周丛生物腐解驱动水稻土溶解性有机质、铁、磷转化及耦合

吴丽蓉,宫丽娜,刘俊琢①,吴永红

(1.土壤与农业可持续发展国家重点实验室/ 中国科学院南京土壤研究所,江苏 南京 210008;2.中国科学院大学,北京 100049)

周丛生物(periphytic biofilms)是由藻类、细菌和非生物物质交织在一起组成的微生物聚集体,广泛生长在稻田表层土壤与田面水交界处,并在土-水界面养分转化中发挥着重要作用[1-2]。周丛生物在生长过程中通过同化、吸附等方式来固持碳、氮、磷等养分,而在烤田环境下,周丛生物凋亡、腐解,将其固持的养分释放到土壤中,并改变土壤pH、氧化还原电位(Eh)、土壤有机质组成及土壤团聚体结构等理化性质[3-4]。在周丛生物凋亡、腐解阶段,其固定的碳、氮、磷等养分释放到土壤中,补充土壤有机碳库,减少稻田养分损失[5]。同时,释放的有机物易被土壤微生物降解,导致土壤中O2、Fe3+等电子受体被消耗,降低土壤Eh,影响土壤中铁的氧化还原过程,并伴随土壤磷形态及生物有效性变化[6-7]。然而,目前关于周丛生物对稻田环境影响的研究主要关注周丛生物生长过程[1],周丛生物质腐解过程中土壤有机碳和不同形态磷的变化及它们之间的相互作用仍有待进一步研究。

溶解性有机质(dissolved organic matter, DOM)虽然占土壤有机质不到2%,但却是其中最活跃、最易被利用的组分[8]。在水稻土中,DOM不仅直接参与多种生物化学转化过程,而且是土壤微生物的活动能源,在土壤碳循环中具有重要作用。周丛生物在生物质腐解过程中会向土壤中释放有机物,丰富土壤有机碳组分[4]。现有研究表明DOM与铁之间存在螯合、吸附、络合和共沉淀等多种作用,因此DOM可以通过多种方式影响铁形态[9]。此外,土壤DOM在提高磷的生物有效性中起着主要作用,LI等[10]研究表明土壤DOM腐殖化程度的增加会降低土壤矿物对磷的最大吸附能力。

铁作为土壤中含量最高且氧化还原性质活跃的金属元素,在土壤中主要存在形态为各种氧化铁,按化学方法可分为无定形氧化铁(Feo)和游离态氧化铁(Fed)[11]。通常可用无定形氧化铁含量与游离态氧化铁含量的比值(Feo/Fed)作为衡量氧化铁活化度的指标,反映土壤中铁氧化物的转化情况[12]。一般Feo/Fed值与土壤有机质含量呈正相关关系,且土壤氧化铁活化后对磷酸根有强烈的吸附作用[13]。周丛生物在腐解过程中会塑造土壤还原环境,显著促进Fe3+还原[5]。而土壤中磷的有效性在很大程度上受铁形态转化的制约,当Fe3+还原为Fe2+时,土壤氧化铁形态和结晶度发生改变,氧化铁闭蓄的无机磷及铁磷游离度增加,从而增加土壤中磷的生物有效性[14]。由于Feo的最大磷吸附容量和吸附强度均远大于Fed,因此Feo/Fed值越大,磷的生物有效性就越高[15]。同时,DOM会与无机磷竞争铁的吸附位点,从而影响土壤磷的有效性。磷是作物生长的必要元素,但磷在土壤中易被固定,使其活性降低,因此磷的有效性是限制作物生长的主要因素之一。土壤中磷酸铝盐(Al-P)和磷酸铁盐(Fe-P)是有效磷的重要潜在供给源,而土壤中DOM和铁的变化均会对土壤中Al-P、Fe-P产生影响,从而改变土壤中磷的有效性[16]。

前期研究[4]表明,周丛生物生物质的腐解会增加土壤中溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)含量,尤其是类腐殖质和类蛋白质物质含量,同时也会改变土壤中水溶性磷等不同形态磷含量。但目前对于周丛生物腐解过程如何影响土壤中DOM组分、铁和磷的形态转化以及碳、铁、磷之间的耦合关系尚不清楚。利用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)表征土壤DOM分子组成,通过开展微宇宙实验向水稻土中添加不同量的周丛生物,研究周丛生物腐解对土壤DOM组分、Fe2+含量、Feo/Fed值、不同形态磷含量的影响特征,并分析DOM、铁和磷之间的相互关系,以便更加深入地了解周丛生物腐解对土壤中DOM、铁、磷耦合过程的影响,为利用周丛生物提高土壤中磷的生物有效性提供理论依据。

本文研究结果显示,实施优质护理服务模式的观察组患者的骨折愈合时间显著短于实施常规护理的对照组,关节功能恢复情况也显著优于对照组,观察组的护理满意度显著优于对照组,差异均有显著统计学意义(P<0.05)。该研究结果与相关文献[5]报道相符。综上所述,应用优质护理服务模式对骨折患者进行护理干预,促进骨折愈合,能够显著提高患者的骨折恢复优良率,值得临床上广泛应用。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

为揭示周丛生物腐解对土壤DOM组分、Feo/Fed值及磷的生物有效性的影响,通过添加不同量的周丛生物进行微宇宙实验。供试土壤采集于安徽芜湖镜湖区蒋家山常年种植水稻的稻田0～30 cm耕层土壤,土壤理化性质:pH为7.14±0.03,土壤总有机碳(TOC)含量为(16.13±0.36) g·kg-1,全氮含量为(1.95±0.14) g·kg-1,全磷含量为(874.08±8.18) mg·kg-1。将采集的新鲜土壤置于阴凉处风干后挑出植物根系、石块等非土壤部分,研磨过1 mm孔径筛备用。周丛生物则是利用细胞刮刀从安徽芜湖水稻田的土-水界面采得,并冷藏带回实验室。为了得到足量、稳定、均一的周丛生物,在温室条件下以工业用软海绵为载体接种周丛生物,并定期按每1 L溶液添加1 mL Woods Hole培养基(WC)[17]的比例提供周丛生物生长所需营养元素,以备扩大培养之用。刮取培养后的周丛生物并离心,备用。周丛生物理化性质:含水率w为(94.91±0.32)%,TOC含量为(411.01±68.84) g·kg-1(以干重计),全氮含量为(56.24±6.14) g·kg-1(以干重计),全磷含量为(7.07±0.26) g·kg-1(以干重计)。

为模拟稻田烤田初始阶段土壤环境,称取60 g风干土壤置于结晶皿(直径为90 mm)中,并加入80 mL蒸馏水搅拌均匀,使得土壤水分状况达到含水饱和至浅水层之间,随后向土壤表层分别添加0、2、4、6、8和10 g周丛生物,对照组则不添加周丛生物,每个处理设置6个平行,同时将第1天土样作为起始样(为了排除加水后处理组产生的变化,设定起始样)。将结晶皿用锡箔纸包裹置于26 ℃恒温培养箱中培养,全程无光照,模拟烤田,使周丛生物自然腐解。根据周丛生物质的腐解程度,分别在14和28 d时采集每组处理3个平行样中的土样,土壤冷冻干燥研磨后过0.15 mm孔径筛用于后续指标测定。

1.2 测定指标及方法

土壤TOC含量采用重铬酸钾容量法-外加热法[18]107测定。土壤全磷(TP)含量采用氢氧化钠熔融,硫酸钼锑抗比色法测定;土壤有效磷(Olsen-P)含量采用碳酸氢钠净提,钼锑抗比色法测定;土壤无机磷〔Fe-P、Al-P和磷酸钙盐(Ca-P)〕含量采用不同净提能力的化学浸提剂,将无机磷酸盐加以逐级分离,再用钼锑抗比色法[18]56测定。Fe2+含量通过2,2′-联吡啶分光光度法测定;土壤Feo和Fed含量分别采用草酸-草酸铵溶液和连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-重碳酸氢钠溶液提取,邻菲罗啉比色法[18]60测定。取3 g土壤溶于15 mL超纯水,并振荡离心,随后将上清液过0.45 μm孔径滤膜,使用总有机碳分析仪(TOC-LCPH,岛津)测定DOC含量[19]。

添加周丛生物处理Feo/Fed也有所增加(图2)。当周丛生物腐解14 d时,对照组土壤Feo/Fed值为1.21±0.11,而添加周丛生物处理均高于对照组,最高为1.56±0.08(周丛生物添加量为8 g),相较于起始样增加130.44%。随腐解时间增加,对照组Feo/Fed值显著降低(P<0.05),下降到0.81±0.04,而除添加8 g周丛生物处理外,其他添加周丛生物处理变化不显著。Feo/Fed值的变化主要是由Feo含量变化导致。当周丛生物腐解14 d时,由于土壤氧化还原状态改变,Feo含量增加,土壤吸附和还原作用增强;当腐解28 d时,与Fe2+含量变化规律不同,各处理Feo含量均有所下降,对照组下降最明显,这表明周丛生物腐解可在一定程度上维持土壤Feo/Fed值。

和田所处的南疆地区脱贫攻坚存在贫困面积广、脱贫难度大、生态环境脆弱、工业化城镇化水平低、社会发展滞后等诸多制约，是新疆扶贫攻坚的重点和难点，此次捐助将用于喀什塔什乡基础设施建设，助力当地扶贫攻坚。

将FT-ICRMS光谱绝对峰强度归一化为相对峰强度,并根据分子式计算元素比、芳香指数(modified aromatic index,AI)和H/C值。基于DOM化合物的特性,将DOM分子简单分类为惰性组分(H/C<1.5)和不稳定组分(H/C≥1.5),或详细分类为木质素类(lignin-like)(O/C=0.1～0.67,H/C=0.7～1.5,AI<0.67)、单宁类(tannin-like)(O/C=0.67～1.2,H/C=0.5～1.5,AI<0.67)、稠环芳烃类(condensed aromatic-like)(O/C=0～0.67,H/C=0.2～0.7,AI≥0.67)、不饱和烃类(unsaturated hydrocarbon-like)(O/C=0～0.1,H/C=0.7～1.0)、脂质类(lipid-like)(O/C=0～0.3,H/C=1.5～2.0)、碳水化合物类(carbohydrate-like)(O/C=0.67～1.2,H/C=1.5～2.0)和蛋白质/氨基糖类(protein/aminoacid-like)(O/C=0.3～0.67,H/C=1.5～2.2,N/C≥0.05)等物质[20-21]。

为了查明在周丛生物腐解情况下土壤中DOM、铁和磷的耦合关系,对土壤理化性质进行主成分分析(PCA)和相关性分析。其中,根据DOM各组分相对丰度及变化程度选择单宁类、木质素类和脂质类物质作为DOM的重要组分进行分析。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2019处理原始数据,所有结果用平均值±标准差表示。采用SPSS 22.0进行单因素方差分析(ANOVA)后,采用最小显著差数(LSD)法进行多重比较(P<0.05)。采用R的vegan包[25]进行PCA分析,首先对原始数据进行标准化处理,然后计算相关系数矩阵、特征值和特征向量,最后选择主成分1(PC1)和主成分2(PC2),计算综合评价值,并作图。采用R的vegan包进行Pearson相关性分析,计算各指标之间的相关性。

周丛生物腐解增加了土壤DOC含量,同时也改变了土壤DOM组分(图1)。周丛生物腐解14 d时,除添加2 g周丛生物处理外,其他添加周丛生物处理土壤DOC含量相较于对照均显著增加(P<0.05),且相较于起始样增加20.30%～77.28%,而对照仅增加2.11%,其中,添加10 g周丛生物处理土壤DOC含量最高,为(0.78±0.02) g·kg-1。周丛生物腐解28 d时各处理土壤DOC含量均低于14 d时,但土壤DOC含量随周丛生物添加量增加而增加,且添加8和10 g周丛生物处理DOC含量显著高于其他处理(P<0.05),这表明周丛生物腐解增加了土壤DOC含量。

2 结果与分析

2.1 周丛生物腐解过程对土壤DOC含量和DOM组分的影响

在抚育管理方面，林地间作不科学、不合理；林地抚育管理不及时，管理经营粗放，导致原有油茶林地灌木和杂草疯狂生长，造成与油茶争光、争水、争养分，使得油茶长势颓废不健壮、欠佳。

由PCA及相关性分析可知,土壤中铁的还原性与磷形态转化有着密切联系,同时,周丛生物腐解改变了土壤DOM组分,而DOM不同组分也在不同程度上影响铁的还原性和磷的形态。

英文大写字母不同表示周丛生物腐解14 d时各处理间土壤DOC含量差异显著,英文小写字母不同表示周丛生物腐解28 d时各处理间土壤DOC含量差异显著,*表示同一处理不同腐解时间之间土壤DOC含量差异显著(P<0.05)。

各处理土壤中惰性DOM组分相对丰度为63.76%～79.42%(图1)。当周丛生物腐解14 d时,各处理土壤DOM中单宁类、稠环芳烃类和碳水化合物类物质相对丰度相较于起始样均有所增加,且添加周丛生物处理增加更多,而木质素类物质则有所减少。其中,对照组木质素类和单宁类物质相对丰度分别为44.32%和19.84%,添加8 g周丛生物处理与对照差别最大,其木质素类和单宁类物质相对丰度分别为28.90%和29.57%。当周丛生物腐解28 d时,添加周丛生物处理土壤DOM中单宁类和碳水化合物类物质相对丰度高于对照组,而木质素类和脂质类物质相对丰度则低于对照组。综上所述,周丛生物腐解过程存在土壤DOM组分转化,最明显的是单宁类物质相对丰度增加,而木质素类物质相对丰度降低。

2.2 周丛生物腐解过程对土壤Fe2+及Feo/Fed的影响

由图4可知,PCA分析结果表明对照组与添加周丛生物处理之间土壤理化性质存在差异,说明周丛生物腐解对土壤中DOM、铁、磷均有影响。当周丛生物腐解14 d时,各处理间DOC含量、木质素类物质相对丰度、单宁类物质相对丰度、Fe-P含量、Fe2+含量和Feo/Fed值存在明显差异;而当腐解28 d时,各处理之间差异主要表现在DOC含量、单宁类物质相对丰度、Al-P含量、Fe2+含量和Feo/Fed值上。此外,在周丛生物腐解不同阶段,土壤木质素类物质相对丰度、脂质类物质相对丰度和Fe-P含量也存在明显差异。

同一幅图中,英文大写字母不同表示周丛生物腐解14 d时各处理间某指标差异显著,英文小写字母不同表示周丛生物腐解28 d时各处理间某指标差异显著,*表示同一处理不同腐解时间之间某指标差异显著(P<0.05)。

DOM分子组成采用FT-ICR MS测定。具体而言,将2 g土样与20 mL超纯水混合,在(25±1) ℃条件下振荡8 h后,将上清液通过0.22 μm孔径纤维素酯膜过滤,得到上清液DOM,并用1 mol·L-1盐酸将样品溶液pH调节至2.0。首先将SPE柱(Agilent Bond Elut PPL,500 mg,6 mL)先后用甲醇(色谱纯)和0.01 mol·L-1盐酸淋洗活化,然后向柱子中缓慢加入一定量样品(为了达到送样标准,根据样品DOC浓度及浓缩时损失率50%计算样品体积,要求最后DOM质量浓度约为100 mg·L-1),样品流完后加入0.01 mol·L-1盐酸淋洗柱子,以除去盐分。最后用甲醇洗脱,收集洗脱液并用氮吹至甲醇完全挥发得到浓缩样品。样品在-20 ℃冰箱内保存,并在FT-ICR MS测量前采用1 mL甲醇溶解。样品用Bruker公司SolariX型FT-ICR MS检测、校正,匹配分子式。最后对初步结果进行进一步筛选,保留m/z值为100～800 Da的质谱峰,并计算各分子式的H/C和O/C值,保留0.3

2.3 周丛生物腐解过程对土壤磷组分的影响

周丛生物腐解促进土壤磷转化,增加土壤中磷有效性。各处理土壤Olsen-P含量在周丛生物腐解14 d时相较于起始样均显著增加(P<0.05),但28 d时Olsen-P含量有所减少,且对照组减少最多,下降(11.24±2.51) mg·kg-1(图3)。当周丛生物腐解28 d时,添加周丛生物处理土壤Olsen-P含量均高于对照组,最高为(64.21±5.07) mg·kg-1(周丛生物添加量为10 g)。这说明周丛生物腐解有利于增加土壤中磷有效性。

Ca-P、Fe-P和Al-P分别为磷酸钙盐、磷酸铁盐和磷酸铝盐。同一幅图中,英文大写字母不同表示周丛生物腐解14 d时各处理间某指标差异显著,英文小写字母不同表示周丛生物腐解28 d时各处理间某指标差异显著,*表示同一处理不同腐解时间之间某指标差异显著(P<0.05)。

相较于Olsen-P,土壤中Fe-P和Al-P变化幅度较大。由图3可知,当周丛生物腐解14 d时,添加6、8和10 g周丛生物处理土壤无机磷含量高于对照组,而添加2和4 g周丛生物处理低于对照组,各处理之间差别主要在Al-P和Fe-P含量上。添加周丛生物处理土壤Al-P含量均显著高于起始样(P<0.05),最高值为(149.84±10.45) mg·kg-1(周丛生物添加量为10 g)。就Fe-P含量而言,周丛生物添加量越多,Fe-P含量越高,但只有添加8和10 g周丛生物处理土壤Fe-P含量高于对照。而当周丛生物腐解28 d时,添加周丛生物处理土壤无机磷含量均高于对照,Al-P含量相较于腐解14 d时均显著减少(P<0.05)。同时,对照组土壤Fe-P含量减少,而添加周丛生物处理土壤Fe-P含量均增加,其中,添加4 g周丛生物处理增加量最多,增加(125.74±19.14) mg·kg-1。这表明周丛生物腐解对土壤中磷形态的转化有较大影响。

就土壤中铁而言,周丛生物腐解后土壤Fe2+含量和氧化铁还原性显著增加。未添加周丛生物处理土壤Feo/Fed值与起始样有明显差异,这是因为试验初始向干土中添加蒸馏水,使土壤从干土状态变为淹水状态,处于厌氧环境,铁对氧化还原环境非常敏感,因此Feo/Fed值增加,但腐解28 d时,土壤Feo/Fed值显著下降。而添加周丛生物处理Fe2+含量显著高于对照组,且Feo/Fed值变化趋势也不同,这表明土壤中铁形态的变化不仅受到淹水条件影响,更多的是受到周丛生物腐解的影响。

2.4 周丛生物腐解对DOM、铁和磷耦合的影响

周丛生物腐解过程中土壤Fe2+含量显著增加,Feo/Fed值增加,土壤还原性增强(图2)。当周丛生物腐解14 d时,对照组土壤Fe2+含量无明显变化,为(0.10±0.002) g·kg-1,而添加周丛生物处理Fe2+含量均显著高于对照组(P<0.05),添加8 g周丛生物处理Fe2+含量最高,为(0.60±0.08) g·kg-1,是起始样的3.05倍。这说明周丛生物腐解过程显著增加土壤Fe2+含量。当腐解28 d时,除添加8 g周丛生物处理外,其他添加周丛生物处理土壤Fe2+含量相较于14 d时均显著增加,也显著高于对照(P<0.01),最高为(0.76±0.08) g·kg-1(周丛生物添加量为6 g)。这表明周丛生物腐解改变了土壤中氧化还原状态,促使土壤中铁转化,从而使得Fe2+含量增加。

Fe-P为磷酸铁盐,Al-P为磷酸铝盐,Olsen-P为土壤有效磷,TP为土壤全磷,Feo/Fed为氧化铁活化度,DOC为溶解性有机碳。*表示P<0.05,**表示P<0.01,***表示P<0.001。

由图4可知,相关性分析结果表明Fe2+含量与Fe-P和TP含量之间均呈显著正相关,而Feo/Fed值与Al-P含量之间呈显著正相关,说明土壤中Fe形态的变化直接影响不同形态磷含量及转化。DOM中单宁类、木质素类和脂质类物质相对丰度与土壤中铁和磷均呈显著相关,其中,单宁类物质相对丰度与Al-P含量和Feo/Fed值之间均呈显著正相关,而木质素类相对丰度则与Al-P含量和Feo/Fed值之间均呈显著负相关。

超支化聚合物的制备采用较多的方法为“一步法”，又称“一锅法”，即通过一步反应即可获得产物，其合成产物的结构不明确，产率较低[12]。本文采用分步法，通过分步合成阳离子超支化硅油，可以明确每步合成产物的结构，超支化硅油的性能将能够被设计与调控[13]。先合成双端环氧硅油为封端剂，以3-[(2,3)-环氧丙烷]丙基甲基二甲氧基硅烷为偶联剂，四甲基氢氧化铵(TMAH)为催化剂，八甲基环四硅氧烷(D4)为原料，通过本体聚合法制备ESESO，然后用三甲胺盐酸盐作阳离子化试剂合成CHSOS。重点研究了反应温度、阳离子试剂用量、反应时间、溶剂用量，对CHSOS产率的影响。

在进入二十一世纪后，世界形成了更健康、更科学、更完美的社会文明，此时，绿色已经成为人们的一种价值观念，全方面改变了人们的衣食住行，有效改善了生态环境。对此，在畜牧业方面，为推动其的可持续发展，也应积极发展生态畜牧业，充分利用生态系统中的生物工程和谐技术，将物质能量进行多层次的循环，以此降低废物的产生，推动畜牧业生产的系统化，促进畜牧业可持续发展。

3 讨论

3.1 周丛生物腐解对DOM的影响

在腐解过程中,周丛生物可视为外源有机质,且比其他有机质组分更易被微生物降解和利用,因此周丛生物腐解对土壤有机质含量和分子组成的影响不容忽视[23-24]。笔者研究中添加周丛生物处理土壤DOC含量均显著高于对照组,这说明周丛生物在腐解过程中会向土壤释放有机碳。然而,随着腐解时间增加,DOC含量有所下降,这可能与土壤中微生物分解和消耗有关[5,25]。笔者研究结果表明周丛生物腐解会使土壤DOM组分发生变化,与对照组相比,添加周丛生物处理土壤中单宁类物质等惰性DOM组分增加。这是由于周从生物腐解过程会释放有机质,其中的不稳定DOM组分易被土壤微生物快速矿化并以CO2形式流失,而惰性DOM组分则更稳定并保留在土壤中[20]。

3.2 周丛生物腐解对铁的影响

工作在升压模式:DC-DC变换器输入为锂电池端,输出为直流电机,电机额定电压为30 V,额定电流为1.2 A。待锂电池较长时间放电后,两端电压降低,取整数电压点测量。测试结果如表4所示。

垦区各地坚持融会贯通，学以致用，切实把习近平总书记重要讲话精神贯彻到具体目标、思路、措施中，不断实化细化具体化。

添加周丛生物处理土壤Fe2+含量增加,这主要是由于周丛生物腐解过程向土壤中释放细胞分泌物和生物碎屑,土壤中微生物呼吸作用增强,O2消耗增加,使土壤形成并维持较长时间的厌氧强还原环境。同时土壤微生物分解碳源,消耗DOC以及O2、Fe3+等电子受体,降低界面土壤Eh,促使Fe3+还原[5,7]。

3.3 周丛生物腐解对磷含量和形态的影响

从笔者研究结果可知,周丛生物腐解增加了土壤磷含量,也改变了无机磷形态,增加磷的有效性,且这与DOM和铁形态的变化有很强相关性。首先,周丛生物具有捕获和富集磷的能力,因此腐解时会将自身存储的磷释放到土壤中,增加土壤磷含量[2,26]。其次,周丛生物腐解通过影响土壤DOM组成和铁的形态,在一定程度上影响着土壤中磷的吸附,从而影响磷的有效性[10,14-15]。正因为周丛生物腐解对磷影响的复杂性,才导致笔者试验中不同周丛生物添加量处理磷含量和形态出现不同变化。腐解14 d时,添加2、4 g周丛生物处理无机磷含量低于对照组,而添加6、8和10 g周丛生物处理无机磷含量高于对照组,这可能是由于周丛生物腐解释放的磷含量与其添加量有关,添加量越多,释放的磷含量越多,但其对土壤磷吸附和无机磷转化的影响在添加量为4、6 g时达到最大。上述分析表明,周丛生物腐解不仅增加土壤中磷含量,还影响磷的吸附,增加磷的有效性。

3.4 周丛生物腐解对DOM、铁及磷耦合的影响

在周丛生物腐解过程中,土壤DOM组分、铁含量及形态与磷含量之间存在一定相关性。周丛生物腐解促进土壤有机质分解,增加土壤DOM中单宁类物质相对丰度,这都能促进Fe3+的还原,提高Feo/Fed值,增加铁的还原性[27-28];同时,有研究表明DOM中木质素类、单宁类和稠环芳烃类物质等惰性组分比例较高时,更能有效降低磷的吸附,提高土壤磷的有效性[10]。这解释了笔者相关性分析结果中单宁类物质相对丰度与Feo/Fed值和Al-P含量均呈显著正相关(图4),表明周丛生物腐解增加DOC含量,改变土壤DOM组分,增加单宁类物质,对土壤中铁的还原性和磷的有效性增加有积极作用。

试验组和对照组学生相同的一名教师授课，选用的教材相同。理论和试验学时数相同。两组课堂采用的教材、授课计划和所用PPT内容相同。

Fe-P作为土壤中磷的一个重要赋存形式,对Fe3+的还原有着较为敏感的响应[6],而周丛生物腐解改变了土壤中氧化还原状态,Fe2+含量增加,土壤氧化铁形态和结晶度发生改变,氧化铁闭蓄的无机磷及铁磷游离度随之增加,土壤中磷的有效性也增加[3,14-15]。此外,土壤中铁矿物能够大量吸附DOM,且优先吸附其中的芳香族化合物,而在还原环境下,铁还原时可以释放其吸附的DOM[29]。这解释了笔者相关性分析结果中Feo/Fed值与Al-P含量、DOC含量及Fe2+含量呈显著正相关(图4),表明周丛生物腐解促进了土壤中铁的还原,进一步增加了土壤中DOM含量,并影响土壤中磷形态转化。

综上所述,周丛生物腐解直接影响土壤中DOM组成、铁形态和磷含量,同时DOM、铁和磷3者之间存在相互作用,相互影响,最终增加了磷的有效性。

4 结论

(1)周丛生物腐解过程中,土壤DOC含量显著增加,DOM中单宁类物质等惰性组分增加,同时Fe2+含量和Feo/Fed值增加,土壤还原性增强。

(2)周丛生物腐解增加了土壤无机磷含量,且改变磷形态,提高土壤中磷的生物有效性,这与周丛生物腐解的直接影响以及DOM、铁和磷之间的相互作用有关。