全 文 ：可溶性有机碳在土壤剖面淋溶过程中的分馏∗
熊　 丽１，２　 杨玉盛１，２　 万菁娟１，２　 司友涛１，２∗∗
（ １湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地， 福州 ３５０００７； ２福建师范大学地理科学学院， 福州 ３５０００７）
摘　 要　 选取中亚热带两种不同类型土壤为研究对象，采集 ０ ～ １０、１０ ～ ２０、２０ ～ ４０、４０ ～ ６０、
６０～８０、８０～１００ ｃｍ土层土壤样品，提取米槠新近凋落物的可溶性有机碳（ＤＯＣ）溶液为初始
ＤＯＣ，研究其在土样中淋溶时的分馏现象和截留特征．结果表明：初始 ＤＯＣ 在土柱中淋溶时，
其浓度随深度增加呈逐层下降的趋势，而且化学结构更为简单，被土壤截留的 ＤＯＣ 中主要是
疏水性组分，但随着土层深度增加，亲水性 ＤＯＣ 的截留量呈上升趋势；红外光谱显示含有芳
环的疏水性物质最易被吸附，而烷烃和简单的碳水化合物则最有可能随土壤溶液进入下层土
壤；由于到达下层土壤的 ＤＯＣ中易被吸附组分含量的减少，限制了其吸附能力的发挥，因此
主要的吸附过程发生在 ４０ ｃｍ以上土层，表明 ＤＯＣ本身的化学性质比土壤性质更能影响其吸
附行为；不同类型土壤的截留量具有显著差异，这与土壤黏粒和铁铝氧化物的含量呈显著正
相关．
关键词　 可溶性有机碳； 土柱； 淋溶； 吸附
文章编号　 １００１－９３３２（２０１５）０５－１２８９－０８　 中图分类号　 Ｓ７１８．５　 文献标识码　 Ａ
Ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ａｌｏｎｇ ｓｏｉｌ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．
ＸＩＯＮＧ Ｌｉ１，２， ＹＡＮＧ Ｙｕ⁃ｓｈｅｎｇ１，２， ＷＡＮ Ｊｉｎｇ⁃ｊｕａｎ１，２， ＳＩ Ｙｏｕ⁃ｔａｏ１，２ （ １Ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ Ｂａｓｅ ｏｆ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ
Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｈｕｍｉｄ Ｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｆｕｚｈｏｕ ３５０００７， Ｃｈｉｎａ； ２Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈ⁃
ｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｆｕｊｉａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｆｕｚｈｏｕ ３５０００７， Ｃｈｉｎａ） ． ⁃Ｃｈｉｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｅｃｏｌ．， ２０１５， ２６
（５）： １２８９－１２９６．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｗｏ ｄｉｓｔｉｎｃｔ ｓｏｉｌ ｔｙｐｅｓ ｉｎ ｍｉｄ⁃ｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ Ｃｈｉｎａ ｗｅｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｆｏｒ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ
ｄｅｐｔｈ ｏｆ ０－１０， １０－２０， ２０－４０， ４０－６０， ６０－８０， ８０－１００ ｃｍ ｆｏｒ ｓｏｉｌ ｃｏｒｅｓ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ． Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ
ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ （ＤＯＣ） ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｒｅｃｅｎｔｌｙ ｆａｌｌｅｎ ｌｉｔｔｅｒｓ ｏｆ Ｃａｓｔａｎｏｐｓｉｓ ｃａｒｌｅｓｉｉ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａｐｕｒｅ ｗａ⁃
ｔｅｒ ｗａｓ ｌｅａｃｈｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｕｃｈ ｓｏｉｌ ｃｏｒｅｓ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ ｗｈｅｎ
ｍｉｇｒａｔｉｎｇ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｌｅａｃｈａｔｅｓ ｏｕｔ ｏｆ ｄｅｅｐｅｒ ｓｏｉｌ ｃｏｒｅｓ ｈａｄ ｌｏｗｅｒ
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｗｅｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ｓｉｍｐｌｅｒ， ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｐｏｏｌｓ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｍａｊｏｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ
ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ， ｂｕｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｔａｉｎｅｄ ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓ⁃
ｉｎｇ ｓｏｉｌ ｄｅｐｔｈ． Ｔｈｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ａｒｏｍａｔｉｃ
ｒｉｎｇｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｅａｓｉｌｙ ａｂｓｏｒｂｅｄ ｂｙ ｓｏｉｌｓ， ｂｕｔ ａｌｋａｎｅｓ ａｎｄ ｓｉｍｐｌｅ ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅｓ ｗｏｕｌｄ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｉｎｔｏ
ｓｕｂｓｏｉｌｓ ｗｉｔｈ ｓｏｉｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ． Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈｌｙ ｓｏｒｐｔｉｖｅ ＤＯＣ ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ Ｃ ｓｏｒｐｔｉｏｎ ｂｙ
ｓｕｂｓｏｉｌｓ， ａｎｄ ｔｈｕｓ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｍａｉｎｌｙ ｉｎ ０－４０ ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ， ｓｕｇｇｅｓｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｈｅｍ⁃
ｉｃａｌ ｎａｔｕｒｅ ｏｆ ＤＯＣ ｈａｄ ａ ｇｒｅａｔｅｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌｓ ｔｈａｎ ｓｏｉｌ ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ． Ｔｈｅ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔｓ ｏｆ ＤＯＣ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｔｙｐｅｓ ｄｉｆｆｅｒｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ， ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｃｌａｙ， ｉｒｏｎ ａｎｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ； ｓｏｉｌ ｃｏｒｅ； ｌｅａｃｈ； ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ．
∗国家自然科学青年基金项目（３１１００４６７）、国家自然科学基金重点
项目（３１１３００１３）、福建省自然科学青年基金项目（２０１１Ｊ０５１０５）和福
建师范大学优秀青年骨干教师培养基金项目（ｆｊｓｄｋｙ２０１２００８０）资助．
∗∗通讯作者． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｙｔ．ｓｉ＠ ｆｊｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
２０１４⁃０５⁃１３收稿，２０１５⁃０１⁃２８接受．
　 　 可溶性有机碳（ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ，ＤＯＣ）
因其高度的流动性被认为是生物地球化学循环的关
键组成部分，在生态系统内部或生态系统之间的碳
循环和分配方面发挥着非常重要的作用，但 ＤＯＣ 的
迁移受到一系列物理化学和生物过程的调控作用．
有研究表明，森林生态系统中土壤和 ＤＯＣ 之间的吸
附和解吸作用会影响到 ＤＯＣ 在不同土壤分室中的
存留和释放［１－２］，这对土壤有机质的积累、地力的维
应 用 生 态 学 报　 ２０１５年 ５月　 第 ２６卷　 第 ５期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｍａｙ ２０１５， ２６（５）： １２８９－１２９６
持等都有重要意义［３－４］ ．
ＤＯＣ是含有小分子（如氨基酸、简单有机酸、小
分子碳水化合物）和大分子（如各种腐殖物质有机
物）的混合物［５］，不同的分子量和化学结构决定了
它们的亲水 ／疏水能力，以及与粘土矿物结合的能
力．ＤＯＣ中的疏水性组分和芳香类物质会被土壤中
的铁、铝氧化物 ／氢氧化物和粘土矿物优先吸附，而
亲水性的小分子物质对土壤的亲和力则较弱［６－７］；
这种吸附特征会导致 ＤＯＣ 在土壤剖面迁移过程中
出现分馏现象［６，８］，即化学结构更复杂的 ＤＯＣ 组分
会被上层土壤优先吸附和截留，而结构更简单的组
分则会淋溶至更深的土层［８－９］ ．虽然有研究表明，由
于铁铝氧化物和黏粒含量的增加，下层土壤比上层
土壤具有更强的吸附能力［１０］；但是迁移过程中 ＤＯＣ
的分馏作用将使得上、下层土壤所接受的 ＤＯＣ 化学
组分不同，从而影响下层土壤对 ＤＯＣ吸附行为和固
碳潜力的发挥．另一方面，土壤固有的有机碳含量和
化学结构也会影响 ＤＯＣ 在土壤中的存留［１，１１］ ．解吸
就是亲和力强的 ＤＯＣ 取代亲和力弱的 ＤＯＣ 的过
程，因此土壤固有的有机碳在一定程度上决定了解
吸是否会发生以及发生的程度，并将进一步影响到
输入底层土壤的 ＤＯＣ 是新碳还是老碳［１］ ．虽然，目
前关于影响 ＤＯＣ 吸附行为的研究较多［１２－１３］，但主
要集中在土壤性质方面，不仅得出的关键影响因素
不一致［１３－１４］，而且还忽略了迁移过程中 ＤＯＣ 化学
结构的改变对下层土壤吸附的影响．了解迁移过程
中 ＤＯＣ 的分馏作用对土壤吸附能力的影响以及
ＤＯＣ在整个土壤剖面（０ ～ １００ ｃｍ）迁移过程中的吸
附特征，涉及到 ＤＯＣ和土壤性质的共同变化对土壤
吸附行为的影响，对进一步了解底层土壤 ＤＯＣ 的来
源以及探究影响土壤吸附能力的关键因素等科学问
题有着重要的意义．
因此，本文选取亚热带两种不同母岩发育的土
壤为对象，通过米槠凋落物浸提得到的 ＤＯＣ 溶液来
进行逐层淋溶试验，模拟了 ＤＯＣ 在 ０ ～ １００ ｃｍ 土层
中的迁移过程，并研究了 ＤＯＣ在土柱淋溶过程中的
分馏特征及其对吸附的影响；同时由于过去研究中
主要关注的是 ＤＯＣ浓度的变化［６］，为了充分理解土
壤有机碳积累和稳定的过程，加强 ＤＯＣ分子结构层
面的研究十分必要，所以本文通过紫外、红外等光谱
手段分析了淋溶过程中 ＤＯＣ化学结构的变化，以期
为深入理解亚热带常绿阔叶林土壤的固碳潜力和有
机碳循环等问题提供科学依据．
１　 材料与方法
１􀆰 １　 土样采集
土壤样品取自福建省三明市的格氏栲（Ｃａｓｔａｎ⁃
ｏｐｓｉｓ ｋａｗａｋａｍｉｉ）自然保护区（２６°１１′ Ｎ，１１７°２８′ Ｅ）
和宁化县天鹅洞群风景区（２６°１９′ Ｎ，１１６°４９′ Ｅ），
二者地处武夷山东南，戴云山脉西北，地貌均以低山
丘陵为主，属中亚热带海洋季风气候，年均气温为
１９ ℃，年均降水量分别为 １７４９ 和 １６８８ ｍｍ．前者为
细粒石英砂岩发育的红壤，厚度＞１ ｍ，海拔 ３１５ ｍ，
坡向 ＮＥ ２５°，坡度 ３５°，建群树种为米槠 （Ｃ． ｃａｒ⁃
ｌｅｓｉｉ）；后者为石灰岩、砂岩等发育的红黄壤，厚度＞１
ｍ，海拔 ５４０ ｍ，坡向 ＮＥ ２８°，坡度 ３１°，乔木层以丝
栗栲（Ｃ． ｒａｒｇｅｓｎ）为主．
１􀆰 ２　 土柱制备方法
在样地内布设 ３块 ２０ ｍ×２０ ｍ 的固定标准地，
于 ２０１３ 年 ７ 月 ５ 日在每个标准地中部地势相对平
缓的地段去除表层的枯枝落叶后，通过挖剖面法，按
０～１０、１０～２０、２０～４０、４０～６０、６０～８０、８０～１００ ｃｍ 土
层取土．为避免样地破坏，每个标准地只取一个剖
面，每个土层用环刀取 ６个重复土样，然后将环刀中
的土样混合均匀，风干并挑除肉眼可见的碎石、凋落
物、根系等杂物，过 ２ ｍｍ 筛，一部分用于基本理化
性质的测定；另一部分则用于土柱的填充．土壤按不
同深度分别回填至 ４ ｃｍ× １０ ｃｍ（内径×高度）的
ＰＶＣ管内，参考 Ｇｕｏ 等［８］的方法并略作修改，每根
土柱填土 １５１ ｇ，土壤密度约为 １．２０ ｇ·ｃｍ－３；为了
保证土柱内土壤紧实度的一致，将土壤分 ３次填充，
并适当压实．为反映亚热带森林土壤的异质性，各剖
面的土壤独立进行试验．
１􀆰 ３　 初始 ＤＯＣ溶液的制备
于 ２０１３年 ７月 ５ 日在格氏栲自然保护区样地
内收集新近米槠凋落物，并立即送回室内烘干，混合
均匀．每次淋溶前，按凋落物 ∶ 水 ＝ １ ∶ １００（质量 ∶
体积）的比例将凋落物用超纯水浸泡 ２４ ｈ［１５］，然后
用玻璃纤维滤膜（０．４５ μｍ）过滤，作为模拟淋溶的
初始 ＤＯＣ溶液．
１􀆰 ４　 模拟逐层淋溶
在制备好的土柱的顶部和底部均铺一层玻璃
丝，以保证 ＤＯＣ淋溶的均匀性并防止底部土壤的流
失，将土柱放置于布氏漏斗上，然后用恒流泵以 ２
ｍＬ·ｍｉｎ－１的速度将新鲜制备的 ＤＯＣ溶液泵入土柱
内，并用广口瓶收集滤出液．初始 ＤＯＣ 溶液首先淋
溶 ０～１０ ｃｍ土层，淋溶完成后取出 ５０ ｍＬ滤出液并
０９２１ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
将其过 ０．４５ μｍ玻璃纤维滤膜后待测，其余的则继
续淋溶 １０～２０ ｃｍ的土层，以此类推，直至逐层淋溶
完 ８０～ １００ ｃｍ．每个剖面用于淋溶试验的初始 ＤＯＣ
溶液体积与 ６层土柱的土重之和保持 １ ∶ １的比例，
即 ９０６ ｍＬ．整个操作在 ２０ ℃下进行．
１􀆰 ５　 样品分析
ｐＨ值用奥豪斯 ＳＴＡＲＴＥＲ ３００ 测定，水土比为
２．５ ∶ １．土壤用 １０％ＨＣｌ去除无机碳后进行有机碳含
量的测定［１６］，分析仪器为土壤元素分析仪（Ｖａｒｉｏ
ＭＡＸ⁃１， Ｅｌｅｍｅｎｔａｒ） ．土壤粒径组成采用比重计法测
定．游离态铁铝（Ｆｅｄ、Ａｌｄ）的提取采用柠檬酸钠⁃连
二亚硫酸钠⁃重碳酸钠法．土壤粒径组成和铁铝氧化
物的具体测定方法见《森林土壤分析方法》 ［１７］，其中
浸提液中 Ａｌ的测定稍作修改，采用络天青比色法测
定［１８］ ．
滤出液的 ＤＯＣ 样品中取一部分采用总有机
碳分析仪（ＴＯＣ⁃ＶＣＰＨ ／ ＣＰＮ）测定其浓度．另一部
分用稀ＨＣｌ 将 ｐＨ 值调为 ２，然后以恒速 （ ２􀆰 ５
ｍＬ·ｍｉｎ－１）通过 ＸＡＤ⁃８树脂柱，其中通过树脂柱的
定义为亲水性 ＤＯＣ组分，吸附在树脂上的定义为疏
水性 ＤＯＣ 组分，疏水性 ＤＯＣ 的浓度则通过差值法
得出［１４］ ．
为了测定结果的可比性，用于紫外光谱测定的
样品 ＤＯＣ浓度用超纯水稀释至 １０ ｍｇ·Ｌ－１，ｐＨ 值
用稀 ＨＣｌ调为 ２，然后用紫外⁃可见光分光度计（ＵＶ⁃
２４５０，日本岛津）测定 ２５０、２５４、３６５ ｎｍ 处的吸光度
值．剩余的样品冷冻干燥后，在玛瑙研钵中与 ＫＢｒ
（光谱纯）混合均匀，并压片进行红外光谱的测定，
波段为 ４０００～４００ ｃｍ－１，分辨率 ４ ｃｍ－１，扫描次数为
３２（Ｎｉｃｏｌｅｔ ５７００）．
１􀆰 ６　 数据处理
液相１Ｈ核磁共振的结果表明，２５４ ｎｍ 的紫外
吸光度值与芳香 Ｈ 的含量呈正相关［１９］，因此芳香
化指数能够反映 ＤＯＣ 溶液中芳香化合物含量的高
低［２０］ ．芳香性指数的计算公式如下：
ＡＩ＝ （１００×ＵＶ２５４） ／ （ｂ×ＤＯＣ）
式中：ＡＩ 为芳香性指数（Ｌ·ｍｇ－１Ｃ·ｍ－１）；ＵＶ２５４为
２５４ ｎｍ紫外吸光度值（ｃｍ－１）；ｂ 为紫外吸收光程（１
ｃｍ）；ＤＯＣ为样品的浓度（ｍｇ·Ｌ－１）．
Ｅ２ ／ Ｅ３可以反映 ＤＯＣ 的平均分子量大小［２１］，
Ｅ２ ／ Ｅ３值越高，说明 ＤＯＣ的平均分子量越小，其计算
公式如下：
Ｅ２ ／ Ｅ３ ＝ ＵＶ２５０ ／ ＵＶ３６５
式中：ＵＶ２５０为 ２５０ ｎｍ的紫外吸光度值；ＵＶ３６５为 ３６５
ｎｍ的紫外吸光度值．
ＤＯＣ截留量可用以下公式计算：
Ｑ＝（Ｃ０×Ｖ０－Ｃ１×Ｖ１） ／Ｍ
式中：Ｑ 为截留量（ｍｇ·ｋｇ－１）；Ｃ０、Ｃ１分别为输入
ＤＯＣ和滤出液 ＤＯＣ 的浓度（ｍｇ·Ｌ－１）；Ｖ０、Ｖ１分别
为输入 ＤＯＣ 和滤出液 ＤＯＣ 的体积（Ｌ）；Ｍ 为土柱
内的土壤质量（ｋｇ）．
采用最小显著差数法（ＬＳＤ）进行同一类型土壤
不同土层间基本理化性质差异的显著性检验，独立
样本 ｔ检验进行同一土层不同类型土壤间的理化性
质差异的显著性检验（α＝ ０．０５）．各数据在分析前进
行正态分布检验（Ｋｏｌｍｏｇｉｒｉｖ⁃Ｓｍｉｒｎｏｖ 检验），不服从
正态分布检验的先将数据进行对数转换使其通过检
验后再进行统计分析．采用 ＳＰＳＳ １６．０软件进行数据
的统计分析，采用 Ｅｘｃｅｌ ２００３ 和 Ｏｒｉｇｉｎ ８．０ 软件作
图．图表中数据为平均值±标准差．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 土壤和初始 ＤＯＣ的基本性质
由表１可以看出，红壤的ｐＨ值在４􀆰 ３３ ～ ４􀆰 ５３，
表 １　 不同类型土壤的主要理化性质
Ｔａｂｌｅ １　 Ｍａｉｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌ
土层
Ｓｏｉｌ
ｌａｙｅｒ
（ｃｍ）
红壤 Ｒｅｄ ｓｏｉｌ
ｐＨ 土壤有机碳
Ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ
ｃａｒｂｏｎ
（ｇ·ｋｇ－１）
黏粒
Ｃｌａｙ
（％）
游离态铁
Ｆｅｄ
（ｇ·ｋｇ－１）
游离态铝
Ａｌｄ
（ｇ·ｋｇ－１）
红黄壤 Ｒｅｄ ｙｅｌｌｏｗ ｓｏｉｌ
ｐＨ 土壤有机碳
Ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ
ｃａｒｂｏｎ
（ｇ·ｋｇ－１）
黏粒
Ｃｌａｙ
（％）
游离态铁
Ｆｅｄ
（ｇ·ｋｇ－１）
游离态铝
Ａｌｄ
（ｇ·ｋｇ－１）
０～１０ ４．３３±０．１５ａＡ ２８．２４±２．０４ａＡ ２５．７±０．５ａＡ ２３．９４±０．１８ａＡ ８．０４±０．３５ａＡ ４．６４±０．１１ａＡ ４２．２４±１．３１ａＢ １９．２±１．５ａＢ １０．４９±０．８３ａＢ １．４４±０．１２ａＢ
１０～２０ ４．３７±０．１０ａＡ １５．２７±１．２８ｂＡ ２７．６±１．３ａＡ ２６．５３±１．３２ｂＡ １０．１１±１．３４ａｂＡ ４．７３±０．０９ａｂＢ １４．６８±２．８３ｂＡ ２１．１±２．１ａｂＢ １１．６５±０．８７ａＢ １．４８±０．１２ａＢ
２０～４０ ４．５３±０．０９ａＡ ６．５８±０．８０ｃＡ ３２．０±０．９ｂＡ ２９．７９±０．７５ｃＡ ８．９５±０．８２ａＡ ４．７１±０．１２ａｂＡ ４．４８±０．９１ｃＡ ２２．９±３．１ａｂＢ １２．４１±０．２７ａｂＢ １．６０±０．０４ａＢ
４０～６０ ４．４６±０．１４ａＡ ３．１４±０．６８ｄＡ ３３．２±１．７ｂＡ ３０．１４±１．２４ｃＡ １０．３７±０．７１ａｂＡ ４．８８±０．１４ａｂＢ ２．８０±０．４８ｄＡ ２３．９±３．２ａｂＢ １４．５５±０．５４ｂＢ １．７２±０．０７ａｂＢ
６０～８０ ４．４６±０．０３ａＡ ２．４４±０．２１ｄＡ ３４．８±０．７ｂＡ ３１．３４±１．０８ｃｄＡ ９．７９±１．０２ａｂＡ ４．８９±０．１４ａｂＢ ２．５７±０．３５ｄＡ ２６．１±５．１ａｂＡ １７．３８±１．３９ｃＢ １．９０±０．２０ｂＢ
８０～１００ ４．４１±０．２３ａＡ ２．２９±０．３３ｄＡ ３４．８±２．２ｂＡ ３３．３３±１．６９ｄＡ １１．０２±０．５１ｂＡ ４．９３±０．１０ｂＢ ２．５４±０．２６ｄＡ ２７．４±４．４ｂＡ １８．５２±２．３１ｃＢ ２．３４±０．１２ｃＢ
同列不同小写字母表示同一土壤类型不同土层间差异显著，同行不同大写字母表示同一土层不同土壤类型间差异显著（Ｐ＜０．０５）Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｍａｌｌ
ｌｅｔｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｌｕｍｎ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｓｏｉｌ ｔｙｐｅ， ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃａｐｉｔａｌ ｌｅｔｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｒｏｗ ｍｅａｎｔ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｔｙｐｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ａｔ ０．０５ ｌｅｖｅｌ．
１９２１５期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 熊　 丽等： 可溶性有机碳在土壤剖面淋溶过程中的分馏　 　 　 　 　 　
随土层深度增加无明显规律，而红黄壤的 ｐＨ 值则
随土层深度增加基本呈逐渐上升的趋势，除 ０ ～ １０
和２０～４０ ｃｍ土层外，红黄壤的 ｐＨ 值均显著高于红
壤．两种土壤的有机碳含量均随土层深度的增加而
下降，但红黄壤的降幅更大，而且在 ０ ～ １０ ｃｍ 土层
中，红黄壤的有机碳含量显著高于红壤．随着土层深
度增加，两种土壤的黏粒含量均逐渐增加，并且各土
层中红壤的黏粒含量均高于红黄壤，其中在 ６０ ｃｍ
以上土层中两种土壤间的差异达到显著水平．红壤
中，游离态氧化铁（Ｆｅｄ）的含量随土层深度增加逐
渐增加，而游离态氧化铝（Ａｌｄ）的含量变化未表现出
明显规律，但 ８０ ～ １００ ｃｍ 土层的含量显著高于 ０ ～
１０ ｃｍ土层；红黄壤中 Ｆｅｄ、Ａｌｄ含量虽然随着土层深
度增加而增加，但各层中均显著低于红壤．
初始 ＤＯＣ 溶液的浓度为 （ ２０９􀆰 １２ ± ３􀆰 ５０ ）
ｍｇ·Ｌ－１，疏水性 ＤＯＣ 组分所占比例为 （ ８０． ５ ±
０􀆰 ５）％，ｐＨ值为（５．５７±０．２１），芳香性指数为（１．７３±
０．０８） Ｌ·ｍｇ－１ Ｃ·ｍ－１，Ｅ２ ／ Ｅ３值为（４．１１±０．２２）．
２􀆰 ２　 淋溶过程中 ＤＯＣ浓度和截留量的变化
初始 ＤＯＣ在两种性质土壤的土柱中淋溶时，其
浓度表现出明显不同的变化特征（图 １）．在红壤中
ＤＯＣ浓度呈逐层下降的趋势，淋溶完 ８０～１００ ｃｍ土
层后，ＤＯＣ 浓度较初始 ＤＯＣ 下降了 ６１．６％，其中最
大下降幅度在 ０ ～ １０ ｃｍ 土层，较初始 ＤＯＣ 下降
了 ３１．８％．ＤＯＣ截留量也表现出逐层下降的特征，
图 １　 不同土层滤出液 ＤＯＣ浓度和 ＤＯＣ截留量
Ｆｉｇ．１　 ＤＯＣ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｅａｃｈａｔｅｓ ａｎｄ ＤＯＣ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎ ｏｆ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ．
ＤＯＣ０： 初始 ＤＯＣ Ｉｎｉｔｉａｌ ＤＯＣ．Ⅰ： 红壤 Ｒｅｄ ｓｏｉｌ； Ⅱ： 红黄壤 Ｒｅｄ
ｙｅｌｌｏｗ ｓｏｉｌ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
０～１０ ｃｍ 土层中 ＤＯＣ 截留量达到最高，为 ４９４．５１
ｍｇ Ｃ·ｋｇ－１，占总截留量的比例为 ５４．１％，是 ６ 个土
层平均截留量（１５２．２３ ｍｇ Ｃ·ｋｇ－１）的 ３．３ 倍．而在
红黄壤中，初始 ＤＯＣ溶液经过 ０ ～ １０ ｃｍ 土层后，其
浓度反而上升 ６６．７％，达到 ３４８．６４ ｍｇ·Ｌ－１，这是由
于解吸的作用，继续淋溶 １０ ｃｍ 以下土层浓度又逐
渐降低．相应地，０ ～ １０ ｃｍ 土层 ＤＯＣ 的净解吸量达
到 ７５６．９９ ｍｇ Ｃ·ｋｇ－１，之后随着土层深度增加截留
量逐层下降，最大截留量出现在 １０ ～ ２０ ｃｍ 土层，为
７５０．６６ ｍｇ·ｋｇ－１，是 ６ 个土层平均截留量（１２７．２２
ｍｇ Ｃ·ｋｇ－１）的 ５．９倍，而且 ８０～１００ ｃｍ土层的截留
量仅为 １０ ～ ２０ ｃｍ 土层的 ７． ０％．红壤的总截留量
（９１３．３５ ｍｇ Ｃ· ｋｇ－１ ） 显著高于红黄壤 （ ７６３􀆰 ３３
ｍｇ Ｃ·ｋｇ－１）．
２􀆰 ３　 不同土层滤出液和被截留 ＤＯＣ中的疏水性组分
初始 ＤＯＣ在不同类型土壤的土柱中淋溶时，不
同土层的滤出液中疏水性组分所占比例均随着土层
深度增加而逐渐降低（图 ２）．在红壤和红黄壤中，
８０～１００ ｃｍ土层滤出液的 ＤＯＣ 中疏水性组分所占
比例分别为 ６０．７％和 ６１．９％，较初始 ＤＯＣ 分别下降
２４．６％和 ２３．１％，这表明土壤会优先吸附 ＤＯＣ 中的
疏水性组分，而亲水性 ＤＯＣ 对土壤的亲和力更弱．
被截留在红壤中的 ＤＯＣ 中疏水性组分所占的比例
随土层深度增加呈逐渐下降的趋势，８０ ～ １００ ｃｍ
图 ２　 不同土层滤出液和 ＤＯＣ截留量中疏水性组分的比例
Ｆｉｇ．２　 Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｏｆ ｌｅａｃｈａｔｅｓ ａｎｄ ＤＯＣ ｉｎｔｅｒ⁃
ｃｅｐｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ．
红黄壤 ０～ １０ ｃｍ 土层中负值表示解吸的 ＤＯＣ 中疏水性的比例 Ｔｈｅ
ｎｅｇａｔｉｖｅ ｎｕｍｂｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ０－１０ ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ｏｆ ｒｅｄ ｙｅｌｌｏｗ ｓｏｉｌ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈｅ
ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｏｆ ｄｅｓｏｒｂｅｄ ＤＯＣ．
２９２１ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
土层所截留的 ＤＯＣ 中疏水性组分所占比例为
６３􀆰 ４％，而在 ０～１０ ｃｍ土层中为 ９２．２％；在红黄壤的
０～１０ ｃｍ土层，虽然净解吸的 ＤＯＣ中疏水性组分的
比例为 ６５．４％，但在 １０ ｃｍ 以下土层被截留的 ＤＯＣ
中，疏水性组分所占的比例则呈逐渐下降的趋势
（８３．７％～ ６６．７％），这表明下层土壤对亲水性 ＤＯＣ
的吸附能力有所增强．虽然红壤的总截留量显著高
于红黄壤，但红壤总截留量中疏水性物质的比例
（８７．２％）低于红黄壤（９１．６％），这也表明红壤的吸
附能力更强，能吸附更多的亲水性物质．
２􀆰 ４　 淋溶过程中 ＤＯＣ化学结构的变化
初始 ＤＯＣ在两种类型土壤的土柱中淋溶时，滤
出液的芳香化指数均随土层深度增加而逐渐下降
（图 ３）．在红壤和红黄壤中，８０ ～ １００ ｃｍ 土层滤出液
的芳香性指数较初始 ＤＯＣ 溶液分别下降 ８２．６％和
７８．８％，最大下降幅度分别出现在 ０ ～ １０ 和 １０ ～ ２０
ｃｍ土层，与 ＤＯＣ 浓度的最大降幅一致．但在淋溶过
程中，滤出液的 Ｅ２ ／ Ｅ３均随着土层深度增加而增大，
图 ３　 不同土层滤出液 ＤＯＣ的芳香性指数、Ｅ２ ／ Ｅ３、ｐＨ值
Ｆｉｇ．３　 Ａｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ ｉｎｄｅｘ， Ｅ２ ／ Ｅ３ ａｎｄ ｐＨ ｏｆ ＤＯＣ ｌｅａｃｈａｔｅｓ ｆｒｏｍ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ．
淋溶完 ８０～ １００ ｃｍ 土层后，与初始 ＤＯＣ 相比，分别
增大 ４．３和 ９．６倍，说明初始 ＤＯＣ进入土壤后，在向
下迁移过程中芳香类大分子物质的含量逐渐减少，
ＤＯＣ中较小分子量的物质含量有所增加．滤出液的
ｐＨ值基本呈下降的趋势，但在红壤中的下降程度更
为明显．
２􀆰 ５　 淋溶过程中 ＤＯＣ的红外光谱特征
如图 ４ 所示，初始 ＤＯＣ 的红外光谱在 ３４１８
ｃｍ－１附近大而宽的吸收峰是 Ｈ 键键合的－ＯＨ 的伸
缩振动的特征吸收［１１］，这个宽峰同时也掩盖了芳香
环上 Ｃ⁃Ｈ的伸缩振动；１６０７ ｃｍ－１（苯环的骨架伸缩
振动） ［２１］和 ６１８ ｃｍ－１（苯环 Ｃ⁃Ｈ 弯曲振动） ［２２］处 ２
个强吸收峰可以表明芳香类物质的存在；２９２８ ｃｍ－１
的弱吸收是烷烃类物质的 Ｃ⁃Ｈ伸缩振动的表现［２３］，
这个峰与 １３８８ 处的较强吸收（甲基 Ｃ⁃Ｈ 的弯曲振
动）的共同存在［２４］，表明了初始 ＤＯＣ 溶液中含有烷
烃类物质； １１２１ ｃｍ－１对应于 Ｃ⁃Ｏ 伸缩振动的频
率［２２］ ．
在红壤的淋溶过程中，初始 ＤＯＣ经过 ０～１０ ｃｍ
土层后，所有吸收峰都变宽，３５２５～３０１２ ｃｍ－１的钝而
宽的峰表明缔合 ＯＨ 的数量有所增加［２２］，１７２０ ～
１６１２ ｃｍ－１的宽吸收峰表明羰基的存在［１１］，结合
１１５１～１０２５ ｃｍ－１显现的 Ｃ⁃Ｏ 单键数量的增加［７］，可
以断定羧酸和酯类物质被淋溶到了 ０ ～ １０ ｃｍ 土层
的淋滤液中；同时，初始 ＤＯＣ中 １３８６ ｃｍ－１处的甲基
吸收在该层淋滤液中消失，这是因为含甲基的物质
图 ４　 淋溶过程中不同土层滤出液的红外光谱图
Ｆｉｇ．４　 Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ ｌｅａｃｈａｔｅｓ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ．
３９２１５期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 熊　 丽等： 可溶性有机碳在土壤剖面淋溶过程中的分馏　 　 　 　 　 　
比其他烷基更容易被吸附．１０ ～ ２０ ｃｍ土层淋滤液的
ＤＯＣ 与 ０～１０ ｃｍ土层相似，只是 ２５００～２０００ ｃｍ－１有
一些不饱和烃的弱吸收［２５］，在 ６５０ ｃｍ－１左右对应着
这些不饱和烃的弯曲振动［２２］；同时，醇、酚类物质略
有增加．２０～ ４０ ｃｍ 土层的 ＤＯＣ 在 ３４１３ ｃｍ－１附近吸
收变窄，１７１８ ｃｍ－１处羰基的吸收变得相当明显，同
时 １４４０和 １１２８ ｃｍ－１处的稍宽吸收的比例增大，表
明酯、酚类物质增加，而 １７１８ ｃｍ－１则是芳香酯［２６］ ．
４０～６０ ｃｍ土层淋滤液的 ＤＯＣ 结构中醇、酚类继续
增加，表现为＞３０００ ｃｍ－１和 １２００ ～ １０００ ｃｍ－１的宽吸
收峰，同时 ２２４２和 ２１１９ ｃｍ－１的强度略有增加，这表
明含有叁键物质的存在［２７］，这与 ６５０ ｃｍ－１附近的吸
收峰吻合．６０ ～ ８０ ｃｍ土层的吸附能力在红外谱图中
表现明显，与 ４０ ～ ６０ ｃｍ 土层的 ＤＯＣ 相比，每个吸
收峰都变得更尖锐，这是由于醇类物质增加，但酚类
物质减少．经过 ８０～１００ ｃｍ土层后，羰基和酯中 Ｃ⁃Ｏ
单键的吸收基本不见，相反 １３８２ ｃｍ－１处烷基的吸收
强而尖锐，这一方面说明底层土壤对酸、酯的吸附能
力很强，另一方面说明烷烃类物质确实不容易被土
壤吸附．
在红黄壤的淋溶过程中，经过 ０ ～ １０ ｃｍ 土层
后，出现了 ２９７３ ｃｍ－１的小峰，表明饱和烷烃的量增
加；１６０６ ｃｍ－１向 １６３３ ｃｍ－１移动，并且有 １７１４ ｃｍ－１的
微弱肩峰，１３８６ ｃｍ－１移动到 １４０４ ｃｍ－１，这两处的变
化表明羧酸盐类的增加［２２］；１１１６ ｃｍ－１变为 １０７９ 和
１０４７ ｃｍ－１２ 个小峰，这是醇类物质的吸收［２３］ ．淋溶
完 １０～２０ ｃｍ土层后，醇、酚等小分子的比例继续增
加，１７１８ ｃｍ－１处有微弱的吸收，表明酯类物质被淋
溶出来．２０～４０ ｃｍ 土层淋滤液中，不仅饱和烷烃的
吸收比例明显增加，而且羰基和 Ｃ⁃Ｏ 单键的吸收较
１０～２０ ｃｍ土层的淋滤液也更明显，这是由酯类物质
的比例继续上升引起的． ４０ ～ ６０ ｃｍ 土层淋滤液中
ＤＯＣ烷基的比例开始下降，羰基的吸收较上层淋滤
液有所减弱，表明了其吸附能力较强，但是醇、酚类
的小分子含量增加了．经过 ６０ ～ ８０ ｃｍ 土层后，最大
的变化是甲基和亚甲基的比例增加，经过 ８０ ～ １００
ｃｍ土层后，溶液的组成变得简单，主要为烷烃、羧酸
盐和可溶性醇类．
３　 讨　 　 论
ＤＯＣ分解试验表明，微生物呼吸是非常缓慢的
过程并且对淋溶过程中的 ＤＯＣ 影响非常小［２８］，因
此本研究中 ＤＯＣ 在土壤中的迁移主要是受一些物
理化学过程的控制．由于 ＤＯＣ 化学组分和土壤性质
的不同，它在不同土层中表现出不同的吸附 ／解吸特
征或者分馏现象；这不仅表现在数量上，更体现在质
量上．
ＤＯＣ在不同性质土壤中淋溶时，其浓度基本呈
逐层下降的趋势，而且被截留的主要是疏水性组分
（红壤和红黄壤中的比例分别为 ８７．２％和 ９１．６％）和
芳香类物质．通过红外光谱分析发现，含有芳环的物
质最容易被吸附，这应该是疏水性物质的主要成分；
羧酸和羧酸盐类物质的吸附能力也较强，因为羧基
可以和矿物黏粒表面发生配体交换作用；而烷烃和
简单的碳水化合物则会随土壤溶液进入底层土壤，
这表明疏水性大分子物质和芳香化合物对土壤具有
更强的亲和力，这与多数研究一致［１－２，７］ ．
在红黄壤的 ０ ～ １０ ｃｍ 土层中出现了净解吸现
象，导致滤出液中 ＤＯＣ 浓度增大，增加的部分来自
于土壤．研究发现，尽管该层出现了净解吸，但其滤
出液的化学结构更为简单，表现为亲水性组分含量
增加和芳香化指数下降．这是由于新鲜输入的 ＤＯＣ
中疏水性组分和芳香类化合物的含量较高，具有较
强的吸附能力，它能置换出土壤中原有的吸附能力
较弱的物质如微生物的代谢产物（红外光谱也表
明，淋溶完该层后滤出液中饱和烷烃含量有所增
加），这说明取代吸附是导致解吸的主要动力．近年
的研究表明，森林表层的 ＤＯＣ含有更小的放射性碳
年龄（其组成主要是新近的光合产物），而底层土壤
ＤＯＣ却含有更大的放射性碳年龄，表明其含有更老
的碳［２９］，取代吸附合理地解释了这种现象．新近的
疏水性 Ｃ 源与土壤中已吸附的亲水性老碳相交换，
并使其随土壤溶液迁移至更深的土层，这可能是底
层 ＤＯＣ的重要来源．Ｋａｉｓｅｒ等［６］也曾报道，吸附能力
更强的疏水性碳有可能取代先前被吸附的老碳．
在红壤和红黄壤中，被截留的 Ｃ 占土壤有机碳
的比例分别为 １．７％和 １．２％，因此 ＤＯＣ 随土壤水分
下渗被土壤吸附是土壤固碳的重要过程；研究表明，
林地 ０～ １００ ｃｍ 土层有 ２０％的碳是 ＤＯＣ 运移和固
定所造成的［３０］ ．但不同性质土壤的固碳潜力存在显
著的差异，这与多种因素相关．研究表明，土壤黏粒
和铁铝氧化物是土壤中有效的吸附剂，它们含量的
多寡与土壤的吸附能力呈正相关，而有机碳的含量
与土壤的吸附能力则呈负相关［３１－３３］ ．在红壤中，各
土层黏粒和铁铝氧化物的含量均显著高于红黄壤，
这为 ＤＯＣ的吸附提供了巨大的表面积和更多的吸
附位点，因此红壤 ０～ １００ ｃｍ 土层中的 ＤＯＣ 截留量
显著高于红黄壤．两种土壤 ０ ～ １００ ｃｍ 土层内的黏
４９２１ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
粒、游离态铁和铝以及有机碳的含量与总截留量的
相关系数分别为 ０．８０４、０．７０９、０．６３８ 和 ０．４１４，除了
有机碳外，其他土壤性质与 １ ｍ 土层内的总截留量
的线性关系均达到了显著水平．表明不同的土壤性
质，特别是黏粒和铁铝氧化物的含量会显著影响到
ＤＯＣ在土壤剖面迁移过程中的截留量和土壤的固
碳能力．这与 Ｓｃｏｔｔ 等［１］的研究相反，其研究表明
ＤＯＣ在不同类型土壤中（０～５０ ｃｍ）迁移时，ＤＯＣ 的
截留量不会产生显著差异，这可能与所选取土壤的
性质和试验方法有关．Ｓｃｏｔｔ 等［１］所选取的土壤不仅
黏粒和铁铝氧化物含量的差异小于本研究，并且是
通过采集原状土柱在饱和流下进行试验的，这增加
了溶液的运移速度，抑制了吸附作用的进行．本研究
采用风干土再填充的土柱在非饱和流下进行试验，
这更有利于吸附 ／解吸附作用的进行和 ＤＯＣ 的截
留，也更能反映淋溶过程中 ＤＯＣ的化学性质［１，３４］ ．
本研究发现，红壤 ０ ～ ４０ ｃｍ 土层中所截留的
ＤＯＣ 占总截留量的 ８４． ０％，红黄壤中这一比例为
７０．２％，而且有 ８６．８％和 ７６．７％的疏水性 ＤＯＣ 也截
留在 ０～４０ ｃｍ 土层中，这表明 ＤＯＣ 在土壤淋溶过
程中大部分的吸附过程发生在 ４０ ｃｍ 以上土层．芳
香性指数也表现出类似的结果，ＤＯＣ 的芳香性指数
在红壤和红黄壤的 ０ ～ ４０ ｃｍ 土层中降幅占 ０ ～ １００
ｃｍ土层的 ８９．５％和 ８７．２％，这是土壤选择性吸附的
结果．初始 ＤＯＣ 在土壤中迁移时，由于上层土壤中
的铁铝氧化物和粘土矿物能优先吸附 ＤＯＣ 中的疏
水性和芳香性大分子物质，并且使一些已被吸附的
亲水性物质通过取代吸附进入到溶液中，使得到达
下层土壤的 ＤＯＣ中易被吸附组分含量减少．红壤和
红黄壤中，淋溶完 ４０ ｃｍ 土层的滤出液中亲水性
ＤＯＣ的比例分别为 ３２．９％和 ３２．３％，显著高于初始
ＤＯＣ中亲水性组分的含量，这降低了 ＤＯＣ 对土壤
的亲和力．因此，尽管 ４０ ｃｍ以下土层中有机碳含量
低，黏粒和铁铝氧化物含量高，未被占据的吸附位点
较多，具有较强的吸附能力，但是 ＤＯＣ 在运移过程
中由于分馏作用导致其化学性质的改变，限制了下
层土壤吸附能力的发挥，所以 ４０ ｃｍ 以下土层截留
了更少的 ＤＯＣ；这表明 ＤＯＣ本身的化学性质比土壤
性质更能影响其在土壤中运移时的吸附行为．土壤
截留的 ＤＯＣ中亲水性组分所占的比例随着土层深
度增加而基本呈上升的趋势也证明了这一点．红壤
和红黄壤中，８０～１００ ｃｍ土层截留的 ＤＯＣ 中亲水性
组分的比例分别为 ３６．６％和 ３３．３％，而在红壤的 ０～
１０ ｃｍ和红黄壤的 １０～２０ ｃｍ土层中则分别为 ７．８％
和 １６．２％，这表明下层土壤吸附了更多的亲水性
ＤＯＣ，这是 ＤＯＣ中疏水性组分和亲水性组分竞争吸
附位点的结果．上层土壤中不仅有机碳含量高，黏
粒、铁铝氧化物含量低，有效吸附位点较少，而且所
接受的 ＤＯＣ中疏水性组分的比例也较高，因此疏水
性 ＤＯＣ迅速抢占了剩余的吸附位点；但在下层土壤
中不仅未被占据的吸附位点较多，而且由于上层土
壤的逐层分馏作用，使得到达下层的 ＤＯＣ 中亲水性
比例增加，亲水性 ＤＯＣ占总截留量的比例随土层深
度增加呈逐渐上升的趋势．Ｋａｉｓｅｒ 等［１４］的报道也表
明，在吸附位点有限的情况下，疏水性 ＤＯＣ 会限制
亲水性 ＤＯＣ的吸附．
限于技术条件，本研究还不能量化淋溶对底层
土壤有机碳的贡献，在以后的研究中，应结合标记技
术明确在更长时间尺度上凋落物 Ｃ 源对矿质土壤
碳库的贡献及其在深层土壤有机碳循环中的作用．
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５９２１５期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 熊　 丽等： 可溶性有机碳在土壤剖面淋溶过程中的分馏　 　 　 　 　 　
ｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒ ｏｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｆｉｒ
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ｓｏｌｖｅｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃａｌｉ⁃
ｆｏｒｎｉａ ｆｏｒｅｓｔ ａｎｄ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｓｏｉｌｓ． Ｂｉｏｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， ２００８，
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［３１］　 Ｋｏｔｈａｗａｌａ ＤＮ， Ｍｏｏｒｅ ＴＲ， Ｈｅｎｄｅｒｓｈｏｔ ＷＨ． Ｓｏｉｌ ｐｒｏｐ⁃
ｅｒｔｉｅｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒ⁃
ｂｏｎ ｔｏ ｍｉｎｅｒａｌ ｓｏｉｌｓ． Ｓｏｉｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ｊｏｕｒ⁃
ｎａｌ， ２００９， ７３： １８３１－１８４２
［３２］　 Ｄａｖｉｓ ＪＡ． Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ
ａｔ ｔｈｅ ｏｘｉｄｅ ／ ｗａｔｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ． Ｇｅｏｃｈｉｍｉｃａ ｅｔ Ｃｏｓｍｏｃｈｉｍｉｃａ
Ａｃｔａ， １９８２， ４６： ２３８１－２３９３
［３３］　 Ｔｉｐｐｉｎｇ Ｅ． Ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ａｑｕａｔｉｃ ｈｕｍｉｃ ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ
ｂｙ ｉｒｏｎ ｏｘｉｄｅｓ． Ｇｅｏｃｈｉｍｉｃａ ｅｔ Ｃｏｓｍｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ， １９８１，
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［３４］　 Ｑｕａｌｌｓ ＲＧ． Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｓｏｌｕｂｌｅ ｏｒｇａｎ⁃
ｉｃ ａｎｄ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｉｎ ｆｏｒｅｓｔ ｓｏｉｌｓ． Ｆｏｒｅｓｔ Ｅｃｏｌｏｇｙ
ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ， ２０００， １３８： ２９－５０
作者简介　 熊　 丽，男，１９８９年生，硕士研究生． 主要从事森
林土壤碳氮循环研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： １３２６７６５０３０＠ ｑｑ．ｃｏｍ
责任编辑　 孙　 菊
６９２１ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷