乡村小流域不同土壤景观表土有机质团聚体分布与分子组成变化

【目的】探讨丘陵山区乡村不同土壤景观表土有机质积累的团聚体分布及其化学组成的变化,为认识自然条件和人为利用下土壤有机质的空间变化特点提供新视角。【方法】选取江苏省南京市溧水区芳山小流域内保护林地、园地、旱地和稻田等景观样地,采集0—20 cm土壤样品,分析有机碳(SOC)总量。将土壤样品通过湿筛法分出宏团聚体(2000~250μm)、微团聚体(250~53μm)和粉黏粒(<53μm) 3个粒径组,测定其中有机碳含量,计算土壤中各团聚体结合态碳的比例。再者,对土壤样品依次进行总溶剂(TSE)提取,碱水解(BHY)提取和氧化铜氧化(CUO)提取,分别主要得到游离脂、结合态脂和木质素酚,采用气相色谱–质谱联用仪(GCMS)测定各组分中生物标志物有机分子丰度,计算分子多样性指数。【结果】与林地相比,园地、旱地和稻田表土本体有机碳含量分别降低70%、57%和51%,其中宏团聚体结合有机碳的含量分别降低了85%、81%和71%,微团聚体结合有机碳分别降低了74%、79%和67%,粉黏粒结合有机碳则分别降低了48%、18%和3%。表土中提取得到游离态脂类、结合态脂类和木质素酚类的有机分子丰度分别介于2.24~6.74、4.81~14.87和3.51~6.16 mg/g SOC;不同土壤景观间,这些提取态生物标志物分子丰度的变化趋势均表现为林地>稻田>园地>旱地。而木质素酚类丰度表现为林地和稻田相近。相对于林地,园地、旱地和稻田的脂肪酸丰度、烷醇、甾类及萜类等生物标志物分子丰度显著降低,但烷烃分子丰度明显增加,同时微生物来源有机质对土壤有机质的贡献提高;林地及园地土壤中结合态脂类组分以羟基酸丰度较高,而旱地和稻田则以烷酸为主。通过计算的生物标志物分子多样性指数的变化,发现游离态脂类和结合态脂类是林地和稻田高于旱地和园地,而木质素酚是稻田高于旱地,旱地又高于园地和林地。【结论】自然林地和农用地土壤的有机碳含量和团聚体结构具有较大差异,在提取态有机分子的组成上也具有不同的组成特征。林地土壤有机碳含量高,宏团聚体、微团聚体和粉黏粒比例均衡,有机碳的团聚体分配也均衡,而且有机质主要以植物源有机碳为主,具有碳链长、分子多样性高等特点。因之,稳定性也高。相反,园地、旱地的有机碳总量低,宏团聚体和微团聚体趋于分解,团聚体结合态有机碳显著减少,而且结合态和游离态脂类有机分子的多样性均显著降低,微生物来源有机碳对土壤有机碳的贡献更高。而稻田土壤有机碳和分子多样性均高于旱地及园地。因此,合理的土壤管理特别是有机物料的投入是提高农地土壤健康程度的重要途径。