水分梯度下若爾蓋高寒泥炭地土壤可溶性有機質光譜特征

王姝，秦紀洪，謝冰心，劉琛，陳玉雯，唐翔宇，孫輝*

1.四川大學環境科學與工程系/四川省土壤環境保護工程技術中心，四川 成都 610065；2.成都大學環境工程系，四川 成都 610106；3.中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所，四川 成都 610041

可溶性有機質（Dissolved organic matter，DOM）主要是指能通過0.45 μm濾膜且含有多種官能團的水溶性有機混合體（包含有機酸、碳水化合物、腐殖質、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、根系、降雨、土壤微生物等分解、轉化、淋溶、釋放或分泌等過程（Kaiser et al.，2012）。盡管DOM只占土壤有機質庫極小部分（＜5%），因其無處不在且活性高的特點，成為土壤有機質庫中最為活躍的組分，參與土壤物質吸附-解吸、腐殖化和礦質化、微生物新陳代謝等一系列生物和生物化學過程（Cleveland et al.，2007），從調節土壤結構與功能到土壤碳氮生物地化循環過程，DOM 作為參與者或媒介都起到重要作用（Solomon et al.，2015）。有色溶解性有機物（Chromophoric dissolved organic matter，CDOM）是溶解性有機質（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行特征分析，可用于揭示DOM組分、來源及動態過程。

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生的次生環境效應，導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環境變化，從而引起土壤有機碳活性及動態、土壤微生物活性及群落結構、土壤酶活性、土壤有機碳源匯轉換等一系列變化（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碳的影響可能高于溫度。

在積水或季節性積水狀態下泥炭地有機物生產和貯存遠大于分解（牟春華等，1992），泥炭地淺表層的有機物質在厭氧還原狀態下轉化形成大量的不穩定有機碳，使得泥炭地不但總碳含量極高，而且DOM含量也遠高于一般土壤。土壤DOM因淋溶、壤中流和地表徑流等進入水體，也成為陸地生態系統向水生（海洋）生態系統之間碳轉移的物質基礎，從而將陸地與水體生態系統聯系起來（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具有以特殊高寒環境為生境的多種典型高寒生態系統，對全球氣候變化敏感可能直接導致區域土壤性質發生劇烈改變，形成巨大的水分和土壤碳循環變化效應（Jorgenson et al.，2001）。地表水體中DOM升高影響到水體的環境、水文、水生群落和生態系統結構與功能（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，其對黃河黑河白河等支流對黃河補水量超過黃河流量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質含量及結構特征的影響，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質為對象，通過研究干旱化背景下泥炭地土壤DOM形態和動態的變化，為研究若爾蓋泥炭地土壤對干旱化的影響響應和對水體DOM的輸出響應提供理論依據。

1 研究區域和研究方法

1.1 研究區域概況

研究區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（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。為季節性凍融土壤，每年9月中下旬土壤開始凍結，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，土壤水分異質性極強，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，結構穩定性較好，但系統自我恢復能力較弱。以高山草甸和高寒沼澤草甸植被類型為主，優勢種包括木里苔草（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質高寒牧場。

1.2 樣品采集與預處理

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—漫崗毗鄰區域，沿著水分環境由常年淹水—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域）、泥炭丘（PH，泥炭濕地常年露出水面但是水分比較穩定的丘狀突起）、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置長20 m樣帶，每個水分梯度的采樣帶設置3個重復，在每個重復樣帶上每隔1 m均勻布點采樣，將每個采樣點土樣等量混合，采樣時先除去草氈層，每個采樣點進行土壤表層（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）進行測定。測定條件為：150 W氙燈為激發光源，PMT電壓設為700 V，配以1 cm石英比色皿；掃描光譜進行儀器自動校正；掃描波長范圍為激發波長（Excitation wavelength，Ex）為 240—550 nm，發射波長（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，系統自動校正拉曼散射和瑞利散射，熒光強度大小以單位 R.U.（Roman Unit）標注。土壤樣品總氮（TN）和總有機碳（TOC）采用Elementar元素分析儀（Vario MACRO cube）測定；溶解性有機碳（DOC）和溶解性有機氮（DON）采用總有機碳總氮分析儀（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 數據處理

土壤DOM熒光參數：對于土壤DOM紫外-可見吸收光譜熒光光譜特征參數，一般采用非線性回歸方法計算的熒光吸收系數a(λ)以355 nm處吸收系數a(355) (m-1)表示土壤有色有色溶解性有機質（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一般采用熒光強度 Fn(355)表示土壤熒光溶解性有機質（FDOM）的相對濃度，熒光指數（Fluorescence index，FI）、腐殖化指數（Humification index，HIX）、自生源指標（Index of recent autochthonous contribution，BIX）、新鮮度指數（β∶α）（劉堰楊等，2018），相關光譜特征參數的計算方法及公式參數見表1。

三維熒光平行因子分析（EEM-PARAFAC）：采用Matlab 2014a調用DomFluor工具箱，將所有土壤DOM熒光矩陣組合，構成一個新的三維矩陣組，進行平行因子處理。整個分析過程包括數據處理（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果及激發、發射光譜的誤差平方和曲線，初步確定組分數范圍，確定組分數并進行裂半分析與有效性檢驗。

熒光區域積分（Fluorescence Regional Integration，FRI）：土壤DOM三維熒光光譜特征一般將激發波長、發射波長所形成的二維熒光區域劃分為5個特征峰區域（Chen et al.，2003），代表5種不同類型的有機物，分別是Peak I（芳香蛋白類物質）、Peak II（芳香蛋白類物質）、Peak III（富里酸類物質）、Peak IV（微生物代謝的水溶性產物），以及Peak V（腐殖酸類物質）。這5個熒光譜峰的激發波長、發射波長范圍見表 2，利用 Origin 9.0軟件積分計算對熒光峰區域進行三維積分，計算土壤DOM特定熒光區域體積（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 光譜特征參數基本信息Table 1 Basic information of spectral characteristic parameters

其中，

式中，φT為土壤DOM積分區域總體積，φi為土壤 DOM 特定熒光區域體積，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波長范圍和發射波長范圍（表 2），計算土壤DOM熒光特征組分的光譜強度。計算出特定區域積分體積，即具有相似性質有機物的累積熒光強度，從而反映了這一區域的特定結構有機物的相對含量。

2 結果與分析

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，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弱酸性，且pH值隨著水分減小而呈現出升高趨勢。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）和水溶性有機碳（DOC）均隨著干旱化程度加深呈現出遞減的趨勢。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碳含量顯著降低，降低程度為55.36%；水溶性有機碳含量顯著降低，降低程度為28.77%。

表2 水溶性有機質（DOM）三維熒光光譜中5個常見熒光峰區域特征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

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變化見表 4。一般認為吸收系數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來源組成和結構變化，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中疏水性有機質組分含量（Jaffrain et al.，2007；Weishaar et al.，2003）。SUVA254越高，說明有機質的芳香性程度越高，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

在不同水分狀況下若爾蓋高寒泥炭地土壤DOM熒光特征參數見表5。一般認為Ex=355 nm、Em=450 nm處的熒光強度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Table 5 Selected fluorescence characteristic parameters of soil DOM in Zoige alpine peatland

熒光指數（Fluorescence index，FI）反映了芳香與非芳香氨基酸對 DOM 熒光強度的相對貢獻率，作為衡量 DOM 來源及降解程度的指標（Mladenov et al.，2007）。FI小于1.4時DOM被認為主要為外源輸入（有機物質轉化等），FI大于1.9時DOM被認為主要為微生物分解所產生（具顯著自生源特征，微生物及其對有機物分解產物）。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FI介于1.33—1.44之間，這顯示土壤DOM來源兼具內外源特征，隨著水分含量的升高熒光指數逐漸增大，有逐漸從土壤外源轉為自生源的趨勢，土壤芳香性減弱，腐殖化程度減小。

腐殖化指數（Humification index，HIX）是評價FDOM腐殖化程度的重要指標，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數據顯示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，由于淹水導致泥炭地的土壤形成厭氧環境，使微生物的活性減弱，從而使濕地土壤的腐殖化程度減弱。

自生源指標（Index of recent autochthonous contribution，BIX）作為 DOM 溯源的一個指標，可以表征DOM的自生源特征，同時也可體現DOM的生物可利用性（Birdwell et al.，2010）。BIX指數為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，具有較強自生源特征；BIX＞1.0時，則表現出強烈的自生源特征，由微生物活動對DOM 組分影響顯著。總體來看，若爾蓋地區泥炭地6種類型土壤的土壤DOM自生源指標介于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（DOM更多來源于微生物代謝和轉化，顯示微生物活性較高），這與熒光指數（FI）和腐殖化系數（HIX）結果相一致。

新鮮度指數（β∶α）反映新產生 CDOM 在總CDOM中的比例（Huguet et al.，2009）。其中，β代表新近產生 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。由表中數據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據，結果顯示泥炭地土壤樣品中的DOM熒光特征呈現3個熒光組分。

其中，第一類物質（Fraction I，Ex=256/Em=420，圖2a）具有一個激發峰和發射峰，位于傳統的A峰（250—260 nm/380—480 nm）區域，被認為是主要由有機質產生的、分子量較低而熒光特性強的類腐殖質組成（Carstea et al.，2016）。第二類物質（Fraction II，Ex=270(240—275)/Em=490(434—520)，圖2b）具有一個激發峰和兩個發射峰，被認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，被認為主要來自植物（Carstea et al.，2016）。第三類物質（Fraction III，Ex=283(＜300)/Em=330(300—350)，圖2c）具有一個激發峰和發射峰，主要體現的是類色氨酸類蛋白物質。該類物質是熒光特征類似于游離色氨酸，被認為是土壤內源的微生物活動和轉化過程產生的類蛋白物質（Shutova et al.，2014；劉堰楊等，2018）。

結果如圖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）載荷最高，第一組分（微生物活動和轉化過程中蛋白物質類）最低，第二組分（分子量較高的富里酸類腐殖質）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的第三類物質隨著土壤水分的增多而減少，顯示著土壤的小分子腐殖質隨著土壤水分的增多而減少，這和土壤DOM的熒光特征參數結果一致。

2.4 高寒泥炭地土壤 DOM 三維熒光區域積分（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進行三維熒光區域積分，結果如圖3所示。DOM熒光強度（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，即富里酸類有機質和腐殖酸類有機質在DOM中比例最高，蛋白質類物質含量最低。這和土壤三維熒光-平行因子分析（EEM-PARAFAC）結果是一致的。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，說明腐殖酸類物質是漫崗草甸土壤DOM的主要物質；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中富里酸類有機質和腐殖酸類有機質比例最高。

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

3 討論

在土壤有機碳轉化過程中，不論是腐殖化還是礦質化，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物，也是微生物進行腐殖化和礦質化作用的底物，從而將土壤有機質的腐殖化、礦質化和土壤生物成分聯系在一起（Solomon et al.，2015）。從本研究結果可知隨著泥炭地水分減少，泥炭有機質環境從還原狀態轉變為氧化狀態，土壤微生物狀況和通氣狀況發生急劇變換，加劇泥炭有機質氧化分解，導致泥炭土壤有機碳（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 的穩定性隨著水分增加而減弱，可能是由于濕地土壤中有機質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境，一般厭氧環境會抑制土壤微生物活性，致使有機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的穩定性。從熒光光譜特征參數來看，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明顯高于其他土壤樣品，可能是由于泥炭丘因為穩定適宜的水分條件，最適合土壤有機質腐殖化過程，其DOM的腐殖化程度最高表明了穩定性也最高，微生物可利用性高?？傮w上，與Ohno et al.（2007）的研究結果：FI值與DOM芳香性成負相關關系，FI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碳庫，沼澤植物同化產物以泥炭形式積存下來，暫時退出生物地化循環成為碳的一個特殊的匯（Freeman et al.，2001）。很多研究認為全球泥炭地作為重要碳匯及源匯轉換，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，對氣候變化的響應可能更為敏感（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%的有機碳（Ma et al.，2016），人為活動和環境變化導致的干旱化趨勢是現代以來持續存在的（王根緒等，2007）。大量研究顯示，濕地在積水或季節性積水形成的厭氧狀態、貧營養、低溫等環境條件下，使泥炭和有機質礦化受到極大抑制，是泥炭累積和分解動態關鍵的環境調節因子（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有機質分解礦化，從而不可避免影響到泥炭地有機碳的穩定性，而且大量研究已經顯示濕地干旱化和水位下降，導致泥炭中有機碳分解加速（Fenner et al.，2011），向地表水體中輸出的水溶性有機碳通量也急劇增加（Ritson et al.，2017）。本文研究結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，土壤有機碳及土壤 DOC含量都極其顯著下降。結合國內外的相關研究以及我們在水分梯度下對TOC和DOC的測定結果來看，若爾蓋濕地干旱化將難以避免地引起泥炭地有機碳的大規模排放，高寒泥炭地中存儲的碳由匯轉變為源釋放到大氣中，從而加劇溫室效應。

同時，DOM 也是有機碳從陸地生態系統向水生生態系統遷移的主要形式。土壤DOM直接影響著江河湖等地表水體的生物群落結構、功能特征和生物地球化學過程（Solomon et al.，2015）；土壤DOM 也具有重要的環境意義，通過與環境污染物質的相互作用影響到污染物的運移、傳輸、轉化和降解等過程，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，河網密集，是中國長江、黃河上游最重要積水區域，包括黃河上游主要支流黑河、白河等大小河流約430條，年均補給占黃河上游水量30%—40%。若爾蓋濕地土壤DOM的動態變化及其向地表水體輸入 DOM，已經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），可能對下游水體產生顯著的環境效應。關于若爾蓋濕地土壤與水體之間的DOM 交換通量及流域生態效應及水環境安全的影響，還需要進一步開展系統的定量研究。

4 結論

（1）若爾蓋泥炭地土壤總有機碳和水溶性有機碳含量，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穩定性降低，微生物可利用性降低。

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

（4）高原泥炭地土壤DOM中富里酸類有機質和腐殖酸類有機質占比最高，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。