海南典型水稻土厌氧铁还原特征对DOM分子特性的响应

黄成，吴月颖，吉恒宽，陈丽铭，李倍莹，符传良，李建宏，吴蔚东，吴治澎*

1.海南大学热带作物学院，海南 海口 570228；2.海南大学生态与环境学院，海南 海口 570228；3.海南省农业科学院农业环境与土壤研究所/农业农村部海南耕地保育科学观测实验站/海南省耕地保育重点实验室，海南 海口 571100；4.佛山科学技术学院环境与化学工程学院，广东 佛山 528011

水稻土作为我国主要的耕作土壤，其特殊的厌氧条件使水稻土的有机碳浓度和通量显著高于其他土地利用类型（Wu，2011），固碳潜力高于旱地土壤，是重要的有机碳库，农田中有机碳的固定和累积大部分都来自于水稻土，因此水稻土在全球碳变化中起着重要作用（孙正，2019；刘沛等，2018；Huang et al.，2006），并且水稻土所存在的干湿交替的水文变化条件对研究土壤物理化学变化特征有着重要作用，是研究陆地生态系统生物地球化学过程的理想模型（王季斐，2020；Kögel-Knabner et al.，2010）。水稻土淹水后，氧气的消耗使得土壤存在氧化还原条件，有些微生物可通过有机质作为电子供体，以 NO3−、SO42−、Fe(Ⅲ)作为电子受体进行还原反应，此还原反应对抑制产甲烷过程发挥着重要作用（李红岩等，2011；吴金水等，2015），其中Fe(Ⅲ)氧化物表面与有机物的结合，可能对有机碳的分解起到很重要的影响（Grybos et al.，2009），因此在水稻土淹水条件下，Fe(Ⅲ)的还原对土壤碳的地球生物化学循环有着重要作用（Johnston et al.，2014）。因此研究有机质对土壤Fe(Ⅲ)还原的影响对农业土壤与环境保护有着重要意义。

土壤溶解性有机质（DOM）作为土壤中最活跃的有机碳库，对土壤碳的固定有重要作用，可以与土壤矿物通过络合等方式结合而免于分解（周江敏等，2011），国内外现有的 DOM 研究中，已出现多种方法如红外（FTIR）、紫外（UV-Vis）、三维荧光（3D-EEM）等光谱技术、核磁共振波谱仪（NMR）、质谱仪等可对DOM结构和组成进行表征（吴月颖等，2020；何伟等，2016）。土壤溶解性有机质（DOM）是指能够通过0.45 μm滤膜的一类具有丰富官能团和复杂结构的溶解性有机混合物如胡敏酸、富里酸等，两者是有机质的主要组分（何伟等，2016），DOM的分子量包括从简单的小分子碳水化合物到具有高度复杂的大分子腐殖质（Li et al.，2018），其来源主要是植物根系的分泌物、动植物残体以及微生物分泌物等（许金鑫等，2020）。土壤DOM 是连接陆地、水两大生态系统碳循环的重要纽带（Rasilo et al.，2015），对陆地和水的生物地球化学循环都有着重大的影响，是目前土壤、生态、环境等领域研究的重点和热点（马琦琦等，2020；李睿等，2004）。铁的还原过程即 Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ)，该还原过程可对有机物的矿化产生重大影响（孙正，2019），与此同时土壤有机质又可以影响水稻土Fe(Ⅲ)的还原能力（曲植等，2018），厌氧条件下，在某些厌氧微生物的作用下，土壤DOM其中具有电活性的部分可作为电子供体（Sahrawat，2003；Bi et al.，2013），与电子受体如Fe(Ⅲ)相结合并把自身携带的电子传递给 Fe(Ⅲ)，从而将Fe(Ⅲ)还原为 Fe(Ⅱ)，导致土壤有机碳的厌氧呼吸增强，并且DOM中的类腐殖酸、富里酸，腐殖酸上的醌基在微生物与铁氧化物间的微生物异化铁过程中，其作为电子穿梭体发挥着主要作用（Burgos et al.，2003）。另外，对于不同分子量的 DOM，其含量、组成亦存在差异，决定着DOM在土壤与水环境中经历着不同的生物地球化学过程（阮梦豫，2019）。例如在水体DOM中，类腐殖质荧光物质主要存在于相对分子质量<100×103的有机胶体中（刘娜娜等，2014），而且不同分子量的DOM其芳香性和疏水性也存在差异，由此说明不同的分子量的DOM对环境行为有不同的影响。前人研究中，针对水溶性有机碳对铁还原过程的贡献较多，而对于不同粒径DOM对铁还原的影响的相关文献较少。

DOM 的数量的大小与土壤母质的类别相关，海南省具有典型的热带海洋季风气候，有着多种且复杂的母质种类，其中花岗岩成分最多，然后是玄武岩、砂页岩等，海南省农田土壤用于种植水稻的占地庞大（吕烈武，2020），所以研究海南省不同母质发育水稻土的DOM特征及其与异化铁之间的关系对海南省的水稻田环境具有重要意义，而目前研究热带地区水稻土不同粒径DOM与Fe(Ⅲ)行为的关系却鲜有报道。因此，研究海南典型水稻土中Fe(Ⅲ)的还原与土壤有机碳的关系十分必要。

本课题使用超滤技术进行分级，利用 UV-vis光谱和3D-EEM光谱研究海南岛5种成土母质发育水稻土不同粒径DOM组成差异，运用冗余分析等方法探究不同粒径DOM与厌氧条件下Fe还原之间的关系，为水稻田生态系统固碳和有机质对铁还原机理的贡献提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 采样区特征

采样地区处于海口市、文昌市、琼海市、儋州市，均为热带海洋季风气候，高温多雨且各地年平均气温为22.5—25.6 ℃，试验所采取的5种不同母质发育水稻土分别为：XW 为海口旧州镇玄武岩（19°45′42.48″N，110°24′42.69″E）、HG 为琼海长坡镇花岗岩（19°20′6.76″N，110°36′24.22″E）、SY为儋州番加镇砂页岩（19°19′31.23″N ，109°41′41.89″E）、HXCJ为文昌罗豆农场海相沉积物（19°58′12.40″N，110°39′14.18″E）、HLCJ为儋州东城镇河流冲积物（19°42′13.61″N ，109°27′41.54″E）。

1.2 土壤采集及其基本理化性质测定

2019年8月于上述地点，利用多点取样法对不同母质发育水稻土的0—20 cm耕层进行采取作为土壤样品，待自然风干后过2 mm筛以留备用，土壤的基本理化性质参考鲍士旦（2002）的土壤农化分析进行测定：土壤有机质（DOM）利用重铬酸钾-硫酸测定；有效硅利用乙酸缓冲液浸提-钼蓝比色法，全硅用原子吸收光谱法测定，pH采用 pH计法（水土比为 2.5∶1）；速效氮采用半碱解扩散法；速效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法；利用原子吸收仪测定土壤游离氧化铁，分光光度计测定非晶体氧化铁。5种成土母质发育水稻土基本理化性质见表1。

表1 5种不同成土母质发育水稻土基本理化性质Table 1 Basic physical and chemical properties of paddy soils developed from five different parent materials

1.3 土壤DOM分级与测定

分别取1.2处理的不同母质发育土壤20 g于三角瓶中，向三角瓶中加入100 mL的Milli-Q水（土水比为1∶5），混匀后放入恒温振荡箱中设置转速为200 r·min−1振荡 30 min，随后用离心机设置 4000 r·min−1离心10 min，离心后的上清液即DOM溶液。利用超滤装置将离心后获得的 DOM 溶液过不同孔径的尼龙滤膜，尼龙滤膜孔径依次为0.7、0.45、0.2、0.1 μm、100、10、1 kDa，分离后的DOM溶液密封后放4 ℃环境下避光储存备用。取各粒径的DOM溶液，采用岛津TOC-L型TOC分析仪测定DOC含量。

1.4 光谱测定

将1.3处理后得到的不同分子量的DOM溶液分别进行紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱测定。

紫外-可见吸收光谱：采用紫外-可见分光光度计（Lambda 25 UV spectrometer，PerKinEImer）测定，设定扫描范围：起始波长 800 nm，终止波长220 nm，扫描间隔1 nm，获取指标SUVA254：表征DOM芳香性（王齐磊等，2015）、SUVA260：表征DOM的疏水性（Dilling et al.，2003）。

三维荧光光谱：所选仪器为F-320荧光光谱分析仪（天津港东科技），其中扫描参数的设置参考文献（吴月颖等，2020）；测定指标有：HIX、FI、BIX。腐殖化指数（HIX）表征腐殖化程度（梁俭等，2016；Salve et al.，2012；Birdwell et al.，2010）；荧光指数（FI）可表征DOM的主要来源（Mcknight et al.，2001）。自生源指数（BIX）表征DOM自生源相对贡献（Huguet et al.，2009）。

1.5 不同成土母质发育水稻土Fe(Ⅲ)还原特征

取各母质发育水稻土过1 mm筛，每种土壤称取3.000 g（精确到0.001 g）放入培养瓶中，加入Milli-Q水3 mL模拟淹水厌氧条件，除去培养瓶中氧气，将瓶口密封后至于30 ℃恒温培养箱中培养，定期取样：第 0、1、3、5、8、10、13、16、20、25、30、35、40天。用邻菲罗啉比色法测定每个时期土壤中 Fe(Ⅱ)的含量。利用 Logistics模型对Fe(Ⅲ)还原过程进行表征，模型公式为：

式中：x为培养时间；y为水稻土Fe(Ⅱ)含量；a-Fe(Ⅲ)还原最大潜势；b为模型参数；c为反应速率常数；vmax=0.25ac；最大反应速率对应的时间tvmax=lnb/c

1.6 数据处理和分析

使用Excel整理数据后，利用SPSS 22结合LSD对数据进行差异显著分析，使用Origin 2021作图。采用 CANOCO 4.5软件作冗余分析（redundancy analysis，RDA），描述 DOC不同粒径的各组分与Fe(Ⅲ)还原过程的关系。二维排序中因变量包括a、vmax、tvmax，自变量包括 DOC的荧光光谱特征参数HIX、FI、BIX、DOC各粒径及各组分的荧光强度值。

2 结果与分析

2.1 不同成土母质发育水稻土Fe(Ⅲ)还原特征

5种不同成土母质发育水稻土厌氧培养过程中Fe(Ⅱ)含量变化如图 1所示：不同水稻土厌氧培养过程中Fe(Ⅱ)含量随着淹水时间延长而增加，不同发育水稻土在起始培养阶段 PⅠ（0—3 d）时期迅速升高、PⅡ（3—10 d）时期变化趋势变缓，然后在 PⅢ（10—40 d）时期达到平衡的趋势。并且 5种发育水稻土中，XW发育水稻土中Fe(Ⅱ)含量最高，HG发育水稻土Fe(Ⅱ)含量从第8天起高于SY发育水稻土，5种不同母质发育水稻土 Fe(Ⅱ)含量排序依次为：XW>HG>SY>HLCJ>HXCJ。使用Logistics方程对不同水稻土的Fe(Ⅱ)含量变化过程进行拟合，获得的铁还原特征动力学拟合参数如表2所示：比较不同水稻土厌氧培养过程中 Fe(Ⅱ)含量随着淹水时间变化的 Logistics模型参数发现，XW发育水稻土Fe(Ⅲ)最大还原潜势（a）和最大反应速率（vmax）高于其余4种母质发育水稻土，HXCJ发育水稻土的Fe(Ⅲ)最大还原潜势（a）和最大反应速率（vmax）最低，HG发育水稻土中达到最大反应速率所需时间（tvmax）最长，XW最短。

图1 不同水稻土厌氧培养过程中Fe(Ⅱ) 含量的变化Fig.1 Variations in Fe (Ⅱ) concentrations in submerged paddy soils during anaerobic incubation

表2 水稻土厌氧培养过程中铁还原特征动力学拟合参数Table 2 The Logistic kinetics parameters of microbial Fe (Ⅲ) reduction during anaerobic incubation of paddy soils

2.2 不同成土母质发育水稻土的DOC含量

2.2.1 不同成土母质发育水稻土DOC含量及粒径分布特征

由图2可知，在采集的5种成土母质发育水稻土中，HXCJ发育水稻土的 DOC 含量（0.712 g·kg−1）最高，HLCJ发育水稻土的 DOC 含量（0.644 g·kg−1）次之，XW发育水稻土的DOC含量（0.581 g·kg−1）最低，其排序为：海相沉积物 (HXCJ)>河流冲积物(HLCJ)>砂页岩 (SY)>花岗岩 (HG)>玄武岩 (XW)母质发育水稻土。而且随着培养时间的变化，5种不同成土母质发育水稻土的 DOC含量都呈现降低的趋势。不同成土母质发育水稻土 DOC含量的粒径分布特征如图3所示：不同粒径下，5种成土母质发育水稻土DOC含量分布差异明显，而且随着粒径的减小，各类发育水稻土 DOC含量均呈现上升的趋势。从全量（<0.7 µm）上看5种发育水稻土中 HXCJ的 DOC 含量最高（712 mg·kg−1），XW 发育水稻土的DOC含量最低（581 mg·kg−1）。由图4的不同成土母质发育水稻土 DOC含量百分比的粒径分布特征可得：在5种不同成土母质发育水稻土中，DOC粒径所占百分比以<1 kDa、1—10 kDa、10—100 kDa 3种粒径为主，其中，5种土的粒径均在<1 kDa所占百分比最高，含量排序依次为砂页岩 (53.82%)>花岗岩 (52.39%)>玄武岩(50.18%)>河流冲积物 (48.24%)>海相沉积物(47.24%)，且 5种不同发育水稻土中大粒径 DOC所占百分比均较低。

图2 不同培养阶段下各成土母质发育水稻土DOC含量Fig.2 DOC content of paddy soils with different parent materials at different culture stages

图3 不同成土母质发育水稻土DOC粒径分布特征Fig.3 Grain size distribution characteristics of paddy soils with different parent materials

图4 不同成土母质发育水稻土DOC含量百分比的粒径分布特征Fig.4 Grain size distribution characteristics of DOC content percentage of paddy soils developed from different parent materials

2.2.2 不同成土母质发育水稻土 DOM 紫外-可见光谱及其粒径变化特征

不同成土母质发育水稻土DOM紫外-可见光谱特征值随时间变化如图5所示：随着培养时间的变化，5种不同成土母质发育水稻土的 SUVA254、SUVA260的值呈现下降趋势。如图6不同成土母质发育水稻土DOM各分子量下的紫外-可见光谱特征值分布特征所示，5种不同母质发育水稻土的SUVA254、SUVA260的值随着粒径的减小呈现下降的趋势。

图5 不同成土母质发育水稻土DOM的SUVA254（a）、SUVA260（b）值Fig.5 SUVA254 (a) and SUVA260 (b) values of DOM in paddy soils with different parent materials

图6 不同成土母质发育水稻土下各粒径DOM的SUVA254（a）、SUVA260（b）值Fig.6 SUVA254 (a) and SUVA260 (b) values for each DOM particle size in paddy soils with different parent materials

2.2.3 不同成土母质发育水稻土DOC荧光特性及其粒径变化特征

图7为5类不同母质发育水稻土荧光组分图，从图 7中得出，不同成土母质发育水稻土中的 C1组分荧光强度均高于其他3个组分，且SY发育水稻土的 C1组分最高；XW 发育水稻土的 C2、C3组分荧光强度最高，为别为0.2678、0.2023；HLCJ发育水稻土的C4组分荧光强度最高（0.1667）。5种成土母质发育水稻土的DOM组分在不同分子量中的分布特征如图8所示，不同母质发育水稻土其DOM 组分在不同粒径中含量分布不同，随着粒径的减小，各类母质发育水稻土的荧光组分含量占比均增大。4种荧光组分的含量均在<10 kDa粒径中有较多占比。XW、HG发育水稻土的C3组分含量在1—10 kDa粒径中占比最大，C1、C2、C4组分含量在<1 kDa粒径中占比最大，SY、HXCJ、HLCJ发育水稻土的4个荧光组分均在<1 kDa粒径中占比最大。

图7 不同成土母质发育水稻土DOM荧光组分分布图Fig.7 Distribution of fluorescence components in DOM of paddy soils with different parent materials

图8 不同成土母质发育水稻土不同粒径下DOM荧光组分百分比分布图Fig.8 Percentage distribution of DOM fluorescence components in paddy soils with different grain sizes under different parent soils

在图9不同成土母质发育水稻土DOM各组分的荧光强度随时间变化过程中可得，在培养过程中，5类发育水稻土的C1组分均呈现增高的趋势，C2组分基本上不变，C3组分呈现下降趋势，C4组分在0—3天升高、在3—40 d呈现下降趋势，其中C1、C2、C3属于类腐殖质组分，有较高的分子量和高芳香性基团，C4为类蛋白质组分。不同母质发育水稻土中DOM 荧光光谱的扫描参数如图 10所示，由图可得：从全量上看（<0.7 µm），5种母质发育水稻土的BIX值处于0.53—0.77之间，FI荧光指数处于 1.39—1.71；HIX（腐殖化系数）为 1.54—2.11。5种成土母质发育水稻土的自生源指数（BIX）值，除了SY发育水稻土之外均在最小粒径<1 kDa处取最大值；荧光指数（FI）值除SY岩、HLCJ发育水稻土之外均在最小粒径处取最大值；腐殖化指数（HIX）值，XW在<0.2 µm、HG在<100 kDa、SY 在<0.45 µm、HXCJ在<10 kDa、HLCJ在<0.7 µm 最大。

图9 各发育水稻土DOM中4种组分荧光强度Fig.9 Fluorescence intensities of 4 components in DOM of various developed paddy soils

2.3 不同成土母质发育水稻土 Fe(Ⅲ)还原特征与DOM的冗余分析

对不同培养阶段 5种不同母质发育水稻土的Fe(Ⅲ)还原特征参数和 DOC的荧光特性参数及组分进行冗余分析，结果如图11所示，其中0.7表示为粒径在0.45—0.7 µm范围各组分及光谱参数，其中BIX、HIX、FI的0.7表示为<0.7 µm粒径，C1、C2、C3、C4表示为粒径<1 kDa范围对应的各组分及光谱参数。在初始阶段，5种母质发育水稻土的DOM组分及参数与Fe(Ⅲ)还原特征参数冗余分析结果中：前两个排序轴共同解释了51.1%且第一排序轴解释了28.9%，Fe(Ⅲ)还原潜势a与SUVA254、SUVA260、<0.7 µm、<1 kDa粒径下的HIX值有正相关关系，且a与小于0.7 µm粒径下的HIX值相关性最大，铁还原最大反应速率 vmax与 SUVA260值呈正相关，达到最大反应速率所需时间 tvmax与<1 kDa粒径下的C1组分成正相关。对不同水稻土铁还原时期（PⅠ、PⅡ、PⅢ）的ΔFe(Ⅱ) 及ΔFe(Ⅱ)含量变化速度V与DOM组分及参数进行RDA分析：在PⅠ阶段第一排序轴的解释度为93.8%，0.45—0.7 µm粒径下的C2组分、<1 kDa粒径下的C4组分与第一排序轴关系最密切，ΔFe(Ⅱ)和V与0.45—0.7 µm粒径下的C2组分、<1 kDa粒径下的C4组分呈正相关；PⅡ时期第一排序轴解释度为100%，0.45—0.7 µm粒径下的C1组分关系最密切，ΔFe(Ⅱ)和V与C1和<1 kDa的C4组分呈正相关；而在PⅢ阶段第一排序轴解释度为100%，仍是0.45—0.7 µm粒径下的 C1组分关系最密切，ΔFe(Ⅱ)和V与0.45—0.7 µm粒径下的C1、<1 kDa的C3组分呈正相关。

3 讨论

3.1 不同母质发育水稻土的Fe(Ⅲ)还原特征

根据Fe含量随时间的变化图，0—10 d Fe(Ⅱ)含量变化剧烈，处于氧化还原阶段；10—40 d Fe(Ⅱ)含量变化趋于平缓，说明 Fe还原反应完成，该结果与索慧慧（2019）研究的生物炭对水稻土 DOM及厌氧铁还原的影响中铁含量变化相似。在厌氧培养的第3天，XW、SY、HLCJ发育水稻土的Fe(Ⅱ)含量为3.01—6.16 mg·g−1，为对应非晶态氧化铁含量的51.76%—57.14%；而在厌氧培养的第5天，剩余的 HG、HXCJ发育水稻土的 Fe(Ⅱ)含量为 3.48—3.95 mg·g−1，为对应非晶态氧化铁含量的51.10%—64.56%，表明非晶态氧化铁被还原的量已经超过了一半；在厌氧培养40 d时，除了HXCJ发育水稻土外，其余各母质发育水稻土的 Fe(Ⅱ)含量处于4.78—8.45 mg·g−1之间，为对应非晶态氧化铁含量的85.51%—98.45%。表明其中的非晶态氧化铁的含量大部分被还原，而 HXCJ发育水稻土的 Fe(Ⅱ)（3.69 mg·g−1）在第40天只还原了68.46%，一方面由于母质的原因，导致不同水稻土的游离氧化铁及非晶体氧化铁的含量有差异，使得微生物对Fe(Ⅲ)还原能力存在着明显差异，因此在铁还原过程中对Fe(Ⅲ)还原 Fe(Ⅱ)的贡献度也不同，玄武岩在风化过程中更多的硅酸盐不断析出，铁铝聚集从而使其本身含有较高的铁含量（陈志诚等，2003；贾蓉，2017）；另一方面 DOC可作为电子供体或电子穿梭体对Fe(Ⅲ)还原起作用，但5种水稻土中，虽然HXCJ水稻土拥有最高的土壤有机质含量，但是其铁还原能力最低，易维洁等（2010）的研究提到当微生物以有机碳作为唯一碳源时，铁还原效率并不高，而且曲植等（2018）的研究发现铁还原与DOC含量之间并没有显著的相关性，其次，在本研究中除HLCJ水稻土外，HXCJ水稻土DOC中的类腐殖酸组分最低，导致其对铁还原过程的作用亦降低，因此综上所因，XW水稻土的铁还原能力最大。

3.2 不同母质发育水稻土下各粒径土壤DOC含量及光谱特征差异

5种不同母质发育水稻土的 DOC含量均以小粒径占主体，并且在随着粒径的逐渐减小，其所含DOC含量比重越大，其中在<1 kDa所占比例最高，在水稻田的微环境中，细菌先是会消耗生物利用性高的DOC，而不易被微生物降解的DOC就会在小分子有机物中得到积累从而导致小粒径中含有高含量的DOC（Amon et al.，1996），以至于荧光组分含量亦在小粒径中得到更多的积累，5种不同母质发育水稻土中C1、C2、C3属于类腐殖质组分，有较高的分子量和高芳香性基团，因此 5种土的SUVA254、SUVA260的值都很高，这与李雅妮等（2020）在研究水体溶解有机质分子量分布中，DOC浓度在HMW（<1 kDa）占比最高这一结果类似。从全粒径上看（<0.7 µm），HXCJ、HLCJ水稻土的DOC含量要高于其余3种发育水稻土，可能是二者的微生物群落高于其余水稻土，大量的微生物在厌氧条件下活动产生小分子有机酸使土壤 DOC含量增加（梁俭等，2016），而在淹水条件下，氧气的缺乏使土壤呈现还原性，Fe(Ⅲ)会在微生物的活动下被还原为 Fe(Ⅱ)，在此过程中 DOC会分解成为 Fe的有机配体，有机配体作为电子传递体或者电子供体与铁氧化物结合转移电子使Fe(Ⅲ)被还原（孙正，2019；许伟，2009），因此随着时间的变化，各母质发育水稻土的DOC含量均下降。

对DOM不同分子量角度来说，随DOM分子量的减小，BIX、FI值略微升高，HIX值却降低，这意味着小粒径DOM拥有更低的腐殖化程度，与本文研究的不同粒径下的 SUVA254、SUVA260的结果一致，随着培养时间的变化，5种不同母质发育水稻土的芳香性以及疏水性值呈现下降趋势，且SUVA254、SUVA260的值随着粒径的减小亦呈现下降的趋势，这与吴月颖等（2020）研究结果一致。类腐殖酸组分中的酚醌类基团拥有电子转移的能力，在 RDA分析中可知，类腐殖酸组分与铁还原之间有着显著的正相关关系，该组分又被微生物作为唯一碳源利用（Pan et al.，2016），作为电子供体促进 Fe(Ⅲ)被还原，因此随着时间的变化，Fe(Ⅱ)含量升高而类腐殖酸组分降低。

3.3 不同母质发育水稻土 Fe(Ⅲ)还原特征的影响因素

在初始阶段Fe(Ⅲ)还原潜势a与HIX、SUVA254成正相关，表明土壤中HIX、SUVA254都对其铁还原过程具有贡献，SUVA254的值随着培养时间的变化一直在下降，但其与ΔFe(Ⅱ)的相关性却越来越高，表明疏水组分越少时越有利于铁的还原。与此同时，随着培养时间的增加，Fe(Ⅲ)还原潜势 a与C1组分越来越相关，C1组分为陆源类腐殖质组分，C1的值随时间变化而增加，表明陆源类腐殖质组分有利于铁的还原，而且小粒径的C1组分贡献度更大，Fe(Ⅲ)还原潜势a与小于0.7 µm粒径下的HIX值相关性最大，其相关性要高于<1 kDa粒径下的HIX，说明 DOM 粒径的大小影响着 Fe(Ⅲ)还原。在初始阶段下，tvmax值始终与<1 kDa粒径的C1组分成正相关，vmax始终与<1 kDa粒径的HIX相关性最大，除HIX值外，SUVA254与铁还原潜势存在正相关关系，可以理解为腐殖质通过充当电子穿梭体来调控Fe(Ⅲ)的还原（索慧慧，2019）。随着培养时间的进行，Fe(Ⅱ)含量的变化也受不同因素的影响，PI阶段主要受0.45—0.7 µm粒径下的C2组分、<1 kDa粒径下的 C4组分的影响，表明在该阶段Fe(Ⅱ)含量的变化主要受类腐殖质和类蛋白的影响较大；PⅡ阶段主要受<1 kDa粒径的C4、C1组分的影响，表明该阶段陆源类腐殖质和类蛋白组分对铁还原过程的贡献度较大；PⅢ阶段主要受 0.45—0.7 µm粒径下的C1、<1kDa的C3组分的影响，即土壤中的类腐殖质组分对铁还原过程有重要作用，而且小粒径的类腐殖质组分相比大粒径来说对水稻土铁还原过程有更大的贡献度，C1、C2、C3均属于类腐殖质组分，通过研究其氧化还原电位和电子转移情况可以得出，腐殖质在微生物介导的Fe(Ⅲ)还原过程中可以充当电子载体，将电子传递给Fe(Ⅲ)实现铁还原的过程（姜杰等，2015），不同水稻土 3个铁还原阶段都受到了类腐殖质的影响，而且类腐殖质组分在小粒径（<1 kDa）中占比最大，换而言之小粒径中存在更多电子载体可以与铁化合物结合从而传递电子以达到还原作用，因此小粒径的类腐殖质对铁还原过程要表现出更大的贡献。有研究表明腐殖质本身具有的醌基扮演者传递电子的角色，而一些醌类物质也可以提供相同的作用，而本研究中得到的荧光组分C1、C3组分也属于氧化态醌类物质，因此更加证实该两种组分在铁还原过程中的作用（许志诚等，2006；Scott et al.，1998）；在厌氧铁还原过程中，微生物先将电子传递给腐殖质，具有带电活性的腐殖质作为有机配体与Fe(Ⅲ)结合后将电子传递出去，失去电子的腐殖质则被氧化后再一次得到电子后又可以被还原，进而继续传递电子给Fe(Ⅲ)，因此在铁呼吸过程中，腐殖质的数量起到关键性作用，其反复使用对铁的还原起到重大作用。

4 结论

（1）不同母质发育水稻土的Fe(Ⅱ)含量变化有着显著差异，而且不同母质发育水稻土Fe(III)最大还原潜势也不同，5种水稻土中XW发育水稻土含有最大的氧化铁含量，其Fe(III)最大还原潜势最大。

（2）不同母质发育水稻土的 DOC均在最小粒径（<1 kDa）含量最多，由DOC荧光光谱特征鉴定出2个陆源、1个类腐殖酸和1各类蛋白荧光组分，其来源以外源输入为主，内源输入为辅，且腐殖化程度较低，较易被微生物利用。

（3）HIX、SUVA254、C1组分可促进水稻土铁还原过程，而且随着时间的变化，ΔFe(Ⅱ)含量会受到不同DOM组分的影响，由PI阶段的C4组分到PII阶段的C4、C1组分到PIII阶段的C1、C3组分，且小粒径的C3、C4组分（<1 kDa）对铁还原的贡献要大于0.45—0.7 µm粒径的其他DOM组分，表明小粒径DOM在铁还原过程中扮演者重要的角色。