基于EEM-PARAFAC分析冻融作用对高寒泥炭湿地土壤溶解性有机质的影响

摘要

【目的】全球气候变暖加速了土壤冻融格局的改变,而冻融作用又对土壤溶解性有机质(DOM)产生深刻的影响。【方法】以高寒泥炭湿地土壤为研究对象,采用室内模拟冻融的方式开展了两种冻融条件下(日冻融:−3℃/5℃,12 h/12 h,30次;深度冻融:−24℃/5℃,20 d/10 d,1次)的试验研究,基于紫外−可见吸收光谱(UV-vis)和三维荧光光谱结合平行因子(EEM-PARAFAC)分析探究土壤DOM数量和质量的变化。【结果】(1)经过30 d培养后,两种冻融处理均显著提高了高寒泥炭湿地土壤溶解性有机碳(DOC)的含量,日冻融和深度冻融条件下土壤样品的DOC含量分别为183.26和187.06 mg/kg,相比于对照组分别增加了18.80%和21.26%(P<0.05)。(2)不同冻融条件下的土壤DOM的紫外−可见吸收曲线线型差异较小,无明显特征吸收峰,且显示出吸光度随波长呈指数衰减的趋势,但经冻融处理的样品出现了明显的红移现象。(3)两种冻融处理均使得土壤DOM的腐殖化指数(HIX)值(从4.42增加至11.73和17.10)、254 nm处的单位比色皿光程下的紫外吸收值(SUVA_(254))(从1.35 mg/(L·cm)增加至1.37和1.40 mg/(L·cm))以及A_(253)/A_(203)值(0.38增加至0.40和0.43)增大,波长275~295 nm处光谱斜率系数减小(从13.34μm^(−1)减小至13.23和12.91μm^(−1))。(4)EEM-PARAFAC鉴别出的荧光组分有类富里酸物质、类腐殖酸物质、溶解性微生物代谢产物和类蛋白物质,冻融改变了土壤DOM的组成以及各组分的贡献率。对照组土壤DOM组分C1、C2和C3的贡献率分别为37%、32%和31%;日冻融条件下,组分C1、C2和C3的贡献率分别为41%、34%和25%;深度冻融条件下,组分C1、C2和C3的贡献率分别为44%、35%和21%。【结论】冻融改变了土壤DOM的数量和质量,表现为DOC含量的增加和腐殖化程度的提高。