2022, Vol. 54
2. 河海大学环境学院, 南京 210024;
3. 南京林业大学生物与环境学院, 南京 210037
可溶性有机质(dissolved organic matter，DOM)广泛存在于水体和土壤等自然环境中，其中土壤DOM通常是指土壤中活体微生物和植物根系释放的及植物残渣和可溶性颗粒部分分解后产生的可溶性有机物质[1]。DOM是由低分子量的游离氨基酸、碳水化合物、有机酸以及大分子量的多糖和腐殖质等组成的连续体或混合体，主要包含亲水氧基、氮和硫族官能团等[2]。土壤DOM的主要成分包括溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)、溶解性有机磷(DOP)和溶解性有机硫(DOS)等，各组分间通过疏水作用、氢键和非共价相互作用稳定，并积极参与土壤碳、氮、磷、硫等养分的地球化学物质循环[3-4]，是评价土壤质量的重要指标。
从来源看，土壤DOM分为两种：一种是土壤内源性的，通过土壤微生物降解土壤有机质产生，例如土壤腐殖质、植物凋落物、根系分泌物等[5]；另一种是外源进入土壤的，主要是通过施用化肥、有机肥、绿肥等农事活动以及作物秸秆还田带入土壤，例如有机粪肥、废弃物堆肥、作物秸秆等[6]。农艺措施可从内外源同时对土壤DOM组分、特性产生影响，并在后期土壤培肥过程中发挥关键作用。因此，本研究拟以耕作管理、种植制度、施肥管理和新型土壤改良剂等农艺措施对土壤DOM的影响为研究对象，通过分析不同农艺措施对土壤DOM含量、组分、特性的定量影响，以达到为今后农艺措施管理提供科学建议的目标。
1 土壤DOM的作用土壤DOM仅占土壤有机质的一小部分，但其对土壤质量具有很强的指示性。DOM在土壤聚集(形成有机金属络合物)、微生物的物质能量来源(碳源、氮源等)以及碳的储存、循环和有效养分供给等方面发挥着关键作用[7]。
研究土壤DOM的组成、含量及形态变化有助于更好地了解土壤碳氮循环及与之相关的地球生物化学过程。土壤DOM具有很强的溶解性，易通过土壤溶液转移[7]，大量DOM的转移可能会导致生态系统碳、氮收支方向的变化[8-11]。实际上，DOC和DON在土壤总碳和总氮中的占比极低，一般不超过2%，但其是土壤DOM中最具活力和生物有效性的组分[12]。其中，DOC是土壤中微生物生长的主要能源物质，其含量和组分的变化直接影响微生物活性，进而改变土壤有机碳的矿化过程。研究表明，去除DOM后土壤有机氮的累积矿化量平均下降15.4%[13]；而DON是土壤有机氮矿化和无机氮固定过程中重要的中间氮库，调控土壤铵态氮的供应和氮素的生物转化过程，是土壤有效养分的来源之一[14]。此外，土壤DON作为微生物的重要氮源，会抑制硝化过程进而减缓硝态氮的产生，且其抑制程度随着DOM浓度的上升而增加，进一步影响土壤氮循环过程[15]。
DOM可通过静电吸附、配体交换、络合、分配、氢键和阳离子桥联机制与土壤结合[16]，因此对土壤中的养分循环以及重金属和有机污染物的络合起到关键作用，源自土壤有机质的DOM可用于预测土壤中有机、无机污染物的迁移转运过程[7]。由于含有羧基、羟基、羰基和甲氧基等活性基团，DOM可作为重金属在土壤环境中迁移转化的“载体”或“配位体”，通过与重金属间的离子交换吸附、络合、螯合等一系列反应抑制或促进重金属在土壤中的吸附，影响重金属的沉淀、迁移转化和生物有效性，进一步影响生态环境安全和人类健康[17]。此外，DOM中的羧基、酚类等酸性官能团可与部分重金属络合形成复合物，进而降低其植物毒性[18]。郭微等[17]研究发现，DOM对重金属的影响主要包括以下方面：①改变土壤理化性质(如pH等)；②DOM自身组分等性质对土壤重金属吸附的影响；③通过络合和螯合作用，将重金属固定在土壤中。在实际土壤环境中，DOM对重金属的影响机制要更为复杂，例如Laurent等[19]研究表明，DOM浓度、芳香性和结合性的升高有助于提高土壤溶液中Cu的浓度，但可降低Cu2+活性，进而部分抵消土壤Cu含量升高带来的危害。
土壤DOM可增强土壤供肥能力，一是提高土壤养分的有效性，DOM中的有机酸等组分可活化土壤矿物质，增强土壤微生物活性；二是DOM可促进植物对营养元素的吸收，例如促进作物根系对Fe、Zn等元素的吸收，从而提高作物产量，已有研究证实外源DOM施用可提高水稻植株的株高、根长、茎重等生长指标[20]；此外，DOM容易被土壤微生物分解，因此其可通过激发土壤微生物活性，进一步提高微生物对土壤养分的吸收利用[7]。
2 农艺措施对土壤DOM的影响土壤DOM易受到气候条件、耕作管理条件、土壤类型和土壤性质等多种因素影响[21]。其中，农艺措施是自然和人类活动的相互作用对农田土壤理化性质影响的综合过程，不同的农艺措施对土壤DOM可产生不同影响。
2.1 耕作管理对土壤DOM的影响耕作管理可通过改变土壤有机质的输入和底物质量以及微生物降解的速率、程度和途径，进而影响土壤DOM的含量和性质[5]。
申军强等[22]通过田间试验发现，免耕加秸秆覆盖处理下土壤DON含量较常规施肥提高了28.2%，表明该处理可显著提高土壤有机氮的矿化潜力，进而满足作物的氮素营养需求。对比不同耕作方式发现，传统翻耕显著降低了土壤DOM含量；随着耕作时间的持续，土壤DOM含量下降日益显著。这可能是由于翻耕影响了土壤结构的稳定性，导致有机碳难以固定到土壤中[23]，而免耕可减少对土壤的扰动来降低土壤碳、氮的矿化速率，降低有机质分解速率，进而有助于土壤DOM含量的增加[24-25]。张常仁等[26]在黑土玉米连作试验中验证了不同深度土壤DOM对耕作措施的响应，各土层土壤间DOC和DON含量差异显著，尤其在表层土壤表现更为明显；在免耕处理下，表层土壤DOC含量相较于传统耕作增加了25.4% ~ 27.8%，而DON含量在各耕作处理间变化不显著。刘霞娇等[27]研究也表明长期耕作扰动会加剧土壤DOM淋失，导致土壤有机质的持续损失，同时也会增加氮素流失和水体污染风险。
地膜覆盖技术能够改变土壤温度和水分等条件，在我国北方寒旱区广泛应用。土壤DOM本身易受到温度、水分等条件变化影响，因此地膜覆盖对土壤DOM也会产生较大影响。在武佳颖等[28]试验中，覆膜处理降低了土壤DOM中芳香性和低络氨酸类蛋白质组分的占比，增加了腐殖化程度，提高了类富里酸和微生物代谢产物占比。原因可能是覆膜能够增加土壤水分并升高土壤温度，进而促进了土壤DOM的转化[3]。同时根据使用地膜颜色的不同，土壤DOM变化又呈现出不同的变化趋势，白色地膜由于透光性强，易于促进DOM的光解，此类地膜覆盖下土壤类腐殖酸组分增加较明显，腐殖化程度增加；黑色地膜覆盖下水分含量高，土壤中类富里酸组分增加明显，芳香性更强[28]。
总的来说，相比传统翻耕模式，免耕加秸秆覆盖等保护性措施可显著提高土壤DOM含量进而改善土壤肥力。地膜覆盖可通过调节土壤温度和水分状况来影响土壤DOM的含量与性质。但由于各试验的背景条件不同，受自然环境等不同因素驱动影响，具体的研究结果间仍存在较大差异，不同耕作管理措施间的交互作用影响及对土壤DOM作用程度的量化研究仍有待进一步加强。
2.2 种植制度对土壤DOM的影响Li等[29]通过Meta分析发现与未种植作物处理相比，种植作物显著提升了土壤DOM含量。与单一栽培相比，轮作可显著提高土壤DOM含量[30]，且轮作方式改变了植物凋落物、根系分泌物等的数量和种类，进而改变土壤DOM的来源，影响了土壤有机碳的固定过程及微生物的活性，使得DOM的组成和性质随之改变。
土壤DOM的含量与性质对不同作物种植类型的响应也有所不同。李瑞鑫[20]研究表明不同种植模式下土壤DOC含量介于71.6 ~ 179.6 mg/kg，土壤DOP含量介于0.8 ~ 11.0 mg/kg，变异度较大。其中，设施蔬菜种植模式更有利于提高土壤DOM含量，而燕麦地和青贮玉米地中土壤DOM腐殖化程度较低，易被降解，试验中不同种植类型土壤DOM含量顺序为：设施菜地＞露地菜地＞马铃薯地＞青贮玉米地＞草地＞燕麦地，其原因可能是设施菜地的高肥高水模式，增加了土壤DOM中大分子类腐殖酸的含量，而低肥低水的燕麦地则相反，促进了土壤DOM中小分子类蛋白质和富里酸含量增加。黄慧[31]通过田间试验研究了桃园、玉米地、葡萄园、蔬菜地4种土地利用方式下土壤DOM的时空变化，不同土地利用方式下土壤DOM含量差异明显，例如7月份土壤整个剖面层DOC的平均含量顺序为：玉米地(48.3 mg/kg)＞桃园(41.4 mg/kg)＞葡萄园(23.2 mg/kg)＞蔬菜地(19.6 mg/kg)。这一结果随着季节变化和土层的深度均会发生较大改变。这可能是由于作物种植类型的改变，营养物质的输入发生变化，影响了土壤的理化性质，进而导致土壤微生物活动和养分转化过程的变化[8]。此外，由于不同作物生长期所需养分的不同，施肥种类和施肥量的改变也进一步导致了土壤DOM含量的显著差异。但上述结果也易受到不同耕作及施肥方式的影响，如何准确分析不同种植制度对土壤DOM的影响及作用过程，仍需进一步探明。
2.3 施肥措施对土壤DOM的影响施肥作为重要的农艺措施，是影响土壤DOM的关键因素(表 1)。目前主要施肥方式包括单施化肥、有机肥、绿肥，以及不同肥料的组合施用，各外源肥料的施用均可改变土壤DOM的含量和性质，其中以单一施用有机肥对土壤DOM的提升效果最为显著[27]。研究表明，施肥对土壤DOM的影响主要表现在两个方面，一是外源肥料施用是土壤DOM的重要来源，另一方面施肥可通过影响土壤微生物活动及作物根系生长而加剧耕层土壤DOM的消耗和分解，进而影响DOM的含量和性质[32]。
|
表 1 不同施肥措施对土壤DOM的影响 Table 1 Effects of different fertilization on soil DOM |
化肥处理主要通过影响土壤微生物活性及作物生长而影响土壤DOM的含量及结构。王萍[33]在灰漠土中研究表明，与不施肥相比，只施用化肥后土壤DOM主要组分仍是类富里酸物质，其中胡敏酸类物质显著增加，而类蛋白物质组分逐渐消失，得出无机肥施用会简化土壤DOM荧光物质结构的结论。其原因可能是土壤矿物和微生物间的相互作用对土壤DOM影响较大，长期施肥显著改变了DOM中Ca2+、Fe3+、Al3+的浓度，而这些离子与DOM的相互作用又会进一步影响DOM的稳定过程[33]。谢军等[34]在中性紫色水稻土中的研究结果表明，与不施肥处理相比，长期施用氮磷钾肥可在一定程度上提高0 ~ 40 cm土层DOM含量，但增幅明显低于氮磷钾配施秸秆或有机肥处理，其原因可能是缺乏有机物料的投入，秸秆或有机肥在腐熟过程会释放DOM，同时激发微生物活性。对于DON，有关研究表明土壤DON的含量和氮肥施用量呈正相关[35]，这与土壤氮素矿化能力有关，通过降低C/N，促进微生物在分解有机质过程中的养分释放，进而增加土壤中有效氮的含量[34]。也有部分研究结果表明化肥施用会降低土壤DOM含量，其原因可能与不同区域土壤类型、环境条件以及化肥种类有关。倪进治等[36]研究表明，免耕条件下，与不施肥相比，单施化肥处理土壤DOM下降了15.3%，其原因可能与氮肥施入有关，过量的氮肥施用促进了微生物的繁殖，该过程中消耗了大量碳源，进而导致了土壤DOM的降低。13C核磁共振图谱分析表明，单施化肥、不同用量化肥配施秸秆等处理下土壤DOM中C的结构均主要以碳水化合物C、羧基C和长链脂肪C组成[36]。不同施肥处理下DOM中碳水化合物C的相对含量均最高，约为DOM总量的1/3；其次是羧基C和长链脂肪C；酚C占DOM的百分含量最低，不足4%。氮磷钾处理下土壤DOM中的碳水化合物C含量最高，碳水化合物C易被微生物分解利用，因此该施肥处理下土壤DOM的含量最低[37]。
与化肥相比，施用绿肥和有机肥后，土壤DOM含量的增加更为明显。常单娜[37]研究结果表明，种植绿肥后，土壤DOC含量较不施肥处理增加了29%，DON含量增加了257%，并显著影响了土壤DOM中糖、醇及羧酸类物质组分的含量。与施用秸秆和有机肥不同，绿肥可作为种植模式纳入到农田生态系统中，其在生长过程中分泌的根系分泌物也是土壤DOM的重要来源之一。豆科绿肥的高固氮性能使其含氮量远大于一般的农作物秸秆和有机肥，这部分氮被微生物固定后成为土壤DOM的重要来源。与周国朋等[38]研究结果相一致，土壤DOC含量的增长均与绿肥的C/N呈负相关，种植前翻压绿肥各处理土壤DOC含量均较高，其中紫云英+60% 化肥、紫云英+80% 化肥、紫云英+100% 化肥3种处理下的DOC含量呈逐步上升趋势，即随着配施化肥量的增加，土壤C/N逐渐下降，土壤DOC含量逐渐增加。
长期施用有机肥会显著增加土壤中DOM的含量[19]，常单娜[37]试验结果也验证了这一结论，有机肥处理后土壤中的DOC含量增加了37%，DON含量增加了334%。李瑞鑫[20]通过试验对比了不同用量猪粪有机肥对土壤DOM含量及其组分的影响，结果表明随着有机肥用量的增加土壤DOC和DOP含量均呈上升趋势。荧光和紫外光谱参数分析结果表明，随着有机肥用量的增加，土壤DOM中类腐殖酸组分呈上升趋势，类蛋白组分呈先升后降趋势，土壤DOM腐殖化程度呈增加趋势，芳香性下降，土壤腐熟程度呈抛物线型变化，表明过量施用有机肥会增加土壤中大分子有机物含量，降低土壤供肥能力和微生物活性；总体来看，当土壤有机肥用量为16 t/hm2时，土壤DOM中的腐殖质类物质组分含量较多且土壤腐熟度最高，土壤肥力最佳。化肥配施绿肥和有机肥，通常可达到更好的效果。在周国朋等[38]研究中，绿肥配施全量化肥可使黄泥土中DON含量显著提高，原因可能是较高的化肥用量提供了微生物氮源，从而提升了土壤固氮能力；绿肥配施化肥也提高了土壤DOM的分子量和腐殖化程度，这可能是其促进了土壤中高稳定性有机质的进一步活化、降解。在大蒜种植试验中，申军强等[22]研究表明有机倍增(双倍牛粪配施化肥)处理下土壤DOC含量最高，达53.9 g/kg，相对不施肥组增加了29.7%。谢军等[34]通过长期试验研究了不同施肥模式对土壤DOM含量及其结构特征的影响，在0 ~ 20 cm土层，相比单施化肥，化肥配施秸秆和猪粪有机肥处理下土壤DON含量分别增加了72.5% 和27.5%，两种处理下土壤DOC含量的增加幅度也较大，表明长期化肥配施秸秆或有机肥能够显著提高土壤DOM的含量。相比20 ~ 40 cm和40 ~ 60 cm土层，0 ~ 20 cm土层土壤DOM含量对不同施肥模式最为敏感，其主要原因是有机物料的腐熟过程主要发生在耕层，且有机物料的投入增加了根际微生物的活性[32]。从紫外–可见吸收光谱来看，在0 ~ 20 cm表层土壤中，化肥配施秸秆和有机肥均能显著提高土壤DOM的共轭结构和腐殖化程度，增加紫外光谱吸收值(SUVA254，SUVA260和SUVA280)及吸收系数α355，降低吸光度比值(α250/α365)，表明该土层DOM分子的芳香度、疏水性和分子量增加，且不同土层的紫外光谱指数A300/A400值均大于3.5，表明该处理下土壤DOM主要以富里酸为主。
秸秆还田也在一定程度上促进了土壤DOM含量的增加。张常仁等[26]认为这与秸秆周围形成的土壤微生物活动层有关，外源秸秆的输入在增加土壤可利用碳源的同时激发了微生物对氮源的需求，尤其是秸秆际区域。朱利霞[39]认为秸秆施用提高了土壤中碳的周转速率，促进了土壤有机质的更新，同时显著降低土壤氮的潜在气态损失，增加土壤氮含量。Gao等[40]研究发现随着小麦秸秆的分解，土壤DOM组分的分子量降低，而亲水性组分的分子量增加。Dilling和Kaiser[41]研究表明，在凋落物降解后期，土壤DOM组分中芳香族化合物和木质素化合物的组分含量增加。根据王瑞[42]试验结果，施加秸秆的水稻土在培养前期(初始5 d内)，土壤DOC浓度急剧降低至20 mg/kg左右；培养中期(5 ~ 25 d)，DOC浓度在20 ~ 40 mg/kg波动；培养后期(25 d后)，土壤DOC浓度缓慢增加。培养初期，土壤DOC浓度急剧降低的原因可能是微生物活性的恢复，开始大量消耗DOC用于自身生长繁殖，达到峰值后开始小范围波动，后期上升可能是因为秸秆施用后，其在微生物的作用下，分解释放DOM，这其中一部分与类蛋白物质作用并转化为较为稳定的类胡敏酸和富里酸物质[26]。
沼液作为有机肥应用是一种具有潜力的畜禽粪便污水资源化方法。研究表明，猪沼液中含有大量营养物质，可作为肥料施入农田以改善养分吸收和土壤结构，降低施肥成本[43]，同时增加土壤中有机质的含量，特别是DOM[44]。然而过量施用猪沼液也存在着潜在风险[45]，因此施用时需合理控制用量。Yan等[44, 46]的试验表明，猪沼液的施用显著提高了土壤中DOM的含量，腐殖质类物质和蛋白质类物质的含量均有所增加，其中以蛋白质类物质含量的增加最为明显。随着时间的推移，DOM浓度降低，腐殖质占比呈先升后降的趋势，蛋白质类物质比例下降。土壤DOM中分子结构简单、分子量较低的蛋白质类组分被转化为分子结构更复杂、分子量更高的腐殖质类组分，这些腐殖质也可被微生物利用。对比不同C/N沼液的施用效果，C/N为12的沼液对土壤DOC和荧光溶解有机物(FDOM)含量的提高幅度最大，分别为40.9% 和66.3%，而C/N为8.8的沼液对玉米生长、土壤腐殖化、FDOM的生物有效性和蛋白质类组分的转化利用促进作用最强。
综合来看，绿肥和有机肥具有成本低廉、可循环利用、种类丰富等优点，对提高土壤DOM含量和改善土壤肥力具有重要作用，然而目前研究主要聚焦于DOM含量与性质的变化效果，对于微生物-植物-有机肥的耦合作用机制研究较少。此外，分析技术上，基于新兴的质谱技术进行分子水平的机制研究较少。
2.4 新兴土壤改良/修复剂(热解炭、水热炭等)对土壤DOM的影响近年来，生物质炭由于其在土壤改良方面的优异效果引起了广泛关注，根据制备过程可将其分为热解炭和水热炭[47]。研究表明，热解炭可改变土壤中DOM的组成，直接或间接地控制了土壤重金属等污染物的移动性与生物蓄积性，在土壤环境应用中表现了巨大潜力[48]。水热炭可高效炭化湿生生物质，制备过程环保无毒、能耗低，在土壤改良与修复等方面也表现了广阔的应用前景[49]。热解炭和水热炭本身作为外源有机物，尤其是水热炭携带大量的DOM，其施入土壤中可直接改变土壤DOM的含量和组成；另外由于其具有较大的比表面积、丰富的表面官能团、较高的疏水性等，是良好的环境吸附剂，对土壤DOM等各类化合物具有较好的吸附潜能[50]。因此，研究热解炭、水热炭等新型土壤改良剂对土壤DOM的影响，可为其科学施用提供指导。
Zhang等[51]试验结果表明，在相同的施肥条件下，添加热解炭显著提高了土壤DOM的含量，其中DOC的平均浓度从84.0 mg/kg上升到144.3 mg/kg，主要包含类黄腐酸、类腐殖酸和类色氨酸3种成分，这些成分(尤其是类腐殖酸)的荧光强度随着热解炭添加量的增加而增强。热解炭通过将其易矿化和可提取部分炭释放到土壤溶液中，并将天然土壤有机质吸附到其孔隙结构中来改变土壤DOM组成。林颖等[52]与李瑞鑫[20]的试验研究验证了热解炭的长期施入会显著改变农田土壤DOM组分，其总体变化趋势为大分子量腐殖酸类物质不断增加，而小分子量蛋白类物质逐渐减少。刘杰云等[53]研究中也提到，热解炭本身携有的部分DOC及其高pH，导致其施入到不同类型农田土壤后，土壤DOC含量均有4.4% ~ 35.5% 的增幅，但土壤DON含量显著降低，这可能是热解炭消耗掉自身DON后，又将土壤环境中的DON吸附到自身孔隙中，同时土壤微生物在有机碳分解过程中对N的消耗降低了土壤DON含量，这与芮绍云等[54]研究结果一致。Smebye等[55]研究表明，利用热解炭进行土壤改良可促进土壤中DOM的释放，例如在酸性棕壤中施入果壳热解炭后，土壤pH从4.9升高至8.7，土壤DOC浓度增加了15倍，且土壤DOM的组成向芳香度更高的方向发展，这一变化可能是由于热解炭中微孔中发生的尺寸排阻效应所致，较小的脂肪族DOM比分子量较大的芳香族分子更容易吸附到热解炭上，而芳香族分子较大而无法进入微孔，导致土壤DOM的芳香度更高。郑翔宇[56]通过连续5 a热解炭田间施用试验发现，施用初期，25.0、75.0和125.0 t/hm2热解炭添加组土壤DOC浓度较未添加组分别增加2.0%、30.2% 和38.0%，表明低剂量热解炭对土壤DOC含量影响不大，而大剂量热解炭施用可显著提高土壤DOC浓度；连续施用5 a后，各处理DOC浓度接近，热解炭的长期效应主要体现在对土壤DOM荧光组分的影响。根据SUVA254和SR值的变化可以发现，热解炭添加后，相比未添加组土壤DOM中富里酸和类色氨酸的降低速度较慢；而BIX值随时间逐渐降低，DOM自生源贡献降低，说明土壤DOM的生物利用性提高；结合FI值分析表明热解炭处理下的土壤DOM来源以陆生源为主，微生物来源次之；因此，热解炭对土壤改良作用和固碳能力的发挥具有一定的时间效应，但如何合理控制热解炭的施用量，高效发挥热解炭对土壤DOM和农田肥力的调控作用，仍需进一步研究。
水热炭在温室气体减排、水体净化和土壤修复等方面具有很大的应用前景[49]。由于水热炭的低温水热炭化制备过程，与常规热解炭相比，水热炭中常携带更多的DOM，适宜施用量下水热炭中的DOM可发挥对作物生长的积极效应[52]，但水热炭DOM中含有的有机酚类和醛类等物质，在过量施用情况下可能会对土壤微生物活性产生抑制作用[57]。根据Sun等[58]研究结果，与未施用水热炭的对照土壤相比，加入水热炭后土壤有机碳含量增加了1.0% ~ 3.0%，腐殖酸含量上升了13.4% ~ 27.0%，这表明水热炭施用能提高土壤中有机碳和腐殖酸组分的含量。进一步分析表明，土壤DOM中类蛋白质和类碳水化合物的相对丰度从16.3% 和10.9% 分别下降到5.7% ~ 10.8% 和1.8% ~ 3.3%。相比之下，稠合多环芳香族和类木质素组分含量分别从9.6% 和39.6% 增加到14.3% ~ 17.9% 和50.0% ~ 57.4%。这些组分的改变可能是因为水热炭优先吸附芳香度较高、极性较低的土壤有机碳组分，从而增加了土壤DOM的芳香性；另一方面是水热炭的施用改变了土壤微生物群落结构，从而影响了微生物对有机碳的调节作用，并改变了土壤DOM的腐殖化程度。Bargmann等[57]研究了水热炭的施加对于土壤DON含量的影响，结果表明水热炭施入后土壤中DON含量显著下降，进而影响土壤NO3– 的含量，且施用高C/N、高DOC和低矿物氮含量的水热炭时，这一变化趋势尤为明显。实际表现为：在添加水热炭后，NO3–浓度在第一周迅速降低至接近0左右，4周后，NO3–浓度持续升高，在8周后升至初始浓度的82.0%。其原因可能是水热炭施入后激发了微生物活性，导致土壤微生物对氮素的固定降低了土壤氮素有效性和植株对氮素的吸收。值得注意的是，施用过高C/N的水热炭会导致植物缺氮，因此后续水热炭田间应用中也应进一步关注水热炭的C/N等性质。
3 结论与展望土壤DOM正凭借着极高的活跃性和生物有效性为土壤健康和地球生物化学循环等研究提供更好的指示效果。如何更好地运用农艺措施强化对土壤DOM的调控作用，改善土壤健康质量，提升农田养分管理效率，值得研究者进一步深入探讨。
1) 免耕和秸秆覆盖等保护性措施有助于提高土壤DOM含量，进而起到提升土壤肥力、增加作物产量的功效。但需要注意的是，在耕作方式和种植制度对土壤DOM的影响研究中，由于气候和环境条件的差异，有些相同措施在不同的试验中得到的效果可能不同甚至相反，因此，在后续利用农艺措施调控土壤DOM过程中，有必要强化DOM与不同环境条件的交互作用研究并尽量考虑气候、海拔、土壤类型、土壤特性等性质变化进行综合调控。
2) 在施肥措施对土壤DOM影响调控研究中，相比单一化肥，绿肥和有机肥有着低成本和环境友好的显著优势，然而当前研究仍主要聚焦于施肥方式对DOM中养分元素含量的变化，对于不同施肥方式对DOM调控的主要作用机制及微生物-植物-有机肥对DOM的耦合作用机制研究较少。
3) 新兴的土壤改良/修复剂，如热解炭、水热炭等，其对土壤DOM及肥力的影响仍存在两面性，不合理的施用会出现抑制土壤活性，对微生物和植物生长产生毒害作用等情况。如何合理控制新型土壤改良剂的施用比例，最大化发挥其正面作用并消除其不利影响，这些问题仍有待探索。
4) 在分析不同农艺措施对土壤DOM的影响时，也注意到DOM反作用于植物、重金属迁移转运等方面的影响及作用机制方面的研究较为空缺。此外，目前农艺措施对土壤DOM的影响研究仍主要侧重于对其含量和基本性质的影响，其变化机制等深层机理仍有待进一步研究，如何利用傅里叶变换离子回旋共振质谱等新兴技术发展进一步从分子角度探明DOM的变化机制，也逐渐成为下一步的研究焦点。
| [1] |
Al-Reasi H A, Yusuf U, Smith D S, et al. The effect of dissolved organic matter (DOM) on sodium transport and nitrogenous waste excretion of the freshwater cladoceran (Daphnia magna) at circumneutral and low pH[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology, 2013, 158(4): 207-215 (  0) |
| [2] |
Chen W, Westerhoff P, Leenheer J A, et al. Fluorescence excitation-emission matrix regional integration to quantify spectra for dissolved organic matter[J]. Environmental Science & Technology, 2003, 37(24): 5701-5710 ( 0) |
| [3] |
Marschner B, Kalbitz K. Controls of bioavailability and biodegradability of dissolved organic matter in soils[J]. Geoderma, 2003, 113(3/4): 211-235 ( 0) |
| [4] |
溶解性有机质在红壤水稻土碳氮转化中的作用[J]. 生态环境, 2006, 15(6): 1300-1304 DOI:10.3969/j.issn.1674-5906.2006.06.035 ( 0) |
| [5] |
Kalbitz K, Solinger S, Park J H, et al. Controls on the dynamics of dissolved organic matter in soils: A review[J]. Soil Science, 2000, 165(4): 277-304 DOI:10.1097/00010694-200004000-00001 ( 0) |
| [6] |
溶解性有机质对水稻生长及元素吸收的影响[J]. 福建农业大学学报, 2001, 30(1): 87-90 ( 0) |
| [7] |
Gmach M R, Cherubin M R, Kaiser K, et al. Processes that influence dissolved organic matter in the soil: A review[J]. Scientia Agricola, 2020, 77(3): e20180164 DOI:10.1590/1678-992x-2018-0164 ( 0) |
| [8] |
Neff J C, Hooper D U. Vegetation and climate controls on potential CO2, DOC and DON production in northern latitude soils[J]. Global Change Biology, 2002, 8(9): 872-884 DOI:10.1046/j.1365-2486.2002.00517.x ( 0) |
| [9] |
Evans C D, Monteith D T, Cooper D M. Long-term increases in surface water dissolved organic carbon: Observations, possible causes and environmental impacts[J]. Environmental Pollution, 2005, 137(1): 55-71 DOI:10.1016/j.envpol.2004.12.031 ( 0) |
| [10] |
Chantigny M H. Dissolved and water-extractable organic matter in soils: A review on the influence of land use and management practices[J]. Geoderma, 2003, 113(3/4): 357-380 ( 0) |
| [11] |
Xu Z H. On the nature and ecological functions of soil soluble organic nitrogen (SON) in forest ecosystems[J]. Journal of Soils and Sediments, 2006, 6(2): 63-66 DOI:10.1065/jss2006.06.159 ( 0) |
| [12] |
Ros G H, Hoffland E, Temminghoff E J M. Dynamics of dissolved and extractable organic nitrogen upon soil amendment with crop residues[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2010, 42(12): 2094-2101 DOI:10.1016/j.soilbio.2010.08.004 ( 0) |
| [13] |
Biederbeck V O, Janzen H H, Campbell C A, et al. Labile soil organic matter as influenced by cropping practices in an arid environment[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1994, 26(12): 1647-1656 DOI:10.1016/0038-0717(94)90317-4 ( 0) |
| [14] |
土壤可溶性有机氮及其在氮素供应及转化中的作用[J]. 土壤通报, 2005, 36(2): 244-248 DOI:10.3321/j.issn:0564-3945.2005.02.025 ( 0) |
| [15] |
水溶性有机质对土壤硝化作用过程的影响[J]. 生态与农村环境学报, 2006, 22(3): 45-50 DOI:10.3969/j.issn.1673-4831.2006.03.013 ( 0) |
| [16] |
Mavi M S, Marschner P, Chittleborough D J, et al. Salinity and sodicity affect soil respiration and dissolved organic matter dynamics differentially in soils varying in texture[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2012, 45: 8-13 DOI:10.1016/j.soilbio.2011.10.003 ( 0) |
| [17] |
溶解性有机质影响土壤吸附重金属的研究进展[J]. 土壤通报, 2012, 43(3): 761-768 ( 0) |
| [18] |
黑土、潮土和红壤可溶性有机质的光谱特征及结构差异[J]. 土壤, 2021, 53(1): 168-172 ( 0) |
| [19] |
Laurent C, Bravin M N, Crouzet O, et al. Increased soil pH and dissolved organic matter after a decade of organic fertilizer application mitigates copper and zinc availability despite contamination[J]. Science of the Total Environment, 2020, 709: 135927 DOI:10.1016/j.scitotenv.2019.135927 ( 0) |
| [20] |
李瑞鑫. 不同农艺措施对冀北坝上土壤溶解性机质组分特征的影响[D]. 张家口: 河北北方学院, 2019.
( 0) |
| [21] |
Sparling G, Chibnall E, Pronger J, et al. Estimates of annual leaching losses of dissolved organic carbon from pastures on Allophanic Soils grazed by dairy cattle, Waikato, New Zealand[J]. New Zealand Journal of Agricultural Research, 2016, 59(1): 32-49 DOI:10.1080/00288233.2015.1120222 ( 0) |
| [22] |
不同农艺措施对土壤有机质组分和氮素流失风险的影响[J]. 西南农业学报, 2013, 26(4): 1578-1584 DOI:10.3969/j.issn.1001-4829.2013.04.057 ( 0) |
| [23] |
长期保护性耕作对黄土高原旱地土壤肥力质量的影响[J]. 中国生态农业学报, 2010, 18(3): 458-464 ( 0) |
| [24] |
耕作与轮作方式对黑土有机碳和全氮储量的影响[J]. 土壤学报, 2011, 48(4): 788-796 ( 0) |
| [25] |
不同耕作方式下长期秸秆还田对旱作春玉米田土壤碳、氮、水含量及产量的影响[J]. 应用生态学报, 2016, 27(5): 1530-1540 ( 0) |
| [26] |
不同耕作模式对东北黑土微生物群落结构和酶活性的影响[J]. 土壤与作物, 2020, 9(4): 335-347 ( 0) |
| [27] |
耕作扰动对喀斯特土壤可溶性有机质及其组分迁移淋失的影响[J]. 生态学报, 2018, 38(19): 6981-6991 ( 0) |
| [28] |
春玉米覆膜对土壤溶解性有机质光谱特征的影响[J]. 河北北方学院学报(自然科学版), 2020, 36(11): 27-33, 44 DOI:10.3969/j.issn.1673-1492.2020.11.005 ( 0) |
| [29] |
Li M F, Wang J, Guo D, et al. Effect of land management practices on the concentration of dissolved organic matter in soil: A meta-analysis[J]. Geoderma, 2019, 344: 74-81 DOI:10.1016/j.geoderma.2019.03.004 ( 0) |
| [30] |
Hao Y, Lal R, Owens L B, et al. Effect of cropland management and slope position on soil organic carbon pool at the North Appalachian Experimental Watersheds[J]. Soil and Tillage Research, 2002, 68(2): 133-142 DOI:10.1016/S0167-1987(02)00113-7 ( 0) |
| [31] |
黄慧. 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]. 成都: 四川师范大学, 2013.
( 0) |
| [32] |
施肥对不同肥力春玉米田土壤溶解性有机质的影响[J]. 生态环境学报, 2014, 23(8): 1286-1291 DOI:10.3969/j.issn.1674-5906.2014.08.006 ( 0) |
| [33] |
王萍. 长期施肥下灰漠土溶解性有机质的稳定机制研究[D]. 南京: 南京农业大学, 2016.
( 0) |
| [34] |
长期不同施肥对土壤溶解性有机质含量及其结构特征的影响[J]. 光谱学与光谱分析, 2018, 38(7): 2250-2255 ( 0) |
| [35] |
氮肥与有机肥配施对设施土壤可溶性氮动态变化的影响[J]. 中国农业科学, 2015, 48(23): 4717-4727 DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.013 ( 0) |
| [36] |
不同施肥处理下土壤水溶性有机碳含量及其组成特征的研究[J]. 土壤学报, 2003, 40(5): 724-730 DOI:10.3321/j.issn:0564-3929.2003.05.013 ( 0) |
| [37] |
常单娜. 我国主要绿肥种植体系中土壤可溶性有机物特性研究[D]. 北京: 中国农业科学院, 2015.
( 0) |
| [38] |
多年紫云英-双季稻下不同施肥水平对两类水稻土有机质及可溶性有机质的影响[J]. 中国农业科学, 2016, 49(21): 4096-4106 DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.21.004 ( 0) |
| [39] |
朱利霞. 不同调控措施对旱作农田土壤碳氮及微生物学特性的影响[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2018.
( 0) |
| [40] |
Gao J K, Lv J L, Wu H M, et al. Impacts of wheat straw addition on dissolved organic matter characteristics in cadmium-contaminated soils: Insights from fluorescence spectroscopy and environmental implications[J]. Chemosphere, 2018, 193: 1027-1035 DOI:10.1016/j.chemosphere.2017.11.112 ( 0) |
| [41] |
Dilling J, Kaiser K. Estimation of the hydrophobic fraction of dissolved organic matter in water samples using UV photometry[J]. Water Research, 2002, 36(20): 5037-5044 DOI:10.1016/S0043-1354(02)00365-2 ( 0) |
| [42] |
王瑞. 秸秆添加对土壤温室气体排放和溶解性有机碳DOC组分的影响[D]. 武汉: 华中农业大学, 2018.
( 0) |
| [43] |
Bachmann S, Gropp M, Eichler-Löbermann B. Phosphorus availability and soil microbial activity in a 3 year field experiment amended with digested dairy slurry[J]. Biomass and Bioenergy, 2014, 70: 429-439 DOI:10.1016/j.biombioe.2014.08.004 ( 0) |
| [44] |
Yan L L, Liu Q P, Liu C, et al. Effect of swine biogas slurry application on soil dissolved organic matter (DOM) content and fluorescence characteristics[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2019, 184: 109616 DOI:10.1016/j.ecoenv.2019.109616 ( 0) |
| [45] |
Niyungeko C, Liang X Q, Shan S D, et al. Synergistic effects of anionic polyacrylamide and gypsum to control phosphorus losses from biogas slurry applied soils[J]. Chemosphere, 2019, 234: 953-961 DOI:10.1016/j.chemosphere.2019.06.147 ( 0) |
| [46] |
Yan L L, Liu C, Zhang Y D, et al. Effects of C/N ratio variation in swine biogas slurry on soil dissolved organic matter: Content and fluorescence characteristics[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2021, 209: 111804 DOI:10.1016/j.ecoenv.2020.111804 ( 0) |
| [47] |
Paustian K, Lehmann J, Ogle S, et al. Climate-smart soils[J]. Nature, 2016, 532: 49-57 DOI:10.1038/nature17174 ( 0) |
| [48] |
生物质炭对土壤理化性状及氮素转化影响的研究进展[J]. 土壤, 2019, 51(5): 835-842 ( 0) |
| [49] |
Pecchi M, Baratieri M. Coupling anaerobic digestion with gasification, pyrolysis or hydrothermal carbonization: A review[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2019, 105: 462-475 DOI:10.1016/j.rser.2019.02.003 ( 0) |
| [50] |
麦秸水热炭及其改良产物对水稻产量和稻田氨挥发排放的影响[J]. 环境科学, 2021, 42(7): 3451-3457 ( 0) |
| [51] |
Zhang A F, Zhou X, Li M, et al. Impacts of biochar addition on soil dissolved organic matter characteristics in a wheat-maize rotation system in Loess Plateau of China[J]. Chemosphere, 2017, 186: 986-993 DOI:10.1016/j.chemosphere.2017.08.074 ( 0) |
| [52] |
生物炭添加对旱作农田土壤溶解性有机质及其动态影响的定位研究[J]. 水土保持学报, 2018, 32(6): 149-155 ( 0) |
| [53] |
生物质炭对双季稻水稻土微生物生物量碳、氮及可溶性有机碳氮的影响[J]. 环境科学, 2019, 40(8): 3799-3807 ( 0) |
| [54] |
改良剂对旱地红壤微生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮的影响[J]. 水土保持学报, 2017, 31(5): 260-265 ( 0) |
| [55] |
Smebye A, Alling V, Vogt R D, et al. Biochar amendment to soil changes dissolved organic matter content and composition[J]. Chemosphere, 2016, 142: 100-105 DOI:10.1016/j.chemosphere.2015.04.087 ( 0) |
| [56] |
郑翔宇. 施用生物炭对冬小麦生长及土壤水溶性有机碳的影响[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2019.
( 0) |
| [57] |
Bargmann I, Rillig M C, Kruse A, et al. Initial and subsequent effects of hydrochar amendment on germination and nitrogen uptake of spring barley[J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 2014, 177(1): 68-74 DOI:10.1002/jpln.201300160 ( 0) |
| [58] |
Sun K, Han L F, Yang Y, et al. Application of hydrochar altered soil microbial community composition and the molecular structure of native soil organic carbon in a paddy soil[J]. Environmental Science & Technology, 2020, 54(5): 2715-2725 ( 0) |
2. College of Environment, Hohai University, Nanjing 210024, China;
3. College of Biology and the Environment, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China