曾阿瑩,胡偉芳,張林海,林雪瓊,張美穎,曾從盛

1 福建師范大學(xué)地理研究所,福州 350007 2 福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,福州 350007 3 福建省植物生理生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福州 350007 4 福建師范大學(xué)濕潤(rùn)亞熱帶生態(tài)地理過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福州 350007

可溶性有機(jī)質(zhì)(DOM,Dissolved organic matter)是指小于0.45 μm的不同結(jié)構(gòu)與大小的有機(jī)分子混合體,主要包括可溶性有機(jī)碳(DOC,Dissolved organic carbon)、可溶性有機(jī)氮(DON,Dissolved organic nitrogen)和可溶性有機(jī)磷(DOP,Dissolved organic phosphorus)等[1]。DOM是土壤和枯落物分解過(guò)程中的重要有機(jī)質(zhì)存在形態(tài),其結(jié)構(gòu)、大小和濃度與環(huán)境中養(yǎng)分狀況、有機(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化等過(guò)程密切相關(guān)[2]。雖然其占總有機(jī)質(zhì)的比例很小,但因?yàn)楦叨鹊牧鲃?dòng)性和活躍性,在環(huán)境中扮演著重要的天然配位體和吸附載體的角色,使土壤有機(jī)質(zhì)與生物體如植物枯落物等產(chǎn)生緊密聯(lián)系[3]?？萋湮锓纸膺^(guò)程中產(chǎn)生的木質(zhì)素、單寧或低分子成分的酚類(lèi)、酚酸類(lèi)、黃酮類(lèi)等芳香族化合物等有機(jī)物質(zhì),是土壤DOM中重要來(lái)源[4]。由于DOM與地上/地下枯落物分解直接聯(lián)系,其含量和濃度大小能敏感反映土壤有機(jī)質(zhì)的變化,關(guān)系到土壤碳(C)、氮(N)的吸存和保持[5],因此枯落物分解產(chǎn)生的DOM是影響生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境物理化學(xué)特征的重要因素,成為生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[6]。近年來(lái)逐漸興起了對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)土壤和枯落物DOM研究,但是由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,鑒于傳統(tǒng)研究方法的局限性,光譜學(xué)分析等新技術(shù)被引入到DOM的結(jié)構(gòu)表征中[7- 8],如紫外光譜分析DOM的共軛體系多環(huán)芳烴含量、熒光光譜分析DOM的類(lèi)胡敏酸物質(zhì)、類(lèi)富里酸物質(zhì)、類(lèi)蛋白物質(zhì)等[9- 10],紅外光譜也能反映DOM中化合物及其比例,因此廣泛應(yīng)用于DOM組分特征分析[5]。但是目前研究絕大部分集中于森林生態(tài)系統(tǒng)土壤及其淋濾液DOM的光譜分析,關(guān)于濕地植物凋落物分解過(guò)程中產(chǎn)生的DOM及其光譜特征研究較為匱乏[3]。

1 材料與方法

1.1 材料采集與實(shí)驗(yàn)處理

實(shí)驗(yàn)材料(枯落物及土壤等)取自于福建省閩江河口的鱔魚(yú)灘濕地。選取長(zhǎng)勢(shì)均勻、生長(zhǎng)狀況較為一致的短葉茳芏優(yōu)勢(shì)群落,采集短葉茳芏立枯體及其表層15 cm的原狀土帶回實(shí)驗(yàn)室。將原狀土(土壤TC含量為(20.66±0.63) mg/g,TN含量為(1.82±0.06) mg/g,pH值和EC分別為5.73±0.04和0.27±0.04 mS/cm)放入分解箱(90 cm×30 cm×26 cm的樹(shù)脂塑料大盆),加入不同鹽度的“人造海水”,穩(wěn)定培養(yǎng)環(huán)境1個(gè)月。設(shè)置2種淹水處理(淹水Ⅰ：水淹深度為淹至土壤表層1 cm處,不浸沒(méi)分解袋；淹水Ⅱ：水淹深度為淹至土壤表層10 cm處,持續(xù)浸沒(méi)分解袋)兩種淹水條件。同時(shí)根據(jù)閩江河口半咸水濕地和潮汐淡水濕地的鹽度差(約為5)[24],將枯落物分解實(shí)驗(yàn)中的鹽度梯度分別設(shè)置為0(對(duì)照)、5(低鹽)、10(中鹽)和15(高鹽),共8種處理,每種處理3個(gè)重復(fù)。此外,為了防止雨水的干擾,在分解箱上方安裝防雨裝置。

枯落物分解采用分解袋法,將枯落物表面浮塵洗凈,晾干表面水分后,剪成5 cm左右的小段,按每袋稱(chēng)重15 g裝入分解袋(規(guī)格為25 cm×25 cm,孔徑為0.2 mm的尼龍網(wǎng)),待分解箱環(huán)境穩(wěn)定后投放至分解箱。本模擬實(shí)驗(yàn)在分解實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后約每個(gè)月(第28、59、89、120、150、181 d)定期采集分解袋中的枯落物,每次小心取出枯落物后,用去離子水沖洗干凈,于80℃烘干至恒重并稱(chēng)重。將烘干的枯落物樣品用粉碎機(jī)磨碎,過(guò)0.149 mm篩備用。取0.5 g過(guò)篩后的樣品于40 mL離心管中,加入40 mL去離子水,震蕩30 min,離心后,取上清液過(guò)0.45 μm濾膜為待測(cè)液[25]。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1環(huán)境因子和C、N組分的測(cè)定

采用2265FS便攜式電導(dǎo)/溫度計(jì)(Spectrum Technologies Inc,美國(guó))測(cè)定土壤和表層水體溫度與電導(dǎo)率,采用pH便攜式測(cè)定儀(IQ150,美國(guó))測(cè)定土壤pH。采用總有機(jī)碳分析儀(Shimadzu TOC-VCPH,日本)測(cè)定待測(cè)液的可溶性有機(jī)碳(DOC)；連續(xù)流動(dòng)分析儀(Skalar Analytical SAN++,荷蘭)測(cè)定待測(cè)液的溶解性總氮(DTN)、溶解無(wú)機(jī)氮(DIN)和溶解有機(jī)氮(DON)含量。采用植物元素分析儀(Elemental Vario EL,德國(guó))測(cè)定枯落物的總碳(TC)和總氮(TN)含量。

1.2.2枯落物DOM光譜測(cè)定

本研究DOM光譜主要測(cè)定參考蒲曉婷[26]的方法。使用紫外可見(jiàn)光譜儀(UV- 2450,島津)測(cè)定待測(cè)液的紫外可見(jiàn)吸光值,用波長(zhǎng)254 nm處的吸收值(SUVA)來(lái)計(jì)算其芳香化程度,也叫“芳香性指數(shù)Aromaticity Index(AI)”[27],具體為：

AI=(UV254/DOC)×100

式中,UV254為DOM的紫外光譜在波長(zhǎng)254 nm處的吸收值(L mol-1cm-1),DOC為可溶性有機(jī)碳的含量(mg/g)。

使用F7000熒光分光光度計(jì)(F7000,Hitachi,Tokyo,Japan)測(cè)定樣品的同步熒光及熒光發(fā)射光譜及三維熒光光譜。熒光發(fā)射光譜波長(zhǎng)范圍設(shè)定為380—480 nm,熒光同步光譜波長(zhǎng)范圍設(shè)置為250—500 nm。熒光發(fā)射光譜腐殖化指數(shù)(Humification Index,emissionmode,HIXem)、熒光同步光譜腐殖化指數(shù)(Humification Index,synchronousmode,HIXsyn)、熒光效率(Fluorescence Efficiency,Feff)等的計(jì)算方法參考馬瑩玲等[5]的方法,具體為：

HIXem=(∑435—480 nm)/(∑300—345 nm)

HIXsyn= F460/F345

Feff=Fmax/AI

式中,HIXem為熒光發(fā)射光譜腐殖化指數(shù),(∑435—480 nm)和(∑300—345 nm)分別為熒光發(fā)射光譜中435—480 nm區(qū)域與300—345 nm區(qū)域的峰面積。HIXsyn為熒光同步光譜腐殖化指數(shù),F460和F345分別為熒光同步光譜波長(zhǎng)460 nm和345 nm處熒光強(qiáng)度。Feff為熒光效率,Fmax為樣品熒光發(fā)射光譜的最大熒光強(qiáng)度；AI為DOM的芳香性指數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

采用EXCEL 2007計(jì)算數(shù)據(jù)的最大值、最小值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤等參數(shù)；采用SPSS 19.0的重復(fù)測(cè)量方差分析(Repeated measures data of ANOVA)對(duì)不同處理進(jìn)行差異性檢驗(yàn),采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和最小顯著差異法(LSD)比較不同處理間的差異,顯著性水平設(shè)定為0.05,當(dāng)P<0.05時(shí),視為達(dá)到顯著性水平；皮爾遜相關(guān)性分析用于描述各因子的相關(guān)關(guān)系,采用Origin 8.0制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 枯落物失重率及DOM各組分濃度

在181 d的分解過(guò)程中,不同鹽度和淹水條件下枯落物的失重率均隨著分解時(shí)間的延長(zhǎng)而波動(dòng)上升,僅淹水Ⅰ處理對(duì)照組150 d后失重率開(kāi)始下降(圖1)。短葉茳芏枯落物DOM各組分的濃度隨時(shí)間變化情況見(jiàn)圖2?？萋湮锏腄OC、DTN、DIN和DON濃度變化范圍分別為(3.60±0.57) mg/g—(20.01±6.83) mg/g,(0.13±0.01) mg/g—(1.27±0.01) mg/g,(0.04±0.00) mg/g—(0.42±0.05) mg/g和(0.05±0.00) mg/g—(1.11±0.02) mg/g。短葉茳芏枯落物中DOC、DTN、DIN和DON在鹽度和淹水作用下均有顯著差異(P<0.05)。各處理下DOC濃度隨分解時(shí)間增加呈現(xiàn)波動(dòng)降低的趨勢(shì)；在淹水Ⅱ處理下DTN、DIN和DON隨分解時(shí)間波動(dòng)上升,而淹水Ⅰ處理下DTN和DON隨分解時(shí)間波動(dòng)下降。在整個(gè)分解期內(nèi),不同鹽度處理下DOC和DON濃度差異不顯著(P>0.05),DTN、DIN則有顯著差異,特別是DIN多表現(xiàn)為高鹽處理組顯著較低(P<0.05)。DTN、DIN和DON在不同淹水程度下有顯著差異,表現(xiàn)為分解前期(60 d前)淹水Ⅰ處理下枯落物的DTN、DIN和DON濃度顯著大于淹水Ⅱ處理(P<0.01),分解120 d后情況相反。淹水I處理下DOC占TC的比例范圍為1.15%—3.38%,整體上均隨著分解時(shí)間的延長(zhǎng)而下降,DON占TN的比例范圍為0.62%—6.71%,DOC和DON所占比例整體上均隨分解時(shí)間的延長(zhǎng)而下降(表1)。淹水Ⅱ處理下的DOC占TC的比例范圍為1.41%—4.89%,DOC所占比例整體上均隨著分解時(shí)間的延長(zhǎng)而下降,DON占TN的比例范圍為0.40%—4.07%,DON所占比例隨分解時(shí)間的延長(zhǎng)而波動(dòng)增加。相對(duì)初始值而言,不同鹽度與淹水處理下的DOC濃度整體上表現(xiàn)為不同程度的降低(P<0.05),而DON濃度均有所上升(P<0.05)。

圖1 不同鹽度和淹水條件下短葉茳芏枯落物分解過(guò)程中失重率變化Fig.1 Weight loss of litter under different salinity and flooded treatments during decomposition

表1 不同鹽度和淹水條件下枯落物中可溶性有機(jī)碳(或可溶性有機(jī)氮)所占比例及相對(duì)含量動(dòng)態(tài)變化

Table 1 Dynamic changes of the proportion and relative content of DOC (or DON) in litter under different salinity and flooded treatments

處理Treatment項(xiàng)目Item分解時(shí)間 Decomposition time/d28 59 89 120 150 d181 d淹水Ⅰ處理 acDOC/(mg/g)10.91±0.5511.52±0.606.89±0.218.62±0.337.87±0.283.60±0.57Flooded treatment Ⅰ占TC/%2.862.871.682.111.941.15相對(duì)含量-0.69-0.60-1.68-1.14-1.35-4.13DON/(mg/g)0.79±0.000.62±0.050.08±0.000.45±0.010.33±0.020.25±0.02占TN/%4.624.170.462.251.591.29相對(duì)含量0.970.970.750.960.940.92alDOC/(mg/g)11.18±0.1711.62±0.226.90±0.418.97±0.328.54±0.385.27±0.19占TC/%2.972.981.732.192.111.47相對(duì)含量-0.65-0.59-1.68-1.06-1.16-2.50DON/(mg/g)0.99±0.030.50±0.060.16±0.030.43±0.040.38±0.030.35±0.02占TN/%5.983.220.942.371.901.71相對(duì)含量0.980.960.880.950.950.94amDOC/(mg/g)9.49±0.5113.11±1.356.32±0.139.17±0.166.06±0.306.13±0.26占TC/%2.603.381.572.291.561.69相對(duì)含量-0.95-0.41-1.92-1.01-2.05-2.01DON/(mg/g)1.11±0.020.46±0.100.10±0.010.47±0.030.45±0.030.27±0.03占TN/%6.713.280.622.712.381.35相對(duì)含量0.980.960.800.960.960.93ahDOC/(mg/g)10.62±0.4511.71±0.316.50±0.119.94±0.386.08±0.195.64±0.17占TC/%2.803.151.732.531.601.51相對(duì)含量-0.74-0.58-1.84-0.86-2.04-2.27DON/(mg/g)0.34±0.050.44±0.060.11±0.000.52±0.020.55±0.040.31±0.03占TN/%2.272.850.682.983.071.60相對(duì)含量0.940.950.820.960.960.94bcDOC/(mg/g)8.53±0.9416.08±0.635.95±0.249.73±0.137.66±0.766.85±0.36占TC/%2.343.871.412.261.821.71相對(duì)含量-1.17-0.15-2.10-0.90-1.41-1.70淹水Ⅱ處理 DON/(mg/g)0.12±0.010.36±0.010.08±0.000.38±0.030.25±0.130.30±0.05Flooded treatment Ⅱ占TN/%0.742.330.492.071.151.28相對(duì)含量0.830.940.750.950.920.93blDOC/(mg/g)9.46±0.018.91±0.336.74±0.3810.59±0.436.31±0.147.44±0.27占TC/%2.532.261.742.821.742.31相對(duì)含量-0.95-1.07-1.74-0.74-1.93-1.48DON/(mg/g)0.06±0.010.37±0.030.19±0.000.43±0.030.47±0.020.29±0.04占TN/%0.462.641.302.712.581.50相對(duì)含量0.670.950.890.950.960.93bmDOC/(mg/g)9.11±0.066.61±0.936.15±0.2512.04±0.059.01±0.555.70±0.35占TC/%2.471.701.683.382.701.88相對(duì)含量-1.03-1.79-2.00-0.53-1.05-2.24DON/(mg/g)0.05±0.000.08±0.010.09±0.010.56±0.040.11±0.010.36±0.36占TN/%0.400.600.583.420.652.01相對(duì)含量0.600.750.780.960.820.94bhDOC/(mg/g)20.01±6.838.74±0.407.26±0.2212.58±0.578.69±0.536.48±0.38占TC/%4.892.472.033.792.852.12

a代表淹水Ⅰ處理,b代表淹水Ⅱ處理；c、l、m、h分別代表對(duì)照、低鹽、中鹽和高鹽；DOC：可溶性有機(jī)碳,Dissolved organic carbon；DON：可溶性有機(jī)氮,Dissolved organic nitrogen；TC：全碳,Total carbon；TN：全氮,Total nitrogen；相對(duì)含量代表枯落物中的DOC/DON含量相較其初始DOC/DON的變化

圖2 不同鹽度和淹水條件下短葉茳芏枯落物中的DOC、DON、DIN和DON濃度的動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamics of DOC, DON, DIN and DON concentrations in the litter of Cyperus malaccensis under different salinity and flooded treatments 具有相同大寫(xiě)字母表示相同時(shí)間下各鹽度處理差異不顯著(P>0.05),反之差異顯著

2.2 DOM光譜學(xué)特征

2.2.1芳香化指數(shù)

不同鹽度和淹水條件下枯落物DOM的芳香化指數(shù)值均在2.5以?xún)?nèi)。重復(fù)測(cè)量方差分析結(jié)果表明,在不同鹽度和淹水條件下枯落物組分濃度及其紫外和二維熒光光譜特征均呈顯著性差異(P<0.05)(表2)。在分解前期,淹水Ⅰ處理的AI值顯著高于淹水Ⅱ處理,分解中、后期則呈波動(dòng)變化,淹水Ⅱ處理組AI值較分解前期顯著提高。除了淹水Ⅰ處理下分解前期(89 d前)高鹽條件下AI顯著較低,其余大部分表現(xiàn)為中、高鹽分處理的AI值較高,最高值出現(xiàn)在淹水Ⅰ的中鹽組(2.14±0.21)(圖3)。

表2 不同鹽度和淹水條件下枯落物組分濃度及其紫外和二維熒光光譜特征的重復(fù)測(cè)量方差分析

Table 2 Repeated measures ANOVA results for DOM concentrations and its ultravioletand two-dimensional fluorescence spectrum under different salinity and flooded treatments

項(xiàng)目Itemdf可溶性組分 Soluble componentsDOM光譜 DOM spectrumDOCDTNDINDONAIHIXsynHIXem鹽度Salinity3P<0.05P<0.05P<0.01P<0.05P<0.01P<0.05P<0.05淹水程度Flooding degree1P<0.05P<0.01P<0.01P<0.01P<0.01P<0.05P<0.01

DTN：溶解性總氮,Dissolved total nitrogen；DIN：溶解無(wú)機(jī)氮,Dissolved inorganic nitrogen； AI：芳香性指數(shù),Aromaticity Index；HIXsyn：熒光同步光譜腐殖化指數(shù),Humification Index,synchronousmode；HIXem：熒光發(fā)射光譜腐殖化指數(shù),Humification Index,emissionmode

圖3 不同鹽度和淹水條件下短葉茳芏枯落物DOM的芳香性指數(shù)Fig.3 Aromatic Index of DOM in the litter of Cyperus malaccensis under different salinity and flooded treatments

2.2.2腐殖化指數(shù)

HIXsyn和HIXem隨分解時(shí)間多呈“M型”雙峰變化趨勢(shì),淹水Ⅰ處理下,對(duì)照和高鹽處理下HIXsyn和HIXem的變化趨勢(shì)較為一致,而低、中鹽處理下HIXsyn和HIXem隨分解時(shí)間的變化其趨勢(shì)恰好相反；淹水Ⅱ處理下各處理HIXsyn和HIXem隨時(shí)間的變化趨勢(shì)都較為一致。各處理下HIXsyn和HIXem的變化范圍分別為0.34—1.13和2.01—5.29(表3)。由表3可知,淹水Ⅰ條件下各鹽度處理的HIXsyn和HIXem呈較大波動(dòng)變化,分解前3個(gè)月,對(duì)照組的HIXsyn和HIXem相對(duì)較高；淹水Ⅱ條件下各鹽度處理的HIXsyn和HIXem峰值出現(xiàn)在59 d和120 d?？萋湮顳OM的HIXsyn和HIXem在不同鹽度和淹水處理下均呈顯著性差異(P<0.05)；雖然在整個(gè)分解過(guò)程中,不同淹水處理對(duì)HIXsyn影響不顯著,但是分解后期(120 d后),淹水Ⅱ處理下HIXsyn顯著高于淹水Ⅰ處理(P<0.01)。

2.2.3枯落物DOM的紅外光譜特征

除分解后期外,不同淹水和鹽度處理下枯落物DOM的紅外光譜峰位置基本一致,在A波段出現(xiàn)強(qiáng)而寬的吸收峰,在C和E波段出現(xiàn)窄的吸收峰,B波段的吸收峰基本消失(圖4)。在分解的第28 d,淹水Ⅰ處理下的低鹽和中鹽處理組的A、C和E波段吸收峰明顯增強(qiáng),高鹽組的減弱；淹水Ⅱ處理下對(duì)照組的A、C和E波段吸收峰明顯增強(qiáng),鹽度處理組減弱；淹水Ⅰ處理透射度顯著高于淹水Ⅱ處理(P<0.05)。淹水Ⅰ處理下鹽度處理組的A、C和E波段在59—89 d吸收峰明顯增強(qiáng),在120 d明顯減弱。分解中期(89—150 d),淹水Ⅰ處理的A、C和E波段吸收峰強(qiáng)度大于淹水Ⅱ處理。在分解后期(181 d),除淹水Ⅱ高鹽組外,淹水、鹽度處理組均促進(jìn)A、C和E波段吸收峰強(qiáng)度。

表3 不同鹽度和淹水條件下短葉茳芏枯落物可溶性有機(jī)質(zhì)的腐殖化指數(shù)

圖4 不同水鹽條件下枯落物DOM的紅外光譜Fig.4 Infrared spectra of Cyperus malaccensi litter DOM in different salinity and flooded gradients

2.3 枯落物DOM各組分、光譜特征與環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系

枯落物DOM各組分、光譜特征與環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系見(jiàn)表4。短葉茳芏DOM中的DOC與DTN、DON、HIXsyn、Feff、枯落物TC顯著正相關(guān),與AI、水溫、土溫、pH、枯落物失重率及TN顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)?？萋湮镏蠨TN、DON與AI、Feff、淹水、pH、電導(dǎo)和TN顯著相關(guān)；枯落物中DIN則與鹽度、電導(dǎo)、水溫、土溫、枯落物失重率和TN顯著相關(guān)(P<0.05)。DOM的光譜特征中,HIXem和AI與環(huán)境因子的相關(guān)性較強(qiáng),HIXsyn和Feff與環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系較弱；土壤溫度與枯落物DOM光譜特征中的HIXsyn、HIXem、AI和Feff均存在顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。

3 討論

3.1 鹽度對(duì)枯落物DOM的影響

本研究中,在整個(gè)分解期內(nèi),不同鹽度處理下枯落物DOM中的DOC、DON、HIXsyn和HIXem差異不顯著,但是鹽度對(duì)DTN、DIN和AI有顯著影響(表2)。鹽度對(duì)枯落物DOM中的DOC、DON的影響不顯著,但鹽度增加可以顯著降低枯落物中的DTN和DIN含量。這可能是由于DOC和DON是枯落物有機(jī)體中的主要存在形式,其主要源自腐殖質(zhì)分解和微生物代謝,容易分解轉(zhuǎn)化[28],因此在長(zhǎng)時(shí)間的分解過(guò)程,鹽度變化對(duì)枯落物DOM中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、不易分解的芳香類(lèi)物質(zhì)的影響更為顯著。同時(shí)圖3也表明,除了淹水Ⅰ處理下的分解28 d鹽分處理組的AI值較高外,各鹽分處理組的AI值隨分解時(shí)間推移整體呈上升趨勢(shì),表明鹽分的增加促進(jìn)枯落物中的芳香類(lèi)物質(zhì)、大分子物質(zhì)的累積。從表4還可知,DOC分別與HIXsyn和AI存在極顯著正相關(guān)和負(fù)相關(guān)關(guān)系,而DTN與AI存在極顯著正相關(guān),進(jìn)一步說(shuō)明短葉茳芏枯落物DOM中的DOC主要源于腐殖質(zhì)的釋放,而不是芳香類(lèi)物質(zhì)。

閩江口濕地短葉茳芏枯落物中DOC、DTN、DIN、DON、AI、HIXsyn和HIXem等均隨著分解時(shí)間的變化發(fā)生顯著改變(圖2—圖3,表3)。通常認(rèn)為,枯落物分解經(jīng)歷三個(gè)階段：“可溶性物質(zhì)的淋溶階段”、“碎屑物質(zhì)的微生物降解階段”和“物理和生物的分解階段”[29]。本研究淹水Ⅰ處理中,在分解前期(分解89 d),鹽度處理組(5、10、15)的HIXsyn和HIXem低于對(duì)照處理(0),而后期鹽度處理組的腐殖化指數(shù)逐步提高(表3),表明淹水Ⅰ處理下,在可溶性物質(zhì)淋溶階段,鹽分升高可導(dǎo)致枯落物中的腐殖化程度降低。隨著分解階段的推移,鹽分較高條件下腐殖質(zhì)在枯落物中累積。而淹水Ⅱ條件下,鹽分處理組的枯落物腐殖化程度始終較高,這可能與鹽分對(duì)微生物的脅迫機(jī)制有關(guān)[30-31],鹽分升高抑制枯落物的分解[24],分解階段出現(xiàn)“滯后”現(xiàn)象[32],導(dǎo)致較高的腐殖度。

表4 可溶性有機(jī)質(zhì)各組分濃度、紫外和二維熒光光譜特征與環(huán)境因子的相關(guān)分析

Table 4 Correlation analysis between DOM concentrations, its ultravioletand two-dimensional fluorescence spectrum and environmental factors

DTNDINDONHIXsynHIXemAIFeff鹽度 Salinity淹水程度 FloodedDOC0.26??-0.050.31??0.23??-0.05-0.51??0.25??0.040.07DTN0.48??0.95??0.030.150.26??-0.29??-0.10-0.38??DIN0.17?-0.140.02-0.050.12-0.23??-0.14DON0.080.160.31??-0.37??-0.03-0.37??HIXsyn0.28??0.03-0.22??0.080.12HIXem0.29??-0.26??-0.18?-0.40??AI-0.75??0.00-0.33??Feff-0.090.11水電導(dǎo)Waterconductance水溫Water temperature土電導(dǎo)Soil conductance土溫Soil temperaturepH枯落物失重率Mass loss枯落物全氮 Litter TN枯落物全碳 Litter TCDOC0.02-0.27??-0.08-0.27??-0.20?0.45??-0.37??0.17?DTN-0.130.21??-0.18?0.22??-0.26??-0.110.33??0.03DIN-0.21?0.48??-0.22??0.47??-0.15-0.45??0.51??0.10DON-0.070.07-0.120.07-0.23??0.040.18?-0.01HIXsyn0.090.24??0.110.25??0.040.01-0.11-0.07HIXem-0.24??0.16-0.18?0.17?0.16-0.30??0.21?0.22??AI0.020.21?0.030.20?-0.02-0.33??0.35??-0.03Feff-0.09-0.17?-0.10-0.17?-0.070.06-0.080.06

Feff：熒光效率,Fluorescence Efficiency;N=144,**.在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān),*. 在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)

本研究的低、中鹽度處理組促進(jìn)A、C和E波段吸收峰強(qiáng)度,A波段吸收峰主要源于樣品中的纖維素、糖類(lèi)等碳水化合物及芳香族化合物[28]；C波段吸收峰主要源于樣品中較高的木質(zhì)素等[5],E波段吸收峰主要源于樣品中的硅氧和碳水化合物,這表明芳香族成分所占比例較大[33]。適度的鹽度升高可吸附更多的芳香類(lèi)和木質(zhì)素等難分解物質(zhì),導(dǎo)致枯落物分解階段出現(xiàn)“滯后”現(xiàn)象。而淹水Ⅱ處理下,分解前期鹽度處理組的A、C和E波段吸收峰減弱,可能與水分增加緩解了鹽分對(duì)枯落物分解的抑制作用有關(guān)。

3.2 淹水程度對(duì)枯落物DOM的影響

水分條件是制約濕地植物枯落物分解的重要因素,主要對(duì)枯落物中的養(yǎng)分的淋溶及微生物的降解產(chǎn)生影響[34]。不同淹水程度下的DTN、DIN、DON濃度差異顯著(表2),表明水分條件的改變對(duì)枯落物DOM中的氮淋溶、固持、積累和轉(zhuǎn)化過(guò)程有顯著影響。分解前期,淹水Ⅰ處理的枯落物中DTN、DIN和DON濃度顯著大于淹水Ⅱ處理,分解后期反之。同時(shí),DTN、DIN、DON與枯落物的TN存在極顯著正相關(guān),表明DOM組分與枯落物TN含量變化規(guī)律一致。因此,在分解前期,淹水Ⅰ處理促進(jìn)了枯落物氮累積,而后期則促進(jìn)氮的釋放[32],這也表明在淹水Ⅱ處理下,枯落物DOM中的氮在分解前期更容易淋溶,這是因?yàn)樗衷黾犹岣吡丝萋湮锉砻鏉穸?縮短N(yùn)淋溶和N固持的滯留時(shí)間[34],同時(shí)提高了微生物對(duì)枯落物中養(yǎng)分的利用率,從而使枯落物的分解加快,這與前人的研究結(jié)果一致[35]。

本研究中,不同淹水程度下DOM的光譜特征也有顯著差異。在分解前期,淹水Ⅰ處理的AI和HIXem顯著較高。這表明在淋溶階段,淹水Ⅱ條件下枯落物的芳香類(lèi)物質(zhì)比淹水Ⅰ條件下的更容易浸出。這主要?dú)w因于分解前期水體的浸潤(rùn)作用促進(jìn)了枯落物的水解酶活性[31]和微生物的新陳代謝[36-38],進(jìn)而催化及降解枯落物中復(fù)雜的化合物[39]。而分解中、后期,淹水Ⅱ處理下的土壤長(zhǎng)時(shí)間處于厭氧還原狀態(tài),O2消耗較快,抑制酚氧化酶的活性和微生物的新陳代謝[40],進(jìn)而抑制枯落物的分解和DOM中的腐殖質(zhì)和芳香類(lèi)物質(zhì)析出,AI和HIXsyn顯著提高。

從紅外光譜特征看,不同淹水處理下的枯落物DOM紅外光譜出現(xiàn)的吸收峰位置基本相同,表明淹水條件的變化并未改變枯落物DOM的結(jié)構(gòu)特征；淹水Ⅰ和Ⅱ處理下A、E波段均有較強(qiáng)的吸收峰,說(shuō)明短葉茳芏枯落物中DOM結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易分解的碳水化合物含量較高。但是淹水作用下DOM紅外光譜特征有顯著差異,在不同的分解階段,不同淹水處理對(duì)枯落物DOM的影響并不一致。在分解前期,枯落物DOM在淹水Ⅰ處理下的C波段吸收峰強(qiáng)度大于淹水Ⅱ處理,表明淹水Ⅰ處理下枯落物中木質(zhì)素等不易分解的物質(zhì)含量較高[5]；在分解后期,除高鹽組外,淹水Ⅱ處理促進(jìn)C波段的吸收峰強(qiáng)度,可能與淹水厭氧環(huán)境有關(guān),這與前面熒光和紫外光譜分析的結(jié)果也相吻合。

4 結(jié)論

(1)鹽度對(duì)枯落物DOM中的DOC、DON的影響較弱,但鹽度增加可以顯著降低枯落物中的DTN和DIN含量,各鹽分處理組的AI值隨分解時(shí)間推移呈上升趨勢(shì),表明鹽分可以促進(jìn)枯落物DOM中的芳香類(lèi)物質(zhì)、大分子物質(zhì)的累積。

(2)枯落物DOM組分和光譜特征隨分解時(shí)間的推移亦發(fā)生了顯著變化。淹水Ⅰ處理下,在可溶性物質(zhì)淋溶階段,鹽分升高可導(dǎo)致枯落物中的腐殖化程度降低,隨著分解階段的推移,枯落物中的腐殖質(zhì)在鹽分較高條件下發(fā)生累積；而淹水Ⅱ處理下,鹽分始終抑制枯落物分解,腐殖化程度較高。

(3)淹水Ⅱ處理下枯落物DOM在分解前期更容易發(fā)生氮的淋溶。在分解前期,淹水Ⅰ處理的AI和HIXem顯著較高,而在分解中、后期,淹水Ⅱ處理下AI和HIXsyn顯著提高。兩種淹水處理下A、E波段均有較強(qiáng)的吸收峰,但并未明顯改變枯落物DOM的結(jié)構(gòu)特征；在不同的分解階段,不同淹水處理對(duì)枯落物DOM的影響并不一致。分解前期,淹水Ⅱ處理下枯落物的芳香類(lèi)物質(zhì)比淹水Ⅰ處理下的更容易浸出；而分解后期,淹水Ⅱ處理下的厭氧環(huán)境反而抑制枯落物DOM中的腐殖質(zhì)和芳香類(lèi)物質(zhì)析出。