全 文 ：植物生态学报 2014, 38 (11): 1174–1183 doi: 10.3724/SP.J.1258.2014.00113
Chinese Journal of Plant Ecology http://www.plant-ecology.com
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收稿日期Received: 2014-04-30 接受日期Accepted: 2014-09-07
* 通讯作者Author for correspondence (E-mail: yt.si@fjnu.edu.cn)
植被恢复对侵蚀红壤可溶性有机质含量及光谱学
特征的影响
刘 翥 杨玉盛 司友涛* 康根丽 郑怀舟
福建师范大学地理科学学院, 湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地, 福州 350007
摘 要 为了解植被恢复对侵蚀红壤可溶性有机质含量及结构特征的影响, 以福建省长汀县河田镇植被恢复后的侵蚀红壤
及对照裸地为研究对象, 对两试验地0–60 cm深土壤中可溶性有机质的含量及光谱学特征进行了比较研究。结果表明: 侵蚀红
壤植被恢复后, 土壤可溶性有机碳含量显著提高, 在土表到60 cm深度的6个10 cm土层中, 植被恢复土壤可溶性有机碳含量
分别提高为对照裸地相应土层的5.6、4.7、4.6、3.1、2.4及2.2倍。可溶性有机氮含量在两试验地之间的差异在各土层中不一
致。植被恢复各土层侵蚀红壤可溶性有机质的芳香化指数显著高于对照裸地, 荧光发射光谱腐殖化指数略高于对照裸地, 植
被恢复后的侵蚀红壤与对照裸地间荧光同步光谱腐殖化指数无明显差异。荧光同步光谱图中, 两试验地侵蚀红壤可溶性有机
质的吸收主要为类蛋白质及芳香性脂肪族荧光基团的吸收。傅里叶红外光谱结果显示, 与对照裸地相比, 植被恢复后的侵蚀
红壤土壤可溶性有机质中官能团种类更多, 且含有更多芳香碳及羧基碳。两试验地土壤可溶性有机质均表现为芳香化及腐殖
化程度随土层的加深而降低。相关性分析显示, 土壤可溶性有机质的芳香化及腐殖化指数与土壤碳氮总量有极显著正相关关
系。总之, 侵蚀红壤经植被恢复后, 土壤可溶性有机碳含量及可溶性有机质的芳香化指数显著提高, 可溶性有机质的腐殖化
指数略有增大, 可溶性有机质结构更复杂, 更不易被分解, 因此有利于土壤肥力的恢复。
关键词 可溶性有机碳, 可溶性有机氮, 红壤, 光谱学特征, 植被恢复
Effects of vegetation restoration on content and spectroscopic characteristics of dissolved or-
ganic matter in eroded red soil
LIU Zhu, YANG Yu-Sheng, SI You-Tao*, KANG Gen-Li, and ZHENG Huai-Zhou
State Key Laboratory Breeding Base of Humid Subtropical Mountain Ecology, School of Geographic Sciences, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China
Abstract
Aims Dissolved organic matter (DOM) plays an important role in soil nutrient cycling. The chemical stability,
capability of absorption on mineral soil surface and availability to microbes of DOM could be influenced by its
composition and chemical structure. The objective of this study was to investigate the effects of vegetation resto-
ration on content and spectroscopic characteristics of DOM in eroded red soil.
Methods The study site is located in Changting, Fujian Province, in subtropical China. Soil samples in the depth
of 0–60 cm from eroded red soil (ERS) and vegetation restoration (VR) sites were collected in July, 2013. Dis-
solved organic carbon (DOC) and dissolved organic nitrogen (DON) contents were determined and the spectro-
scopic characteristics of soil DOM were measured by means of ultraviolet (UV) absorbance, fluorescence (in
emission and synchronous modes) and fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopic techniques.
Important findings The content of soil DOC in VR was significantly higher than in ERS. For soil layers from 0
to 60 cm at a 10 cm interval, content of DOC in VR was 5.6, 4.7, 4.6, 3.1, 2.4 and 2.2 times of that in ERS, re-
spectively. The difference in DON content between VR and ERS varied inconsistently across soil layers. In all
soil layers, the Special Ultraviolet-Visible Absorption (SUVA) of DOM from VR was significantly higher than
that from ERS; HIXem (Humification Index, emission mode) of DOM from VR was slightly higher than that from
ERS; while there was no apparent difference in HIXsyn (Humification Index, synchronous mode) of DOM between
the two sites. In the synchronous fluorescence spectra of DOM, the main emission peaks arose from protein-like
and aromatic-aliphatic fluorophores. FTIR spectra showed that there were more functional groups in DOM from
VR, with higher absorption proportion of aromatic rings and carboxylates. The aromaticity and humification index
of soil DOM decreased with increasing soil depth at both sites, which were positively related to total soil organic
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carbon and nitrogen. In conclusion, vegetation restoration significantly increased the content of soil DOC and the
aromaticity index of DOM, and slightly increased the humification index of soil DOM, rendering soil DOM to be
more complex and less susceptible to degradation in favor of soil fertility recovery.
Key words dissolved organic carbon, dissolved organic nitrogen, red soil, spectroscopic characteristics, vegeta-
tion restoration

中国南方亚热带地区光照充足、水热资源丰富,
该地区的红壤常具有较高的生产力。然而, 红壤区
生态系统也具有潜在的脆弱性, 近年来, 随着经济
的发展和人为干扰的加剧, 该地区植被遭到破坏,
水土流失现象日趋严重, 给生态系统的结构和功能
造成了极大的损害(谢锦升等, 2004; 周国模和姜培
坤, 2005)。在侵蚀红壤区进行植被恢复是一种有效
的生态修复措施。植被的恢复能够增加地表覆盖和
生态系统生物量, 并能改变微环境条件(如光、热
等), 促进土壤有机质的累积(巩杰等, 2004)。大量研
究表明, 侵蚀红壤植被恢复后, 由于植物凋落物及
根系分泌物等增加, 土壤有机质含量明显提高(谢
锦升等, 2002a; 周国模和姜培坤, 2005; 陆树华等,
2006; 何圣嘉等, 2013)。土壤有机质的增加能够改
善土壤肥力 , 促进植物群落的更替 (黄明斌等 ,
2003), 此外, 在全球气候变化的背景下, 土壤有机
碳的积累过程对碳汇的增加亦有重要意义(谢锦升
等, 2007)。
作为土壤有机质中的活性组分, 可溶性有机质
(DOM)虽然只占有机质的一小部分, 但它能敏感地
反映土壤有机质的变化, 又直接参与土壤生物化学
转化过程, 同时也是土壤微生物的活性能源和土壤
养分的驱动力, 因此, 它是评价土壤肥力的一个重
要指标(周国模和姜培坤, 2005)。研究表明, 在土壤
有机质积累的早期阶段, 主要是活性组分的积累
(Freibauer et al., 2004), 因此, 对DOM的研究有助
于科学评价初步植被恢复对土壤肥力的影响。
DOM操作上的定义为能通过0.45 μm滤膜、具
有不同结构和分子量大小的有机物混合体, 主要包
括可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)等
(Kalbitz et al., 2000)。DOM的组成及结构影响其化
学稳定性、生物可利用性及其在土壤中的吸附特征,
例如, 芳香化和腐殖化指数高的DOM更稳定, 生物
可利用性低、容易被吸附, 更有利于土壤有机质的
积累(Kaiser et al., 1997; Bu et al., 2011; 李婷等,
2011)。然而DOM结构复杂, 传统分析方法在其结构
分析上存在一定的局限性, 如亲疏水性分组法得到
的两类物质之间并没有明确的界限, 每类物质均包
含复杂的混合物。相比之下, 光谱学方法具有一定
的优势, 如紫外可见光谱分析不破坏样品, 且操作
简单, 能为我们提供DOM样品芳香化程度的信息
(钱伟等, 2007); 荧光光谱分析是一种高效且信息丰
富的分析手段, 可以反映DOM中荧光基团的组成
及样品的腐殖化程度(Zsolnay et al., 1999); 红外光
谱法能反映DOM中化合物的官能团组成及比例信
息 , 且操作简便快速 , 结果准确可靠(黄泽春等 ,
2002)。因此, 光谱学研究方法的引入有助于我们了
解DOM的芳香化、腐殖化程度及官能团组成等结构
方面的信息。
福建省长汀县河田镇是我国南方花岗岩红壤区
最典型的一个水土流失地区, 20世纪80年代起采取
措施治理后, 水土流失得到初步控制, 严重退化的
生态系统得到一定程度的恢复(谢锦升等, 2002a)。已
有学者对该地区植被恢复后营养元素通量、土壤性
质、水源涵养功能等的变化进行过报道(谢锦升等,
2002a, 2002b, 2005)。本文就严重侵蚀红壤植被恢复
后土壤可溶性有机质含量和光谱学特征的变化进行
了研究, 以期为生态恢复与重建工作提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 试验区概况
试验地位于福建省长汀县河田镇 (25.55°–
25.80° N, 116.30°–116.52° E), 海拔300–500 m, 属
中亚热带季风气候区, 平均无霜期260天, 该地区年
平均气温17.5–19.2 ℃, 7月份极端最高气温39.8 , ℃
地表极端最高温度达76.6 , ℃ 年降水量1 700 mm,
年蒸发量1 403 mm, 其中4–6月份的降水量占全年
的52.2%, 且降水强度大。土壤为粗晶花岗岩风化发
育的山地丘陵红壤, 含砂量大(>1 mm石砾占45%左
右), 风化层深厚, 地带性植被(常绿阔叶林)破坏殆
尽, 该镇水土流失面积为13 586.8 hm2, 约占全镇土
地面积的46.7% (2003年土壤侵蚀遥感资料)(谢锦升
等, 2007)。
植被恢复试验地(VR)原有部分生长不良的马
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尾松(Pinus massoniana)幼苗, 1984年进行治理时, 1
hm2施基肥225–300 kg, 穴状整地补植部分马尾松,
并套种豆科灌木胡枝子(Lespedeza bicolor), 而后进
行封禁, 让其植被自然恢复。采样时植被有一定程度
的恢复, 林下植被多为胡枝子和芒萁(Dicranopteris
dichotoma), 有少量苔藓, 地表多石砾, 土层较薄。
以未治理的严重侵蚀地(ERS)为对照, 对照地
土壤侵蚀严重, 浅沟发育, 地表植物以马尾松小老
头树和少量野古草(Arundinella anomala)和芒萁为
主, 草本植物盖度0.1左右, 立地条件极差(谢锦升
等, 2002b)。
两试验地不同土层土壤基本性质见表1。
1.2 研究方法
1.2.1 样品采集
2013年7月进行采样, 在每个试验地内布设3个
20 m × 20 m的样地, 在每块样地按S型布设5个土壤
剖面取样点, 按0–10 cm、10–20 cm、20–30 cm、
30–40 cm、40–50 cm、50–60 cm分层进行取样, 样
品带回室内, 去除石砾、碎屑以及植物根系, 每块样
地中5个取样点相同层次土样混合成一个样品, 取
一部分用于测定含水率, 其余过2 mm土壤筛, 用于
提取DOM。取部分过筛的土壤风干并研磨, 过0.149
mm筛用于测定土壤有机碳及全氮。
1.2.2 土壤碳氮及pH值的测定
土壤总有机碳及全氮使用碳氮分析仪(Vario
MAX, Elementar, Munchen, Germany)测定, pH值使
用pH计(STARTER 300, OHAUS, 上海)测定。
1.2.3 DOM的提取
样品DOM采用水浸提法(Wu et al., 2010), 取15
g鲜土于离心管中, 加入去离子水30 mL, 振荡30
min后, 离心10 min (4 000 r·min–1), 用0.45 μm滤膜
过滤, 滤液中有机物即为DOM。
1.2.4 DOC、DON含量的测定
采用有机碳分析仪 (TOC-VCPH, Shimadzu,
Kyoto, Japan)测定滤液中的DOC含量; 采用连续流
动分析仪 (San++, Skalar, Breda, Netherlands)测定
DON含量。
1.2.5 光谱分析
使用紫外可见分光光度计(UV-2450, Shimadzu,
Kyoto, Japan)测定紫外可见吸光值, 待测液在波长
254 nm处的紫外吸收值(SUVA)可用于计算芳香性
指数(AI), 计算方法为: (UV254/DOC) × 100 (Corv-
asce et al., 2006; Akagi et al., 2007)。
荧光光谱使用日立F7000仪器(F7000, Hitachi,
Tokyo, Japan)进行测定, 激发和发射光栅狭缝宽度
都为10 nm, 扫描速度1 200 nm·min–1, 激发波长254
nm, 荧光发射光谱波长范围300–480 nm, 荧光同步
光谱波长范围250–500 nm。荧光发射光谱中Σ435–
480 nm区域与Σ300–345 nm区域的峰面积比值被称
为荧光发射光谱腐殖化指数(HIXem), 荧光同步光谱
波长460 nm与345 nm处荧光强度的比值被称为荧
光同步光谱腐殖化指数(HIXsyn)(Kalbitz et al., 1999;
Zsolnay et al., 1999)。为了提高灵敏度, 荧光光谱测
定前用2 mol·L–1盐酸将所有待测溶液的pH值调为2
(Akagi et al., 2007)。
用 FTIR光谱仪 (Nicolet Magna FTIR 550,
Thermo, Waltham, USA)测定红外光谱, 将1 mg冷冻
干燥的样品与400 mg干燥的KBr (光谱纯)磨细混匀,
在10 t·cm–2压强下压成薄片并维持1 min, 测定并记
录其光谱; 波谱扫描范围为4 000–400 cm–1。
1.2.6 数据处理与分析
数据分析在SPSS 17.0中进行, 采用t检验法比
较不同样地间土壤DOM含量和光谱学特征值的差
异, 采用Pearson相关系数分析土壤DOM光谱学特

表1 两试验地土壤性质
Table 1 Soil properties at the two study sites
pH 总有机碳 TOC (g·kg–1) 总氮 TN (g·kg–1) 碳氮比 C:N 土层
Soil layer (cm) 植被恢复
VR
侵蚀红壤
ERS
植被恢复
VR
侵蚀红壤
ERS
植被恢复
VR
侵蚀红壤
ERS
植被恢复
VR
侵蚀红壤
ERS
0–10 5.33 5.28 10.89 5.84 0.88 0.45 12.40 12.90
10–20 5.40 5.81 6.05 5.17 0.53 0.43 11.32 12.12
20–30 5.45 6.01 5.50 4.20 0.51 0.34 10.78 12.71
30–40 5.71 5.95 5.33 2.64 0.50 0.29 10.57 9.02
40–50 5.95 5.93 4.17 2.51 0.43 0.30 9.93 8.27
50–60 5.88 5.91 2.70 2.44 0.40 0.30 6.81 8.18
ERS, eroded red soil; TN, total nitrogen; TOC, total organic carbon; VR, vegetation restoration.
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征值与土壤碳氮总量及pH值之间的相关性。显著性
水平设定为α = 0.05, 相关图表制作在Excel中完成,
文中实验数据是3个重复的平均值。
2 结果和分析
2.1 两试验地不同土层DOM含量的比较
从图1中可以看出, 植被恢复后各土层DOC含
量均显著高于对照(p < 0.05), VR由上至下6个土层
的DOC含量分别是ERS的5.6、4.7、4.6、3.1、2.4及
2.2倍。ERS的0–60 cm土壤DOC平均含量仅为6.9
mg·kg–1, 而植被恢复后平均值达到了27.7 mg·kg–1,
提高了约300%。随着土层的加深, VR土壤DOC含量
呈逐渐下降趋势, 而ERS的变化则不明显。
两试验地土壤DON含量的差异与DOC呈现的
趋势不同。两试验地土壤DON含量均为0–10 cm最
高, 但随土层的加深, 变化无规律。10–20 cm土层中,
VR土壤DON含量显著高于ERS (p < 0.05), 其余土层
两试验地土壤DON含量间均无显著差异(p > 0.05)。
2.2 两试验地不同土层DOM紫外光谱特征的比较
VR各土层DOM紫外吸收值均显著高于ERS
(p < 0.05)。从0–10到50–60 cm土层, VR土壤DOM紫
外吸收值分别比ERS高212%、179%、175%、263%、
257%及429%。随着土层的加深 , 两试验地土壤
DOM紫外吸收值均呈现下降趋势(表2)。
2.3 两试验地不同土层DOM荧光光谱特征的比较
图2为两试验地土壤DOM的荧光发射光谱图。
由于各土层所得到的峰型类似并呈现逐渐变化的趋
势 ,为了简洁和便于比较 , 图中仅画出了0–10及
50–60 cm两个土层DOM的荧光发射光谱图(图3同)。
从图2中可以看出, 在同一土层中, VR波峰所对应



图1 两试验地土壤可溶性有机碳、氮的含量(平均值±标准偏差)。不同字母表示同一土层不同试验地间有显著差异(p < 0.05)。
Fig. 1 Contents of dissolved soil organic carbon and dissolved organic nitrogen at the two study sites (mean ± SD). Different letters
indicate significant differences between the two sites for the same soil layer (p < 0.05).


表2 两试验地土壤可溶性有机质光谱学特征值(平均值±标准偏差)
Table 2 Spectroscopic characteristics of dissolved soil organic matter from the two study sites (mean ± SD)
紫外吸收值 SUVA 荧光发射腐殖化指数 HIXem 荧光同步腐殖化指数 HIXsyn 土层
Soil layer (cm) 植被恢复 VR 侵蚀红壤 ERS 植被恢复 VR 侵蚀红壤 ERS 植被恢复 VR 侵蚀红壤 ERS
0–10 1.31 ± 0.12a 0.42 ± 0.02b 0.80 ± 0.06a 0.73 ± 0.10a 0.22 ± 0.02a 0.20 ± 0.01a
10–20 1.09 ± 0.40a 0.39 ± 0.03b 0.62 ± 0.03a 0.58 ± 0.24a 0.19 ± 0.03a 0.18 ± 0.02a
20–30 0.99 ± 0.51a 0.36 ± 0.06b 0.60 ± 0.14a 0.53 ± 0.05a 0.18 ± 0.01a 0.18 ± 0.02a
30–40 0.87 ± 0.26a 0.24 ± 0.07b 0.56 ± 0.04a 0.53 ± 0.11a 0.18 ± 0.03a 0.18 ± 0.01a
40–50 0.75 ± 0.13a 0.21 ± 0.06b 0.52 ± 0.14a 0.44 ± 0.04a 0.18 ± 0.02a 0.17 ± 0.01a
50–60 0.74 ± 0.23a 0.14 ± 0.05b 0.43 ± 0.05a 0.40 ± 0.09a 0.14 ± 0.01a 0.16 ± 0.02a
同行不同字母表示同一指标两试验地间差异显著(p < 0.05)。
ERS, eroded red soil; HIXem, humification index, emission mode; HIXsyn humification index, synchronous mode; SUVA, special ultraviolet-visible
absorption; VR, vegetation restoration. Different letters in the same row indicate significant differences between the two sites (p < 0.05).
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图2 两试验地土壤可溶性有机质荧光发射光谱图。ERS, 侵蚀红壤; VR, 植被恢复。
Fig. 2 Fluorescence emission spectra of dissolved soil organic matter at the two study sites. ERS, eroded red soil; VR, vegetation
restoration.


图3 两试验地土壤可溶性有机质荧光同步光谱图。ERS, 侵蚀红壤; VR, 植被恢复。
Fig. 3 Synchronous fluorescence spectra of dissolved soil organic matter at the two study sites. ERS, eroded red soil; VR, vegeta-
tion restoration.


的波长稍大于ERS。两试验地0–10 cm土层波峰所对
应的波长在350 nm左右, 而50–60 cm土层则在波长
较短的330 nm附近, 即由土表至50–60 cm土层, 波
峰所对应的波长由长波向短波方向迁移。
图3表示的是两试验地土壤DOM的荧光同步光
谱图。两试验地均在波长285 nm附近有一个明显的
吸收峰, 该吸收峰代表类蛋白质荧光基团; 波长
350 nm处的弱吸收峰代表芳香性脂肪族荧光基团。
VR各土层DOM的HIXem均大于ERS, 但差异未
达显著水平(p > 0.05)。两试验地土壤DOM的HIXem
值均随土壤深度的加深而下降。两试验地各土层
DOM的HIXsyn差异较小(表2)。
2.4 两试验地不同土层DOM傅里叶红外光谱特征
的比较
由图4可知, 在3 200–3 600 cm–1范围内, 两试
验地土壤DOM样品均出现了一个强而宽的吸收峰,
该吸收峰归属于氢键键合的羟基伸缩振动, 这些羟
基主要来源于样品中的纤维素、糖类以及淀粉等碳
水化合物以及醇类和酚类等; 1 629–1 633 cm–1归属
于有机羧酸盐的反对称伸缩振动以及木质素中与芳
香环相连的C═O伸缩振动; 1 400–1 429 cm–1处有一
个弱吸收峰, 该吸收峰归属于羧酸盐的对称伸缩振
动; 1 383 cm–1附近的吸收来自烷烃的C─H弯曲振
动; 1 100–1 149 cm–1附近为碳水化合物中的C─O振
动; 611–617 cm–1归属于苯环弯曲振动(周江敏等,
2004; 肖彦春和窦森, 2007; 占新华等, 2007)。
对于0–10 cm土层, VR在羧酸盐、芳香化合物和
碳水化合物处的相对吸收比例高于ERS; 另外VR比
ERS多出了酰胺类物质的红外吸收, 这类物质来自
植物体, 由于表层的ERS受到侵蚀的程度最严重,
刘翥等: 植被恢复对侵蚀红壤可溶性有机质含量及光谱学特征的影响 1179

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图4 两试验地土壤可溶性有机质红外光谱图。ERS, 侵蚀红壤; VR, 植被恢复。
Fig. 4 Fourier-transform infrared spectra of dissolved soil organic matter at the two study sites. ERS, eroded red soil; VR, vegeta-
tion restoration.



表3 两试验地土壤可溶性有机质光谱学特征与土壤碳、氮及pH值的相关系数
Table 3 Correlation coefficients of spectroscopic characteristics of dissolved soil organic matter with soil carbon (C), nitrogen (N),
and pH value at the two study sites
紫外吸收值 SUVA 荧光发射腐殖化指数 HIXem 荧光同步腐殖化指数 HIXsyn
总有机碳 TOC 0.685** 0.715** 0.637**
总氮 TN 0.773** 0.649** 0.543**
碳氮比 C:N 0.247 0.576** 0.555**
pH –0.422* –0.568** –0.363*
* p < 0.05; ** p < 0.01. HIXem, humification index, emission mode; HIXsyn, humification index, synchronous mode. SUVA, special ultraviolet-visible
absorption; TN, total nitrogen; TOC, total organic carbon.

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并且没有来自植物的碳输入, 所以没有酰胺吸收。
10–20 cm土层, VR比ERS在1 383–1 552 cm–1区域的
吸收更复杂, 这些吸收来自芳烃和烷烃类物质; VR
在1 622 cm–1羧酸盐处的吸收比例也大于ERS。
20–30 cm土层中, VR的羧酸盐类物质吸收比例增
加, 这也是烷烃类物质比例减小的原因。30–40 cm
土层, VR中能看到羧酸盐的对称振动吸收(1 416
cm–1)和高级醇的C─O (1 186 cm–1)吸收; 但碳水化
合物的相对含量急剧减少(10 cm土层以下VR的碳水
化合物的比例都小于ERS), 这一方面是源于其他物
质的比例增加, 另一方面可能是由于VR土壤中微生
物活性增大, 大量的碳水化合物被微生物快速分解
了。40–50及50–60 cm土层, VR和ERS的差别不大, 除
了苯环弯曲振动的吸收比例增加外, 在40–50 cm土
层, VR多了1 196 cm–1的吸收, 在50–60 cm土层多了
1 196、1 101 cm–1的吸收, 因为简单的碳水化合物溶
解性最高、流动性最好, 因此进入了底层土壤。
2.5 两试验地土壤DOM光谱学特征值与土壤碳、
氮及pH值之间的相关性
从表3中可以看出, 土壤DOM的SUVA、HIXem
及HIXsyn值与土壤总有机碳(TOC)及总氮(TN)间有
极显著正相关关系, 土壤C:N与HIXem及HIXsyn值间
有极显著正相关关系, 但与SUVA值无显著相关关
系。土壤pH值与SUVA、HIXem及HIXsyn间均有显著
负相关关系。
3 讨论
3.1 两试验地土壤DOM含量
DOM主要来源于新近凋落物及土壤腐殖质的
分解, 此外, 根系分泌物及土壤微生物生物量亦是
其重要来源(杨玉盛等, 2003)。本研究中, 对照地土
壤侵蚀严重, 立地条件极差, 长期缺乏凋落物的输
入及植物根系 , 微生物活性也较低 (谢锦升等 ,
2002a), 因此土壤DOC含量明显低于植被恢复样
地。植被有了一定程度的恢复后, 凋落物及根系分
泌物的量增加, 且微生物量也随着土壤有机质的增
加而上升(周国模和姜培坤, 2005), 这些都为DOC
提供了物质来源, 因此, 土壤DOC含量显著增加。
但与正常森林土壤相比, 经初步植被恢复后的土壤
DOC含量仍偏低(仅为12.4–50.8 mg·kg–1), 如王清奎
等 (2005)对福建来舟林场不同栽植代数杉木
(Cunninghamia lanceolata)人工林土壤可溶性有机
质的研究表明 , 0–10 cm土壤DOC含量范围在
113.9–135.8 mg·kg–1, 万晓华等(2014)对福建南平19
年生杉木林土壤可溶性有机质研究后发现, 其0–10
cm土层土壤DOC含量平均值为150 mg·kg–1。这表明
侵蚀红壤DOC含量恢复到正常森林土壤的水平需
要一个长期的过程。从土层上来看, VR土壤DOC含
量随土层的加深逐渐降低, 这与Corvasce等(2006)
的研究结果一致, 而ERS不同土层DOC含量则基本
保持不变。从0–10到50–60 cm土层, 两试验地土壤
DOC含量间的差异逐渐减小, 表明植被恢复对土壤
DOC含量的影响随土层的加深而减弱, 这是由于凋
落物的分解主要发生在土壤表层, 且植物的大多数
功能细根也集中于表层土壤(Burton et al., 2007)。
DON能够为土壤微生物及某些植物提供可直接利
用的氮源, 其在土壤与植物间氮转化过程中发挥着
重要作用(张彪等, 2010)。影响DON含量和组成的生
物及非生物因素很多, 如土壤类型、微生物群落、
有机质的输入及气候条件等 (Xu & Chen, 2006;
Burton et al., 2007)。本研究结果显示, 两试验地各
土层土壤DON含量在0.34–0.81 mg·kg–1, 远低于正
常森林土壤DON的含量。万晓华等(2014)研究表明,
福建南平壳菜果(Mytilaria laosensis)林0–20 cm土层
DON含量范围在16.2–29.9 mg·kg–1, 杉木林该土层
DON含量范围则为13.0–20.0 mg·kg–1。这表明侵蚀红
壤DON含量难以在短期内恢复到正常水平。目前, 大
多数有关土壤DON的研究局限于土壤表层20 cm范
围内, 而DON在更深层土壤中的分布规律鲜有报道。
本研究中, 两试验地土壤DON含量均表现为0–10 cm
土层最高, 10–20 cm土层显著降低, 从20–30 cm土层
开始又有所上升。可能的原因是表层土壤聚集了较
多的植物凋落物及根系, 为土壤DON提供了来源,
而深层土壤中留存的原有的有机质也能增加土壤
DON的含量(Rumpel & Kögel- Knabner, 2011)。
3.2 两试验地土壤DOM的光谱学特征
DOM样品的芳香化程度及分子量与其在受紫
外光激发时的紫外吸收值SUVA呈正相关(钱伟等,
2007; Wang et al., 2013)。本研究结果表明, 经初步
植被恢复后, 0–60 cm各土层DOM的SUVA值均显著
高于ERS, 但仍低于正常森林土壤(Corvasce et al.,
2006; Bu et al., 2010)。这表明初步植被恢复后, 土
壤中芳香化合物的含量有所增加, 但与正常森林土
壤相比仍显不足。由土表向下至50–60 cm土层, 两
刘翥等: 植被恢复对侵蚀红壤可溶性有机质含量及光谱学特征的影响 1181

doi: 10.3724/SP.J.1258.2014.00113
试验地土壤DOM的SUVA值均逐渐降低, 表明随着
土层的加深, 土壤中芳香化合物的含量逐渐减少,
这是因为凋落物主要聚集在土壤表层, 而凋落物分
解后的产物中含有大量的芳香化合物(Michel et al.,
2006)。Bi等(2013)及Corvasce等(2006)的研究结果亦
表明, 土壤DOM的芳香化指数随土壤深度的加深
而减小。土壤腐殖质分子的中心是一个稠环或易生
稠环的芳核, 因此, 芳香类物质是形成土壤腐殖质
的基础(朱鹤健和何宜庚, 1992)。DOM的腐殖化程度
可以通过来源于荧光发射光谱和荧光同步光谱的腐
殖化指数(HIXem、HIXsyn)来表征(Ohno, 2002), 它们
除了可以描述DOM中芳香化合物的含量, 还能体
现DOM的分子结构(Michel et al., 2006)。本研究中,
VR各土层DOM的HIXem值略大于ERS, 而HIXsyn值
与ERS无明显差异, 与此相吻合的是, 在同一土层
中, VR与ERS间发射荧光光谱图波峰所对应波长的
位置相近。这表明侵蚀红壤在初步植被恢复后, 由
于凋落物的增加(周国模和姜培坤, 2005), 土壤腐殖
质含量有一定程度的上升, 但土壤腐殖质的完全恢
复可能需要较长的时间。从土层上来看, 两试验地
土壤DOM的腐殖化程度均表现为随土层的加深而
降低, 这表明上层土壤中含有更多高度聚缩合的难
分解物质, 即腐殖化程度更高, 这与Bu等(2010)及
Corvasce等(2006)的研究结果一致。在两试验地土壤
DOM的荧光同步光谱图中, 只在波长280 nm附近
有一个明显的吸收峰, 波长350 nm处的吸收峰非常
弱, 而正常森林土壤DOM的荧光同步光谱中有3至
4个明显的吸收峰(Bu et al., 2010), 这表明本研究中
两试验地土壤DOM在组成上均比正常土壤DOM简
单。红外光谱结果表明, 植被恢复后, 土壤DOM中
官能团种类增多, 芳香碳的吸收比例增加(图4)。植
被的恢复增加了凋落物等有机物的输入, 一方面,
这些有机物在分解过程中释放出碳水化合物等小分
子物质, 为植物的生长及土壤微生物提供了更多可
利用的碳源; 另一方面, 红壤区水热条件好, 凋落
物等植物残体分解快, 分解产物中大量结构复杂、
分子量大的芳香化合物迅速积累, 这个过程不仅使
土壤DOM的芳香化指数上升, 同时还有利于腐殖
质的形成(周国模和姜培坤, 2005)。红壤富含铁铝氧
化物 , 因此对DOC的吸附是其固碳的主要途径
(Eusterhues et al., 2005)。研究表明, 芳香化、腐殖
化指数高、结构复杂的DOM更容易被吸附在土壤表
面(Kaiser et al., 1997), 因此其化学稳定性增强, 不
易淋失, 更有利于土壤有机质的积累。相关性分析
亦证实了这一点 , 土壤DOM的SUVA、HIXem及
HIXsyn值与土壤碳氮总量有极显著正相关关系(表
3), 这与Claus等(1999)的研究结果一致。
4 结论
研究结果表明, 侵蚀红壤经过初步植被恢复后,
由于凋落物及植物根系的增加, 可溶性有机碳含量
显著增加, 植物分解产物中的碳水化合物等小分子
物质为植物及土壤微生物提供了更多可利用的碳
源; 从光谱学特征判断, DOM的芳香化程度显著提
高, 腐殖化程度略有增加, DOM的结构更加复杂,
化学稳定性增强, 易于被吸附在矿质土壤表面, 因
此更有利于土壤有机质的积累。
基金项目 国家自然科学青年基金(31100467)、国
家自然科学基金(31070548)、福建省自然科学青年
基金(2011J05105)和福建师范大学优秀青年骨干教
师培养基金(fjsdky2012008)。
致谢 感谢福建师范大学地理科学学院彭园珍、林
燕语及杨柳明等老师在实验过程中所提供的帮助。
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责任编委: 刘菊秀 责任编辑: 王 葳