热带滨海区不同土地利用背景下土壤溶解性有机氮的组成与粒径分布特征
发布时间：2021-08-11 17:22
溶解态有机氮（DON）是土壤中活跃的氮库,其生态环境行为与它的化学组成和粒径分布密切相关。为评估热带滨海区不同土地利用方式对不同粒径中土壤溶解性有机氮组成特征的影响,从水稻田、橡胶园、菜园和果园采集土壤样品,通过一系列微滤和超滤（0.7,0.45,0.2,0.1μm,100,10,1 kDa）对土壤溶解性有机氮分级,并使用连续流动分析仪、三维荧光光谱和红外光谱研究了滤液中溶解态有机氮、无机氮的含量及荧光组分和有机官能团特征。结果表明,4种土地利用背景下土壤DON值的范围为5.25—10.88 mg·kg-1,其大小顺序为水稻>菜园>果树>橡胶,且DON与溶解性总氮（DTN）的比值范围为26.08%—67.11%,其中橡胶土最高,水稻土最低;不同粒径下4种土地利用类型土壤DON主要集中在<100 kDa的粒径中,其值范围为4.85—9.48 mg·kg-1,占全量的85.89%—92.41%。三维荧光光谱（3D-EEMs）及平行因子分析表明,4种土地利用背景下土壤DON含有两种类腐殖质组分及一种类蛋白质组分,且以类腐殖质...
【文章来源】：生态环境学报. 2020,29(03)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
研究区域及采样点分布
图2反映了4种土地利用背景下土壤全量提取液（<0.7μm）中各种形态氮的含量及其占溶解性总氮的比例。由图可知，不同土地利用类型土壤全量提取液中各形态氮的含量差异显著，溶解性总氮（DTN）含量范围为7.82—41.70 mg·kg-1,NO3--N含量范围为1.45—27.27 mg·kg-1,NH4+-N含量范围为1.13—7.12 mg·kg-1,DON含量范围为5.25—10.88mg·kg-1；除水稻田NH4+-N外，各形态N的平均含量大小顺序为水稻>菜园>果园>橡胶。对比不同土地利用背景下土壤提取液中各形态N占比发现，水稻土和菜园土中NO3--N含量所占比例最高，分别为65.38%,38.00%，其次为DON(26.08%,36.76%),NH4+-N占比最低（8.54%,25.23%）；然而，胶园土和果园土中DON占比最高，分别为67.11%,44.47%，其次为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值范围为0.33%—0.62%，以菜园土最高，为0.62%，胶园土最低，为0.33%，其大小顺序为菜园土>水稻土>果园土>胶园土（数据未显示），然而，与DON/TN相反，DON/DTN值以胶园土最高，水稻土最低，其大小顺序为胶园土>果园土>菜园土>水稻土。综上所述，土壤溶解态总氮含量、各形态氮含量及各形态氮占DTN比例受土地利用变化影响显著。整体而言，各形态N的平均含量大小顺序为水稻土>菜园土>果园土>胶园土。前人研究发现人类活动，如灌溉、施肥等，会导致农业土壤中DOM含量的增加（Agegnehu et al.,2016），本研究中受人类活动干扰强的农业土壤中各形态溶解氮的含量均高于受人类活动干扰弱的胶园土壤，表明受人类活动干扰强的农业用地方式土壤中氮的溶解性更强，这将进一步增加土壤氮的流失，从而带来一系列的环境问题。
综上所述，不同土地利用背景下土壤DON含量差异显著，同种土地利用背景下DON粒径分布也有显著差异。整体而言，各粒径下DON含量大小顺序为水稻>菜园>果树>橡胶，且4种土地利用类型土壤DON主要集中在<100 kDa的粒径中。王飞等（2014）研究发现不同土地利用方式对红壤坡地DON含量无显著影响，而吕学军等（2011）发现不同土地利用类型对黄河三角洲轻度盐渍化土壤DON含量有影响，其大小的顺序为菜地>粮田>果园>未利用地。本研究中不同土地利用类型对DON含量影响显著，不同区域研究结果的差异可能与土壤类型，植被类型及DON提取方法有关。水稻土DON含量最高，与其氧化还原状况及土壤全氮含量有关（表1），水稻田长期处于淹水条件，其氧化还原状况与橡胶、果园和菜园旱地的氧化还原状况有很大差异，酸性土灌水后，Fe和Mn在缺氧条件下被还原形成Fe(OH)2和Mn(OH)2，使水稻土pH值升高，而pH影响土壤DOM的吸附、解吸过程，对其溶解性有直接影响，pH值的增加会增加DOM的电荷密度，导致DOM的可溶性增加，并促进DOM从土壤矿物上解吸（Tipping et al.,1990);DON在土壤中的含量与土壤全氮密切相关（汪景宽等，2008），较高的全氮量也导致水稻土DON含量较高；水稻田，菜园以及果树表土层细根生物量较橡胶土高，可能增加DON的溶出（Lin et al.,2011）；此外，水稻田、菜园和果园会施用一定量的氮肥，也会补充土壤中DON，使其DON含量高于橡胶土壤，橡胶园土壤受人类活动干扰小，凋落叶溶出的大量有机质是土壤可溶性有机质的主要来源之一（雷秋霜等，2014),DON也主要来源于凋落物及植物根系等自然来源，因此，其含量最低。各粒径下4种土地利用类型土壤DON主要集中在<100 kDa的粒径中，且各粒径含量趋势与总DON基本一致，均为水稻土DON含量最高，仅在<10 kDa的组分中，菜园土DON含量最高，表明DON主要集中在较小的组分中，菜园土壤DON在<10 kDa的组分中含量增加。前人对卡累利阿北部泥炭沼泽地土壤溶液（Ilina et al.,2014）以及三峡库区水体（陈雪霜等，2016）不同粒径DOM的研究发现，低分子量DOM的含量（<10 kDa）占主导地位，主要是由于摩尔质量与分子直径的三次方成正比（Ilina et al.,2014），因此直径为0.1μm的分子与直径为100 kDa的分子的分子质量相差很大，因此<100 kDa的低分子量DON的摩尔浓度占主导。橡胶土<1 kDa组分DON占比最高，其他粒径占比均低于其他土地利用类型，表明农业土地利用方式会改变DON的粒径分布。2.2 DON组成与粒径分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮沉降对毛竹林土壤可溶性有机质数量与光谱学特征的影响[J]. 程蕾,林开淼,周嘉聪,张秋芳,曾晓敏,纪宇皝,郑永,徐建国,陈岳民. 应用生态学报. 2019(05)
[2]饮用水处理过程中溶解性有机物表征方法的研究进展[J]. 柳婷,杨海燕,董慧峪,强志民,李翼. 环境化学. 2019(02)
[3]川西平原还田秸秆腐解释放DOM的光谱特征[J]. 韦梦雪,王彬,谌书,白英臣,董发勤,朱静平,黎明,魏竭. 光谱学与光谱分析. 2017(09)
[4]土地利用变化对花岗岩红壤底土溶解性有机质数量和光谱特征的影响[J]. 盛浩,宋迪思,周萍,夏燕维,张杨珠. 生态学报. 2017(14)
[5]胶州湾滨海湿地土壤溶解性有机质的三维荧光特性[J]. 訾园园,孔范龙,郗敏,李悦,杨玲. 应用生态学报. 2016(12)
[6]三峡库区消落带水体DOM不同分子量组分三维荧光特征[J]. 陈雪霜,江韬,卢松,魏世强,王定勇,闫金龙. 环境科学. 2016(03)
[7]文昌滨海台地不同森林类型土壤DOC、DON库比较研究[J]. 陈小花,余雪标,薛杨,王小燕. 广东农业科学. 2015(08)
[8]红壤坡地不同土地利用方式下表层土壤活性碳、氮特征[J]. 王飞,王卫,陈安磊,谢小立,李雁勇. 水土保持学报. 2014(02)
[9]森林新近凋落叶溶出DOM的性质及其对菲增溶作用的影响[J]. 雷秋霜,杨秀虹,方志文,王诗忠,赵云,仇荣亮. 生态环境学报. 2014(01)
[10]米槠人促更新林与杉木人工林叶片及凋落物溶解性有机物的数量和光谱学特征[J]. 康根丽,杨玉盛,司友涛,尹云锋,刘翥,陈光水,杨智杰. 生态学报. 2014(08)
硕士论文
[1]成都龙泉驿区不同土地利用方式下土壤可溶性有机质含量的研究[D]. 黄慧.四川师范大学 2013
本文编号：3336574
【文章来源】：生态环境学报. 2020,29(03)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
研究区域及采样点分布
图2反映了4种土地利用背景下土壤全量提取液（<0.7μm）中各种形态氮的含量及其占溶解性总氮的比例。由图可知，不同土地利用类型土壤全量提取液中各形态氮的含量差异显著，溶解性总氮（DTN）含量范围为7.82—41.70 mg·kg-1,NO3--N含量范围为1.45—27.27 mg·kg-1,NH4+-N含量范围为1.13—7.12 mg·kg-1,DON含量范围为5.25—10.88mg·kg-1；除水稻田NH4+-N外，各形态N的平均含量大小顺序为水稻>菜园>果园>橡胶。对比不同土地利用背景下土壤提取液中各形态N占比发现，水稻土和菜园土中NO3--N含量所占比例最高，分别为65.38%,38.00%，其次为DON(26.08%,36.76%),NH4+-N占比最低（8.54%,25.23%）；然而，胶园土和果园土中DON占比最高，分别为67.11%,44.47%，其次为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值范围为0.33%—0.62%，以菜园土最高，为0.62%，胶园土最低，为0.33%，其大小顺序为菜园土>水稻土>果园土>胶园土（数据未显示），然而，与DON/TN相反，DON/DTN值以胶园土最高，水稻土最低，其大小顺序为胶园土>果园土>菜园土>水稻土。综上所述，土壤溶解态总氮含量、各形态氮含量及各形态氮占DTN比例受土地利用变化影响显著。整体而言，各形态N的平均含量大小顺序为水稻土>菜园土>果园土>胶园土。前人研究发现人类活动，如灌溉、施肥等，会导致农业土壤中DOM含量的增加（Agegnehu et al.,2016），本研究中受人类活动干扰强的农业土壤中各形态溶解氮的含量均高于受人类活动干扰弱的胶园土壤，表明受人类活动干扰强的农业用地方式土壤中氮的溶解性更强，这将进一步增加土壤氮的流失，从而带来一系列的环境问题。
综上所述，不同土地利用背景下土壤DON含量差异显著，同种土地利用背景下DON粒径分布也有显著差异。整体而言，各粒径下DON含量大小顺序为水稻>菜园>果树>橡胶，且4种土地利用类型土壤DON主要集中在<100 kDa的粒径中。王飞等（2014）研究发现不同土地利用方式对红壤坡地DON含量无显著影响，而吕学军等（2011）发现不同土地利用类型对黄河三角洲轻度盐渍化土壤DON含量有影响，其大小的顺序为菜地>粮田>果园>未利用地。本研究中不同土地利用类型对DON含量影响显著，不同区域研究结果的差异可能与土壤类型，植被类型及DON提取方法有关。水稻土DON含量最高，与其氧化还原状况及土壤全氮含量有关（表1），水稻田长期处于淹水条件，其氧化还原状况与橡胶、果园和菜园旱地的氧化还原状况有很大差异，酸性土灌水后，Fe和Mn在缺氧条件下被还原形成Fe(OH)2和Mn(OH)2，使水稻土pH值升高，而pH影响土壤DOM的吸附、解吸过程，对其溶解性有直接影响，pH值的增加会增加DOM的电荷密度，导致DOM的可溶性增加，并促进DOM从土壤矿物上解吸（Tipping et al.,1990);DON在土壤中的含量与土壤全氮密切相关（汪景宽等，2008），较高的全氮量也导致水稻土DON含量较高；水稻田，菜园以及果树表土层细根生物量较橡胶土高，可能增加DON的溶出（Lin et al.,2011）；此外，水稻田、菜园和果园会施用一定量的氮肥，也会补充土壤中DON，使其DON含量高于橡胶土壤，橡胶园土壤受人类活动干扰小，凋落叶溶出的大量有机质是土壤可溶性有机质的主要来源之一（雷秋霜等，2014),DON也主要来源于凋落物及植物根系等自然来源，因此，其含量最低。各粒径下4种土地利用类型土壤DON主要集中在<100 kDa的粒径中，且各粒径含量趋势与总DON基本一致，均为水稻土DON含量最高，仅在<10 kDa的组分中，菜园土DON含量最高，表明DON主要集中在较小的组分中，菜园土壤DON在<10 kDa的组分中含量增加。前人对卡累利阿北部泥炭沼泽地土壤溶液（Ilina et al.,2014）以及三峡库区水体（陈雪霜等，2016）不同粒径DOM的研究发现，低分子量DOM的含量（<10 kDa）占主导地位，主要是由于摩尔质量与分子直径的三次方成正比（Ilina et al.,2014），因此直径为0.1μm的分子与直径为100 kDa的分子的分子质量相差很大，因此<100 kDa的低分子量DON的摩尔浓度占主导。橡胶土<1 kDa组分DON占比最高，其他粒径占比均低于其他土地利用类型，表明农业土地利用方式会改变DON的粒径分布。2.2 DON组成与粒径分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮沉降对毛竹林土壤可溶性有机质数量与光谱学特征的影响[J]. 程蕾,林开淼,周嘉聪,张秋芳,曾晓敏,纪宇皝,郑永,徐建国,陈岳民. 应用生态学报. 2019(05)
[2]饮用水处理过程中溶解性有机物表征方法的研究进展[J]. 柳婷,杨海燕,董慧峪,强志民,李翼. 环境化学. 2019(02)
[3]川西平原还田秸秆腐解释放DOM的光谱特征[J]. 韦梦雪,王彬,谌书,白英臣,董发勤,朱静平,黎明,魏竭. 光谱学与光谱分析. 2017(09)
[4]土地利用变化对花岗岩红壤底土溶解性有机质数量和光谱特征的影响[J]. 盛浩,宋迪思,周萍,夏燕维,张杨珠. 生态学报. 2017(14)
[5]胶州湾滨海湿地土壤溶解性有机质的三维荧光特性[J]. 訾园园,孔范龙,郗敏,李悦,杨玲. 应用生态学报. 2016(12)
[6]三峡库区消落带水体DOM不同分子量组分三维荧光特征[J]. 陈雪霜,江韬,卢松,魏世强,王定勇,闫金龙. 环境科学. 2016(03)
[7]文昌滨海台地不同森林类型土壤DOC、DON库比较研究[J]. 陈小花,余雪标,薛杨,王小燕. 广东农业科学. 2015(08)
[8]红壤坡地不同土地利用方式下表层土壤活性碳、氮特征[J]. 王飞,王卫,陈安磊,谢小立,李雁勇. 水土保持学报. 2014(02)
[9]森林新近凋落叶溶出DOM的性质及其对菲增溶作用的影响[J]. 雷秋霜,杨秀虹,方志文,王诗忠,赵云,仇荣亮. 生态环境学报. 2014(01)
[10]米槠人促更新林与杉木人工林叶片及凋落物溶解性有机物的数量和光谱学特征[J]. 康根丽,杨玉盛,司友涛,尹云锋,刘翥,陈光水,杨智杰. 生态学报. 2014(08)
硕士论文
[1]成都龙泉驿区不同土地利用方式下土壤可溶性有机质含量的研究[D]. 黄慧.四川师范大学 2013
本文编号：3336574
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