例Table 3 The proportion of the three fluorescent components in different land use types of soil %

表4 不同土地利用類型土壤中DOM的腐殖化指數(shù)Table 4 HIX of DOM in different land use types of soil

2.2.2 紅外光譜特征

圖6顯示，4種土地利用背景下土壤全量（＜0.7 μm）和＜1 kDa的DON紅外光譜相似，主要包括6個(gè)吸收峰，3410 cm-1是游離的胺類及氨基酸鹽中的N-H或羧酸中O-H伸縮振動(dòng)吸收峰、1636 cm-1是羧酸鹽-COO-及氨基酸氨基 N-H變形振動(dòng)吸收峰、1402 cm-1是烷烴C-H變形振動(dòng)吸收峰、1138—l035 cm-1是胺類C-N伸縮振動(dòng)及碳水化合物吸收峰、673 cm-1和602 cm-1是苯環(huán)面外彎曲振動(dòng)，3410 cm-1處O-H和N-H的振動(dòng)、1636 cm-1處的-COO-及1402 cm-1處的C-H振動(dòng)可以證明氨基酸、多肽及蛋白質(zhì)的存在，1138—l035 cm-1和 673 cm-1、602 cm-1處吸收峰可以證明多糖及芳香類物質(zhì)的存在，前人研究也發(fā)現(xiàn)相似的峰（Magee et al.，1991；盛浩等，2017；韋夢(mèng)雪等，2017）。然而，不同土地利用類型土壤中 DON的透光度不同，果園土壤DON各吸收峰的透光度低于其他地類，水稻土、菜園土各吸收峰的透光度較高，且菜園土在 1402 cm-1處峰的透光度最高；對(duì)比不同粒徑下DON的紅外光譜發(fā)現(xiàn)，4種土地利用背景下全量 DON的紅外光譜在歸屬于脂肪族C-H、C-H2、C-H3的伸縮振動(dòng)的2929 cm-1處出現(xiàn)峰，而＜1 kDa粒徑下該峰消失（果園土除外）。此外，＜1 kDa組分與全量DON相比，水稻土在1403 cm-1及2251 cm-1處吸收峰增加；除果園土在 912 cm-1處烯烴 CH2-吸收峰變?nèi)?，果園土和膠園土土壤DON各吸收峰透光度均增加較大。

圖6 不同土地利用類型土壤DON的紅外光譜Fig.6 FTIR spectra of DON in different land use types of soil

綜上所述，不同土地利用類型土壤DON在結(jié)構(gòu)上具有一定的相似性，但特征峰透光度強(qiáng)弱的差異，反映了不同土地利用背景下土壤DON官能團(tuán)的數(shù)量有所不同。整體而言，所有土地利用背景下土壤DON在＜0.7 μm和＜1 kDa兩種粒徑下，DON都在3410 cm-1有一個(gè)強(qiáng)而寬的吸收峰，各吸收峰的透光度在果園土壤DON最低，水稻土、菜園土吸收峰的透光度較高，菜園土在歸屬于烷烴C-H變形振動(dòng)峰的1402 cm-1處透光度最高，表明4種土地利用背景下土壤DON均含有較多的游離胺類物質(zhì)，果園土壤DON各官能團(tuán)數(shù)量較少，水稻土、菜園土壤 DON各官能團(tuán)數(shù)量較多，且菜園土壤DON含有較多的烷烴，水稻土壤DON在673 cm-1和602 cm-1處的吸收比例最大，說明水稻土壤苯環(huán)類物質(zhì)含量較多，結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，與三維熒光結(jié)果一致，這可能是由于水稻田長期淹水，通氣不良，微生物活性弱，導(dǎo)致土壤中木質(zhì)素、酚等芳香性物質(zhì)較多。然而，＜1 kDa組分與全量DON的紅外光譜相比，水稻土、菜園土在歸屬于烷烴C-H變形振動(dòng)峰和氰化物 C≡N伸縮振動(dòng)峰的 1403 cm-1及2251 cm-1處吸收峰增加，菜園土在歸屬于胺鹽C=NH+的2425 cm-1處吸收峰增加，果園土在歸屬于烯烴 CH2-的 912 cm-1處吸收峰較弱，表明在＜1 kDa組分中水稻、菜園土壤DON含有較多的烷烴及氰化物C≡N物質(zhì)，菜園土壤DON中胺鹽C=NH+較多，果樹土壤DON中烯烴CH2-較少，且除果園土外，其他土地利用背景下歸屬于脂肪族C-H、CH2、C-H3的 2929 cm-1處的峰消失，＜1 kDa組分DON中脂肪族物質(zhì)峰的消失及烷烴、胺類物質(zhì)的增加說明土地利用變化可能會(huì)使DON的官能團(tuán)改變，使小粒徑組分中的脂肪族物質(zhì)轉(zhuǎn)化為飽和烷烴或胺類物質(zhì)，從而使＜1 kDa組分的DON在2929 cm-1處的吸收峰消失，其他峰透光度相對(duì)較大。不同土地利用背景下土壤DON在1138—l035 cm-1范圍內(nèi)也有較強(qiáng)的峰，表明不同土地利用背景下土壤DON均含有較多的碳水化合物，與前人研究結(jié)果相似，這主要是因?yàn)樘妓衔锖屯寥李w粒的吸附力較小、溶解度較高（Scott et al.，2014）。程蕾等（2019）研究發(fā)現(xiàn)施用氮肥會(huì)增加3300—4000 cm-1處峰、飽和C-H面內(nèi)的變形振動(dòng)峰（1380 cm-1）及多糖類物質(zhì)峰（1000—1260 cm-1）的吸收峰強(qiáng)度，本研究中菜園土壤DON在1403 cm-1處的相對(duì)吸收最強(qiáng)，水稻在1138 cm-1處的相對(duì)吸收最強(qiáng)，表明菜園土壤DON飽和烷烴較多，水稻土壤DON含有較多的多糖和胺類物質(zhì)，這可能與水稻土和菜園土壤受人類活動(dòng)干擾強(qiáng)，氮肥投入量高有關(guān)。

3 結(jié)論

（1）土地利用類型對(duì)土壤 DON含量及其與TDN的比值有顯著影響，4種土地利用類型土壤全量DON含量為5.25—10.88 mg·kg-1，其大小順序?yàn)樗就粒静藞@土＞果園土＞膠園土，占TDN的比例為26.08%—67.11%；4種土地利用類型土壤DON含量主要分布在＜100 kDa的小粒徑中，其值范圍為4.85—9.48 mg·kg-1，占全量的 85.89%—92.41%，且＜1 kDa粒徑下的DON含量最高，濃度范圍為2.45—3.92 mg·kg-1，占總量的比例為32.34%—46.71%。

（2）4種土地利用背景下各粒徑土壤 DON可分為2類3種熒光組分，分別為類腐殖質(zhì)熒光組分C1（325/402）和 C2（375(275)/448）、類蛋白熒光組分C3（285/341）；其中類腐殖質(zhì)組分較穩(wěn)定，類蛋白組分對(duì)土地利用變化敏感。水稻土壤DON中類腐殖質(zhì)物質(zhì)較多，類蛋白物質(zhì)較少，而菜園、果樹、橡膠土壤DON中類蛋白物質(zhì)較多，且主要存在于＜1 kDa組分中。

（3）4種土地利用背景下土壤 DON各官能團(tuán)峰的相對(duì)吸收強(qiáng)度在水稻土及菜園土中較高，在果樹土壤中最低，＜1 kDa組分的DON官能團(tuán)峰的透光度相對(duì)于＜0.7 μm粒徑較高。水稻、菜園土壤DON結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，腐殖化程度較高，菜園土壤DON含有較多的飽和烷烴。