土壤水溶性有機碳研究概述

何俐蓉

摘 要：水溶性有機碳（WSOC）通常是指用水提取的、可通過0.45μm微孔的、大小和結構不同的水溶性有機物質。WSOC作為土壤中的活性組分，對涵養土壤養分、保持土壤肥力、有效化養分、微生物活性及其他土壤過程都具有重要意義；同時由于WSOC是土壤利用措施的靈敏指標，所以經常會用來反映土壤有機質質量。相關研究主要集中在WSOC的組成、吸附性、對農藥和重金屬的遷移及其研究技術等方面，但仍需進一步完善以下方面：（1）雖然已經出現有關利用碳穩定同位素比探究WSOC來源的研究對于WSOC的來源研究相對較少，但對于其來源研究仍然較為缺乏；（2）由于WSOC在土壤中的周轉期短，難以測定，有關WSOC的周轉特征研究也很少，所以仍需進一步更新完善其研究方法與技術。

關鍵詞：土壤有機質；水溶性有機碳；土壤含水率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.222

1 引言

土壤水溶性有機物（Soil water soluble organic matter，WSOM）包含了所有含碳的有機物是陸地生態系統中一種重要的、極其活躍的化學組分，近些年來備受關注，主要包括水溶性有機碳和有機氮。其中，土壤中水溶性有機碳（water-soluble organic carbon，WSOC）含量不高但卻能為植物和微生物提供生長必需的碳源，通常是指用水提取的、可通過0.45μm微孔的、大小和結構不同的水溶性有機物質。作為土壤中的活性組分，對涵養土壤養分、保持土壤肥力、有效化養分、微生物活性及其他土壤過程都具有重要意義[1]。由于WSOC是土壤利用措施的靈敏指標，所以經常會用來反映土壤有機質質量。相關研究還進一步提出WSOC在土壤總有機碳中的占比可以較好地表征土壤生物活性有機碳庫的周轉狀況[2]。

2 土壤水溶性有機碳

2.1 研究現狀

WSOC由碳水化合物、長鏈脂肪族化合物和蛋白質組成，但當受到環境因子等的影響時候，它的化學結構組成也會發生變化，如采集一個土壤剖面的不同土層、不同季節的土樣，其中的WSOC化學結構組成會有所不同；相比撂荒地土壤，耕作五年后的WSOC化學結構組成仍然相似，但耕作一年WSOC中碳水化合物將為零，同時出現新的烷基碳類有機物。WSOC源于調落物、腐殖質、代謝產物、根系分泌物及有機質水解產物等，受很多的環境因子的影響。相關研究發現，風干土加水后，其中的WSOC含量顯著升高，但關于為什么增加及其增加量的來源仍未被揭示。

有關學者通過對不同類型土壤的研究[3]，揭示了土壤WSOC的主要環境因子為土壤水分。降雨導致WSOC極顯著增加，降雨過后又將恢復到增加前的水平，這可能是因為土壤表面的凋落物中的WSOC，隨著雨水下滲，也可能是因為土壤水分的增加導致土壤微生物活動強烈，進而將土壤中的有機物轉化成WSOC；有關對森林土壤的研究，發現增加淋溶次數、提高溫度，淋洗出的WSOC總量均為顯著增加；倪進治等[4]研究表明，WSOC與植被類型、土壤微生物量相關性高，同時與土壤總有機碳為極顯著相關，與TN、含水率顯著相關，與溫度、pH不顯著。綜上，水分對WSOC產生的影響是由于土壤水分變化會溶解那些土壤表面有機物質，而溫度對WSOC產生的影響可能是由于隨著溫度的升高，WSOM的分子擴散速度越來越快[5]。

2.2 研究技術

隨著對水溶性有機質研究的深入，相關的研究技術也在不斷地更新完善。其中紫外可見光譜分析法、熒光光譜分析方法應用較為廣泛。紫外可見光譜分析法能夠與分子量、分子結構相結合，用于分析不飽和的有機化合物；而熒光光譜分析法具有很多優點，比如：靈敏度高、選擇性高、用樣量較少、重現性好、操作簡便等，故可被運用到研究多種不同來源中可溶性有機質。Kalle K第一次用熒光光譜表征有機質的理化特性，后來熒光技術不斷發展應用，至今的三維熒光光譜分析法是反映熒光強度隨發射與激發波長對的變化特征，三個維度由熒光強度、熒光發射波長和熒光激發波長組成，這種方法無需破壞原樣品結構且能快速獲取詳細全面的光譜學信息。因為所有的熒光物質都具有其特有屬性，也就是三維熒光光譜特征信息，故該光譜法的選擇性較高。三維熒光光譜技術在環境監測領域有著較廣泛的應用，國外較多研究應用三維熒光光譜技術分析水體中溶解有機物及其熒光特性；郭衛東等在2010年運用三維熒光光譜法分析了河口區溶解有機物的熒光特性[6]；呂晶晶等[7]對人工濕地中水溶性有機物三維熒光光譜特性的進行了分析。

3 展望

有關WSOC的研究已很多，這些研究主要集中在WSOC的組成、吸附性、對農藥和重金屬的遷移及其研究技術等方面，但仍需進一步完善以下方面：（1）雖然已經出現有關利用碳穩定同位素比探究WSOC來源的研究對于WSOC的來源研究相對較少，但對于其來源研究仍然較為缺乏；（2）由于WSOC在土壤中的周轉期短，難以測定，有關WSOC的周轉特征研究也很少，所以仍需進一步更新完善其研究方法與技術。

參考文獻：

[1]徐秋芳，姜培坤.不同森林植被下土壤水溶性有機碳研究[J].水土保持學報，2005，18（06）：84-87.

[2]倪進治，徐建民，謝正苗.土壤生物活性有機碳庫及其表征指標的研究[J].植物營養與肥料學報，2001，7（01）：56-63.

[3]張甲珅，陶澍，曹軍.土壤中水溶性有機碳測定中的樣品保存與前處理方法[J].2000，31（04）：174-176.

[4]倪進治，徐建民，謝正苗等.不同施肥處理下土壤水溶性有機碳含量及其組成特征的研究[J].土壤學報，2003，40（05）：724-730.

[5]林濱，陶澍，劉曉航.土壤與沉積物中水溶性有機物釋放動力學研究[J].環境科學學報，1997，17（01）：8-13.

[6]郭衛東，黃建平，洪華生等.河口區溶解有機物三維熒光光譜的平行因子分析及其示蹤特性[J].環境科學，2010，31（06）：1419-1427.

[7]呂晶晶，張列宇，席北斗等.人工濕地中水溶性有機物三維熒光光譜特性的分析[J].光譜學與光譜分析，2015，35（08）：2212-2216.