王姝，秦紀(jì)洪，謝冰心，劉琛，陳玉雯，唐翔宇，孫輝*

1.四川大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系/四川省土壤環(huán)境保護(hù)工程技術(shù)中心，四川 成都 610065；2.成都大學(xué)環(huán)境工程系，四川 成都 610106；3.中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610041

可溶性有機(jī)質(zhì)（Dissolved organic matter，DOM）主要是指能通過0.45 μm濾膜且含有多種官能團(tuán)的水溶性有機(jī)混合體（包含有機(jī)酸、碳水化合物、腐殖質(zhì)、氨基糖、多酚等）（Kalbitz et al.，2003）。土壤DOM主要來源于新近凋落物、腐殖質(zhì)、根系、降雨、土壤微生物等分解、轉(zhuǎn)化、淋溶、釋放或分泌等過程（Kaiser et al.，2012）。盡管DOM只占土壤有機(jī)質(zhì)庫極小部分（＜5%），因其無處不在且活性高的特點(diǎn)，成為土壤有機(jī)質(zhì)庫中最為活躍的組分，參與土壤物質(zhì)吸附-解吸、腐殖化和礦質(zhì)化、微生物新陳代謝等一系列生物和生物化學(xué)過程（Cleveland et al.，2007），從調(diào)節(jié)土壤結(jié)構(gòu)與功能到土壤碳氮生物地化循環(huán)過程，DOM 作為參與者或媒介都起到重要作用（Solomon et al.，2015）。有色溶解性有機(jī)物（Chromophoric dissolved organic matter，CDOM）是溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）的重要組分，可利用紫外-可見光光譜或三維熒光光譜法進(jìn)行特征分析，可用于揭示DOM組分、來源及動態(tài)過程。

以若爾蓋為中心的青藏高原東緣高寒泥炭地，是中國乃至世界重要的高寒土壤碳庫。近年來隨著全球變化及其產(chǎn)生的次生環(huán)境效應(yīng)，導(dǎo)致高寒泥炭濕地從干旱化到群落演替到沙漠化一系列生態(tài)環(huán)境變化，從而引起土壤有機(jī)碳活性及動態(tài)、土壤微生物活性及群落結(jié)構(gòu)、土壤酶活性、土壤有機(jī)碳源匯轉(zhuǎn)換等一系列變化（Kaiser et al.，2012；Cleveland et al.，2007；Evans et al.，2002）。目前溫度變化格局和幅度尚未引起高寒土壤溫度根本性的改變，但諸多研究已經(jīng)證實，沼澤濕地破碎化、濕地干旱化、濕地退化、草甸沙化等已引起土壤水分退化（Evans et al.，2002；Freeman et al.，2001）。因此，水分狀況對高寒泥炭地土壤有機(jī)碳的影響可能高于溫度。

在積水或季節(jié)性積水狀態(tài)下泥炭地有機(jī)物生產(chǎn)和貯存遠(yuǎn)大于分解（牟春華等，1992），泥炭地淺表層的有機(jī)物質(zhì)在厭氧還原狀態(tài)下轉(zhuǎn)化形成大量的不穩(wěn)定有機(jī)碳，使得泥炭地不但總碳含量極高，而且DOM含量也遠(yuǎn)高于一般土壤。土壤DOM因淋溶、壤中流和地表徑流等進(jìn)入水體，也成為陸地生態(tài)系統(tǒng)向水生（海洋）生態(tài)系統(tǒng)之間碳轉(zhuǎn)移的物質(zhì)基礎(chǔ)，從而將陸地與水體生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)系起來（Roulet et al.，2006；Evans et al.，2002）。很多研究顯示在過去幾十年北半球的河流和湖泊水體中DOM濃度明顯升高（Roulet et al.，2006），泥炭地和濕地等高寒土壤 DOM 輸出升高尤為明顯（Drewnik et al.，2018；Worrall et al.，2003）。位于青藏高原腹地的長江黃河源區(qū)具有以特殊高寒環(huán)境為生境的多種典型高寒生態(tài)系統(tǒng)，對全球氣候變化敏感可能直接導(dǎo)致區(qū)域土壤性質(zhì)發(fā)生劇烈改變，形成巨大的水分和土壤碳循環(huán)變化效應(yīng)（Jorgenson et al.，2001）。地表水體中DOM升高影響到水體的環(huán)境、水文、水生群落和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能（Monteith et al.，2007；Roulet et al.，2006）。若爾蓋濕地作為中國乃至全球重要的高海拔泥炭濕地，不但是重要的土壤碳庫，而且也是重要的河流源區(qū)，其對黃河黑河白河等支流對黃河補(bǔ)水量超過黃河流量30%。但是若爾蓋泥炭濕地近幾十年來正面臨著持續(xù)干旱化的影響，為了解干旱化對若爾蓋高寒泥炭地土壤可溶性有機(jī)質(zhì)含量及結(jié)構(gòu)特征的影響，本文以高寒泥炭地不同水分梯度生境表層土壤溶解性有機(jī)質(zhì)為對象，通過研究干旱化背景下泥炭地土壤DOM形態(tài)和動態(tài)的變化，為研究若爾蓋泥炭地土壤對干旱化的影響響應(yīng)和對水體DOM的輸出響應(yīng)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域和研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于川西高原的四川省阿壩藏族羌族自治州若爾蓋縣境內(nèi)（102°08′—103°39′E，32°56′—34°19′N），若爾蓋泥炭地海拔 3400—3550 m，年均溫約1.0 ℃，年均降水量約650 mm，雨季集中于5月下旬至7月下旬。為季節(jié)性凍融土壤，每年9月中下旬土壤開始凍結(jié)，次年5月中旬基本解凍，凍土厚度可深至70 cm。若爾蓋泥炭地分布季節(jié)性凍土，是中國青藏高原大型泥炭沼澤地之一，濕地面積廣大，為長江、黃河等重要集水區(qū)域，形成特殊的小型泥炭丘沼澤地形。泥炭濕地面積廣闊，地勢平坦，土壤水分異質(zhì)性極強(qiáng)，對多樣性影響顯著。植被屬于青藏高原的非地帶性植被，群落以莎草科和禾本科高寒濕生植物為主，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，但系統(tǒng)自我恢復(fù)能力較弱。以高山草甸和高寒沼澤草甸植被類型為主，優(yōu)勢種包括木里苔草（Carex muliensisHand.-Mazz.）、毛果苔草（Carex miyabeivar.maopengensisS.W.Su）、無脈苔草（Carex enervisC.A.Mey.）、藏嵩草（Kobresia tibeticaMaxim）和雙柱頭藨草（Scirpus distigmaticus(Kukenth.) Tang et Wang）等，因此若爾蓋也是青藏高原重要的優(yōu)質(zhì)高寒牧場。

1.2 樣品采集與預(yù)處理

本研究選取四川阿壩藏族羌族自治州若爾蓋寬谷泥炭濕地—漫崗毗鄰區(qū)域，沿著水分環(huán)境由常年淹水—濕潤—干旱濕地—不同高度漫崗草甸的水分梯度進(jìn)行樣地布置。樣地分別選取淹水濕地（WT，泥炭濕地常年積水區(qū)域）、泥炭丘（PH，泥炭濕地常年露出水面但是水分比較穩(wěn)定的丘狀突起）、干旱化濕地（DG，濕地干旱化后形成的高寒草甸，位于濕地邊緣稍高區(qū)域）、漫崗坡腳草甸（MTD，漫崗坡底部高寒草甸）、坡中草甸（MTM，漫崗坡中部高寒草甸）和坡頂草甸（MTH，漫崗坡頂部高寒草甸）共6種水分梯度生境。每種水分梯度生境分別沿等高線設(shè)置長20 m樣帶，每個水分梯度的采樣帶設(shè)置3個重復(fù)，在每個重復(fù)樣帶上每隔1 m均勻布點(diǎn)采樣，將每個采樣點(diǎn)土樣等量混合，采樣時先除去草氈層，每個采樣點(diǎn)進(jìn)行土壤表層（0—10 cm）采樣，示意圖如圖1所示。將土樣置于保鮮盒帶回實驗室，除去土壤里面的砂石、根系、植物殘體等，研磨并過100目篩，將過篩后的土壤混合均勻。

1.3 樣品分析方法

本研究采用Jones et al.（2006）方法提取土壤DOM。用水浸提法提取土壤DOM溶液，DOM提取液收集于特氟龍采樣瓶中。采樣瓶使用前先用肥皂水清洗一遍，再用超純水清洗 6遍，置于烘箱60 ℃烘干待用。將提取液在 4 ℃的冷藏室中避光保存，在提取完畢后，立即將樣品進(jìn)行實驗室分析。稱取新鮮土樣10 g，放入離心管中，按土水比1∶5（土樣質(zhì)量∶溶液體積，m/V）加入0.5 M的K2SO4溶液，充分搖勻分散后連續(xù)振蕩1 h（200 r·min-1）；8000×g離心10 min，倒出上清液采用0.45 μm針筒微孔濾膜（PVDF，Millipore，USA）過濾，再用0.20 μm針筒微孔濾膜過濾。過濾后短期冷藏保存（4 ℃，避光），樣品提取完畢后立即進(jìn)行溶液中DOM三維熒光和DOC測定。

圖1 若爾蓋高寒泥炭地水分梯度下的土壤采樣點(diǎn)布置示意圖Fig.1 Layout of soil sampling points in Zoige alpine peatland along a soil moisture gradient

所有土壤樣品CDOM三維熒光光譜及紫外-可見光譜采用熒光光譜儀（Aqualog，Horiba公司）進(jìn)行測定。測定條件為：150 W氙燈為激發(fā)光源，PMT電壓設(shè)為700 V，配以1 cm石英比色皿；掃描光譜進(jìn)行儀器自動校正；掃描波長范圍為激發(fā)波長（Excitation wavelength，Ex）為 240—550 nm，發(fā)射波長（Emission wavelength，Em）為214—619 nm；間隔和狹縫寬度分別為3.0 nm和2.5 nm。采用Millipore超純水作空白，系統(tǒng)自動校正拉曼散射和瑞利散射，熒光強(qiáng)度大小以單位 R.U.（Roman Unit）標(biāo)注。土壤樣品總氮（TN）和總有機(jī)碳（TOC）采用Elementar元素分析儀（Vario MACRO cube）測定；溶解性有機(jī)碳（DOC）和溶解性有機(jī)氮（DON）采用總有機(jī)碳總氮分析儀（Milti N/C 2100S，德國Jena）測定；溶解性磷（DP）采用ICP-MS分析測定，采用Millipore超純水作空白。

1.4 數(shù)據(jù)處理

土壤DOM熒光參數(shù)：對于土壤DOM紫外-可見吸收光譜熒光光譜特征參數(shù)，一般采用非線性回歸方法計算的熒光吸收系數(shù)a(λ)以355 nm處吸收系數(shù)a(355) (m-1)表示土壤有色有色溶解性有機(jī)質(zhì)（CDOM）相對濃度，光譜斜率比值SR，SUVA254和SUVA260；對于土壤DOM三維熒光光譜特征參數(shù)一般采用熒光強(qiáng)度 Fn(355)表示土壤熒光溶解性有機(jī)質(zhì)（FDOM）的相對濃度，熒光指數(shù)（Fluorescence index，F(xiàn)I）、腐殖化指數(shù)（Humification index，HIX）、自生源指標(biāo)（Index of recent autochthonous contribution，BIX）、新鮮度指數(shù)（β∶α）（劉堰楊等，2018），相關(guān)光譜特征參數(shù)的計算方法及公式參數(shù)見表1。

三維熒光平行因子分析（EEM-PARAFAC）：采用Matlab 2014a調(diào)用DomFluor工具箱，將所有土壤DOM熒光矩陣組合，構(gòu)成一個新的三維矩陣組，進(jìn)行平行因子處理。整個分析過程包括數(shù)據(jù)處理（扣除空白、去除瑞利和拉曼散射）、去除異常值并利用核一致性結(jié)果及激發(fā)、發(fā)射光譜的誤差平方和曲線，初步確定組分?jǐn)?shù)范圍，確定組分?jǐn)?shù)并進(jìn)行裂半分析與有效性檢驗。

熒光區(qū)域積分（Fluorescence Regional Integration，F(xiàn)RI）：土壤DOM三維熒光光譜特征一般將激發(fā)波長、發(fā)射波長所形成的二維熒光區(qū)域劃分為5個特征峰區(qū)域（Chen et al.，2003），代表5種不同類型的有機(jī)物，分別是Peak I（芳香蛋白類物質(zhì)）、Peak II（芳香蛋白類物質(zhì)）、Peak III（富里酸類物質(zhì)）、Peak IV（微生物代謝的水溶性產(chǎn)物），以及Peak V（腐殖酸類物質(zhì)）。這5個熒光譜峰的激發(fā)波長、發(fā)射波長范圍見表 2，利用 Origin 9.0軟件積分計算對熒光峰區(qū)域進(jìn)行三維積分，計算土壤DOM特定熒光區(qū)域體積（φi）和土壤DOM不同熒光峰三維積分百分含量（Pi），公式如下：

表1 光譜特征參數(shù)基本信息Table 1 Basic information of spectral characteristic parameters

其中，

式中，φT為土壤DOM積分區(qū)域總體積，φi為土壤 DOM 特定熒光區(qū)域體積，單位為AU-nm2-[mg/L·C]-1；Pi為土壤 DOM 不同熒光峰三維積分百分含量；I(λExλEm)為Ex和Em為特定熒光譜峰激發(fā)波長范圍和發(fā)射波長范圍（表 2），計算土壤DOM熒光特征組分的光譜強(qiáng)度。計算出特定區(qū)域積分體積，即具有相似性質(zhì)有機(jī)物的累積熒光強(qiáng)度，從而反映了這一區(qū)域的特定結(jié)構(gòu)有機(jī)物的相對含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 若爾蓋泥炭地土壤碳氮磷特征

若爾蓋高寒地區(qū)泥炭地土壤在不同水分狀況下碳氮磷含量如表3所示。其中，6種類型土壤的pH值介于5.41—6.19之間，淹水濕地（WT）和濕地間泥炭丘（PH）土壤酸性最強(qiáng)，干旱化濕地（DG）居中，漫崗坡腳草甸（MTD）和坡中草甸（MTM）的酸性最弱；高寒泥炭地土壤均呈現(xiàn)弱酸性，且pH值隨著水分減小而呈現(xiàn)出升高趨勢。淹水濕地（WT）和濕地間泥炭丘（PH）的TOC和TN濃度也顯著高于其他土壤（P＜0.05）。淹水濕地（WT）的DOC、DON含量最高，其中DON是其他類型土壤的2—5倍；濕地間泥炭地（PH）的DP含量最高；干旱化濕地（DG）的DOC含量也處于較高水平，TOC、TN、DON和 DP都處于中間水平。漫崗草甸的TOC和TN、DON濃度都低于其他3種土壤，其中漫崗坡腳草甸（MTD）的DP濃度最低，坡頂草甸（MTH）的DOC、DON、TOC和TN濃度是幾種土壤中最低的?？梢钥闯鐾寥罉悠匪苄缘―ON）、水溶性磷（DP）、總氮（TN）和水溶性有機(jī)碳（DOC）均隨著干旱化程度加深呈現(xiàn)出遞減的趨勢。從淹水濕地（WT）到漫崗坡頂草甸（MTH），泥炭地水分逐漸減少，隨著土壤干旱化程度的加深，若爾蓋泥炭地土壤總有機(jī)碳含量顯著降低，降低程度為55.36%；水溶性有機(jī)碳含量顯著降低，降低程度為28.77%。

表2 水溶性有機(jī)質(zhì)（DOM）三維熒光光譜中5個常見熒光峰區(qū)域特征Table 2 Characteristics of five common fluorescent peak regions in three-dimensional fluorescence spectra of dissolved organic matter (DOM)

表3 若爾蓋高寒泥炭地土壤的化學(xué)特征Table 3 Chemical properties of the Zoige alpine peatland soils

2.2 若爾蓋泥炭地土壤DOM熒光參數(shù)

2.2.1 泥炭地土壤DOM吸收光譜特征的變化特征

在不同水分狀況下高寒泥炭地土壤DOM紫外-可見吸收光譜特征參數(shù)變化見表 4。一般認(rèn)為吸收系數(shù)a(355)表示著土壤 CDOM 的相對濃度（Weishaar et al.，2003），6種類型土壤的a(355)值介于25.06—38.14之間，干旱化濕地（DG）最高，漫崗草甸中部（MTM）最低?？梢钥闯鐾寥繡DOM吸收系數(shù)a(355)隨著水分的變化而變化，與泥炭地DOC含量在水分狀況梯度下的變化趨勢相似，這表明高寒泥炭地土壤DOM顯色組分的相對含量可能隨著水分含量的變化有所差異。

表4 若爾蓋高寒泥炭地土壤DOM吸收光譜特征參數(shù)Table 4 Selected absorbance spectral characteristic parameters of soil DOM in Zoige alpine peatland

光譜斜率比值SR反映土壤CDOM來源組成和結(jié)構(gòu)變化，SR值與DOM分子量成反比（Xiao et al.，2013）。由表4可以看出不同采樣點(diǎn)的SR值隨著土壤水分的變化而變化，濕地土壤的SR值隨著水分的增多而減小，從干旱化濕地（DG）到淹水濕地（WT）光譜斜率比值從4.84減小到3.92；而漫崗草甸的光譜斜率比值則隨著土壤水分含量的減少而減小，從漫崗坡腳到坡頂其SR值從4.91降低到3.88。

SUVA254反映CDOM芳香性程度，SUVA260用來表征CDOM中疏水性有機(jī)質(zhì)組分含量（Jaffrain et al.，2007；Weishaar et al.，2003）。SUVA254越高，說明有機(jī)質(zhì)的芳香性程度越高，腐殖化程度也越高；SUVA260與 DOM 中疏水性有機(jī)組分含量成正比。在不同水分狀況下，土壤芳香性程度和疏水性能不同，泥炭丘（PH）芳香性程度和疏水性最低，相對來看干旱化濕地（DG）芳香性程度和疏水性相對較高；漫崗草甸土壤則是坡頂草甸（MTH）芳香性程度和疏水性最高，坡中草甸（MTM）和坡腳草甸（MTD）相差不大。

2.2.2 泥炭地土壤DOM熒光特征參數(shù)

在不同水分狀況下若爾蓋高寒泥炭地土壤DOM熒光特征參數(shù)見表5。一般認(rèn)為Ex=355 nm、Em=450 nm處的熒光強(qiáng)度Fn(355)可以表示FDOM的相對濃度，本研究中土壤 Fn(355)隨著水分的變化而變化，與泥炭地 CDOM 的相對濃度在水分狀況下的變化趨勢相似。

表5 若爾蓋高寒泥炭地土壤DOM熒光特征參數(shù)Table 5 Selected fluorescence characteristic parameters of soil DOM in Zoige alpine peatland

熒光指數(shù)（Fluorescence index，F(xiàn)I）反映了芳香與非芳香氨基酸對 DOM 熒光強(qiáng)度的相對貢獻(xiàn)率，作為衡量 DOM 來源及降解程度的指標(biāo)（Mladenov et al.，2007）。FI小于1.4時DOM被認(rèn)為主要為外源輸入（有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化等），F(xiàn)I大于1.9時DOM被認(rèn)為主要為微生物分解所產(chǎn)生（具顯著自生源特征，微生物及其對有機(jī)物分解產(chǎn)物）。由表5可以看出，川西高原若爾蓋高寒泥炭地土壤DOM熒光指數(shù)FI介于1.33—1.44之間，這顯示土壤DOM來源兼具內(nèi)外源特征，隨著水分含量的升高熒光指數(shù)逐漸增大，有逐漸從土壤外源轉(zhuǎn)為自生源的趨勢，土壤芳香性減弱，腐殖化程度減小。

腐殖化指數(shù)（Humification index，HIX）是評價FDOM腐殖化程度的重要指標(biāo)，能一定程度上反映DOM輸入源特征，值越高表明DOM腐殖化程度高。表5數(shù)據(jù)顯示6種類型土壤的HIXb值介于0.84—0.93之間，漫崗坡頂草甸（MTH）土壤腐殖化程度最高，川西高寒泥炭地的腐殖化程度隨著水分梯度的增大而降低，這可能和濕地長期淹水有關(guān)，由于淹水導(dǎo)致泥炭地的土壤形成厭氧環(huán)境，使微生物的活性減弱，從而使?jié)竦赝寥赖母郴潭葴p弱。

自生源指標(biāo)（Index of recent autochthonous contribution，BIX）作為 DOM 溯源的一個指標(biāo)，可以表征DOM的自生源特征，同時也可體現(xiàn)DOM的生物可利用性（Birdwell et al.，2010）。BIX指數(shù)為0.6—0.7時，顯示DOM中自生成分較少；BIX為0.7—0.8時，具有中度新近自生源特征；BIX為0.8—1.0時，具有較強(qiáng)自生源特征；BIX＞1.0時，則表現(xiàn)出強(qiáng)烈的自生源特征，由微生物活動對DOM 組分影響顯著?？傮w來看，若爾蓋地區(qū)泥炭地6種類型土壤的土壤DOM自生源指標(biāo)介于0.53—0.93之間（表5），這表明泥炭地DOM自生源特征并不顯著，自生成分較少。其中，漫崗坡頂土壤DOM的BIX值（0.93）最高，這顯示漫崗坡頂土壤DOM的自生源特征較強(qiáng)（DOM更多來源于微生物代謝和轉(zhuǎn)化，顯示微生物活性較高），這與熒光指數(shù)（FI）和腐殖化系數(shù)（HIX）結(jié)果相一致。

新鮮度指數(shù)（β∶α）反映新產(chǎn)生 CDOM 在總CDOM中的比例（Huguet et al.，2009）。其中，β代表新近產(chǎn)生 CDOM，α代表降解程度較高的CDOM，可為定量評估土壤生物活性提供依據(jù)。由表中數(shù)據(jù)可知這幾種不同水分梯度生境土壤中，泥炭丘土壤（PH）DOM新鮮度指數(shù)略高于其他土壤；總體來看濕地土壤新鮮度要高于漫崗草甸土壤。

2.3 若爾蓋泥炭地土壤DOM三維熒光-平行因子分析（EEM-PARAFAC）

基于PARAFAC模型分析所有土壤樣品的三維熒光數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示泥炭地土壤樣品中的DOM熒光特征呈現(xiàn)3個熒光組分。

其中，第一類物質(zhì)（Fraction I，Ex=256/Em=420，圖2a）具有一個激發(fā)峰和發(fā)射峰，位于傳統(tǒng)的A峰（250—260 nm/380—480 nm）區(qū)域，被認(rèn)為是主要由有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生的、分子量較低而熒光特性強(qiáng)的類腐殖質(zhì)組成（Carstea et al.，2016）。第二類物質(zhì)（Fraction II，Ex=270(240—275)/Em=490(434—520)，圖2b）具有一個激發(fā)峰和兩個發(fā)射峰，被認(rèn)為主要是分子量較高、熒光特征與富里酸類似的 UVA類腐殖質(zhì)，被認(rèn)為主要來自植物（Carstea et al.，2016）。第三類物質(zhì)（Fraction III，Ex=283(＜300)/Em=330(300—350)，圖2c）具有一個激發(fā)峰和發(fā)射峰，主要體現(xiàn)的是類色氨酸類蛋白物質(zhì)。該類物質(zhì)是熒光特征類似于游離色氨酸，被認(rèn)為是土壤內(nèi)源的微生物活動和轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生的類蛋白物質(zhì)（Shutova et al.，2014；劉堰楊等，2018）。

結(jié)果如圖2所示，若爾蓋泥炭地土壤DOM中以第三組分（即小分子類腐殖質(zhì)）載荷最高，第一組分（微生物活動和轉(zhuǎn)化過程中蛋白物質(zhì)類）最低，第二組分（分子量較高的富里酸類腐殖質(zhì)）介于二者之間。本研究中若爾蓋泥炭地土壤DOM不同熒光組分隨著水分的變化而變化，表明著DOM不同熒光組分的相對含量隨著水分含量的變化可能有所差異，總體來看6種類型土壤DOM的第三類物質(zhì)隨著土壤水分的增多而減少，顯示著土壤的小分子腐殖質(zhì)隨著土壤水分的增多而減少，這和土壤DOM的熒光特征參數(shù)結(jié)果一致。

2.4 高寒泥炭地土壤 DOM 三維熒光區(qū)域積分（FRI）

高寒泥炭地土壤DOM三維熒光光譜呈5個熒光峰，對若爾蓋高寒泥炭地土壤DOM進(jìn)行三維熒光區(qū)域積分，結(jié)果如圖3所示。DOM熒光強(qiáng)度（熒光峰體積積分）隨著水分狀況變化，泥炭濕地土壤DOM 熒光強(qiáng)度均高于漫崗草甸土壤；所有土壤的DOM熒光峰中，以Peak III和Peak V組分最多，Peak I和Peak II組分最少，即富里酸類有機(jī)質(zhì)和腐殖酸類有機(jī)質(zhì)在DOM中比例最高，蛋白質(zhì)類物質(zhì)含量最低。這和土壤三維熒光-平行因子分析（EEM-PARAFAC）結(jié)果是一致的。從圖3可以看出若爾蓋泥炭地土壤DOM不同熒光峰體積隨著水分的變化而變化，表明DOM不同熒光峰體積隨著水分含量的變化可能有所差異。

從各熒光峰積分相對比例（見圖 4）也可以看出，在所有高寒泥炭地土壤中最高的是Peak V（占比均超過50%），其次是Peak III。不同水分狀況下高寒泥炭地土壤DOM中熒光峰積分值還是有差異性的，漫崗草甸土壤樣品的Peak V占比大于濕地土壤樣品的Peak V占比，說明腐殖酸類物質(zhì)是漫崗草甸土壤DOM的主要物質(zhì)；而濕地土壤除了Peak V組分，Peak III組分占比也高（均超過28%），說明在濕地土壤DOM中富里酸類有機(jī)質(zhì)和腐殖酸類有機(jī)質(zhì)比例最高。

圖2 若爾蓋高寒泥炭地土壤DOM三維熒光-平行因子分析結(jié)果Fig.2 Results of EEM-PARAFAC analysis of soil DOM in Zoige alpine peatland

3 討論

在土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化過程中，不論是腐殖化還是礦質(zhì)化，形成DOM是一個不可或缺的中間過程，DOM 既是微生物作用的產(chǎn)物，也是微生物進(jìn)行腐殖化和礦質(zhì)化作用的底物，從而將土壤有機(jī)質(zhì)的腐殖化、礦質(zhì)化和土壤生物成分聯(lián)系在一起（Solomon et al.，2015）。從本研究結(jié)果可知隨著泥炭地水分減少，泥炭有機(jī)質(zhì)環(huán)境從還原狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸癄顟B(tài)，土壤微生物狀況和通氣狀況發(fā)生急劇變換，加劇泥炭有機(jī)質(zhì)氧化分解，導(dǎo)致泥炭土壤有機(jī)碳（TOC）極其顯著地下降。從土壤DOM的吸收光譜特征來看，川西高寒泥炭地的腐殖化程度隨著水分梯度的增大而降低，表明土壤 CDOM 的穩(wěn)定性隨著水分增加而減弱，可能是由于濕地土壤中有機(jī)質(zhì)主要來源于地表枯落物和死亡根系的分解和累積，但是濕地土壤淹水形成厭氧環(huán)境，一般厭氧環(huán)境會抑制土壤微生物活性，致使有機(jī)物腐殖化過程非常緩慢；同時可能是隨著土壤濕度增加，土壤微生物的活性和生長繁殖速度加快，土壤水分通過影響的微生物活性間接影響泥炭地土壤DOM的穩(wěn)定性。從熒光光譜特征參數(shù)來看，若爾蓋泥炭地FDOM 的芳香性與腐殖化程度也隨著水分的增加而降低。泥炭丘的土壤熒光特征參數(shù)明顯高于其他土壤樣品，可能是由于泥炭丘因為穩(wěn)定適宜的水分條件，最適合土壤有機(jī)質(zhì)腐殖化過程，其DOM的腐殖化程度最高表明了穩(wěn)定性也最高，微生物可利用性高?？傮w上，與Ohno et al.（2007）的研究結(jié)果：FI值與DOM芳香性成負(fù)相關(guān)關(guān)系，F(xiàn)I越高芳香性越弱，腐殖化程度越低是一致的。

圖3 若爾蓋高寒泥炭地土壤DOM三維熒光區(qū)域積分變化特征Fig.3 Variation characteristics of three-dimensional fluorescence regional integration of soil DOM in Zoige alpine peatland

圖4 若爾蓋高寒泥炭地土壤DOM三維熒光區(qū)域積分相對比例Fig.4 Relative proportion of three-dimensional fluorescence regional integration of soil DOM in Zoige alpine peatland

青藏高原泥炭濕地是一個不容忽視的巨大高寒有機(jī)碳庫，沼澤植物同化產(chǎn)物以泥炭形式積存下來，暫時退出生物地化循環(huán)成為碳的一個特殊的匯（Freeman et al.，2001）。很多研究認(rèn)為全球泥炭地作為重要碳匯及源匯轉(zhuǎn)換，對于氣候變化具有極其重要的意義，對溫室氣體排放有很大貢獻(xiàn)，對氣候變化的響應(yīng)可能更為敏感（楊麗霞等，2004）。若爾蓋高寒泥炭濕地作為中國和全球面積最大的高寒濕地，固持了青藏高原濕地碳庫接近88%的有機(jī)碳（Ma et al.，2016），人為活動和環(huán)境變化導(dǎo)致的干旱化趨勢是現(xiàn)代以來持續(xù)存在的（王根緒等，2007）。大量研究顯示，濕地在積水或季節(jié)性積水形成的厭氧狀態(tài)、貧營養(yǎng)、低溫等環(huán)境條件下，使泥炭和有機(jī)質(zhì)礦化受到極大抑制，是泥炭累積和分解動態(tài)關(guān)鍵的環(huán)境調(diào)節(jié)因子（Fenner et al.，2011；Laiho，2006）。因此，若爾蓋濕地干旱化形成土壤好氣條件將可能促進(jìn)有機(jī)質(zhì)分解礦化，從而不可避免影響到泥炭地有機(jī)碳的穩(wěn)定性，而且大量研究已經(jīng)顯示濕地干旱化和水位下降，導(dǎo)致泥炭中有機(jī)碳分解加速（Fenner et al.，2011），向地表水體中輸出的水溶性有機(jī)碳通量也急劇增加（Ritson et al.，2017）。本文研究結(jié)果顯示土壤水從濕地到漫崗坡頂漸趨干旱化的水分梯度下，土壤有機(jī)碳及土壤 DOC含量都極其顯著下降。結(jié)合國內(nèi)外的相關(guān)研究以及我們在水分梯度下對TOC和DOC的測定結(jié)果來看，若爾蓋濕地干旱化將難以避免地引起泥炭地有機(jī)碳的大規(guī)模排放，高寒泥炭地中存儲的碳由匯轉(zhuǎn)變?yōu)樵瘁尫诺酱髿庵?，從而加劇溫室效?yīng)。

同時，DOM 也是有機(jī)碳從陸地生態(tài)系統(tǒng)向水生生態(tài)系統(tǒng)遷移的主要形式。土壤DOM直接影響著江河湖等地表水體的生物群落結(jié)構(gòu)、功能特征和生物地球化學(xué)過程（Solomon et al.，2015）；土壤DOM 也具有重要的環(huán)境意義，通過與環(huán)境污染物質(zhì)的相互作用影響到污染物的運(yùn)移、傳輸、轉(zhuǎn)化和降解等過程，甚至影響到污染物的生物有效性（Michalzik et al.，2001）。若爾蓋濕地積雪融水和降水充沛，濕地湖泊眾多，河網(wǎng)密集，是中國長江、黃河上游最重要積水區(qū)域，包括黃河上游主要支流黑河、白河等大小河流約430條，年均補(bǔ)給占黃河上游水量30%—40%。若爾蓋濕地土壤DOM的動態(tài)變化及其向地表水體輸入 DOM，已經(jīng)影響著地表水水體中DOM特征、含量及組分（劉堰楊等，2018；范詩雨等，2018），可能對下游水體產(chǎn)生顯著的環(huán)境效應(yīng)。關(guān)于若爾蓋濕地土壤與水體之間的DOM 交換通量及流域生態(tài)效應(yīng)及水環(huán)境安全的影響，還需要進(jìn)一步開展系統(tǒng)的定量研究。

4 結(jié)論

（1）若爾蓋泥炭地土壤總有機(jī)碳和水溶性有機(jī)碳含量，隨著土壤干旱化程度加深而顯著降低。

（2）川西高寒泥炭地DOM的熒光光譜特征參數(shù)表明，DOM 的芳香性與腐殖化程度隨著水分的增加而降低，土壤DOM穩(wěn)定性降低，微生物可利用性降低。

（3）平行因子分析結(jié)果顯示若爾蓋泥炭地土壤DOM 中以小分子類腐殖質(zhì)組分載荷最高，微生物活動和轉(zhuǎn)化過程中蛋白物質(zhì)類組分最低。

（4）高原泥炭地土壤DOM中富里酸類有機(jī)質(zhì)和腐殖酸類有機(jī)質(zhì)占比最高，漫崗草甸土壤中腐殖酸占比高于濕地土壤，而濕地土壤富里酸組分占比高于漫崗草甸土壤。