水分管理对秸秆源溶解有机质光化学活性的调控
秸秆还田是一项有助于农作物资源化利用的措施，不仅可以提升土壤肥力，改善土壤结构，而且可改善土壤环境质量。水分条件是秸秆分解的重要驱动因素。关于水分条件如何调控水稻秸秆短期内分解释放溶解有机质（Dissolvedorganicmatter，DOM）的组成、结构和性质等的认识有限。另外，DOM的组成、结构与性质等是导致其光化学活性差异的主要原因，但分子层面尚未有确切的解析。 以三种水分管理方式（正常、饱和与淹水水分）下水稻秸秆在河砂培养基中制备的秸秆源DOM为研究对象，分析不同水分下秸秆源DOM的理化性质，通过多元表征技术比较三种水分下秸秆源DOM的光学特性、分子量、官能团组成与分子特性等。利用分子探针技术定量活性物种羟基自由基（·OH）、单线态氧（1O2）及三线态溶解有机质（3DOM*），分析不同水分下秸秆源DOM光化学活性的特征。在此基础上，深入分析水分调控秸秆源DOM光化学活性的机制。主要结论如下： （1）结合秸秆分解过程中颜色变化及微生物群落特征分析，秸秆在不同水分下的分解程度为：正常水分＜饱和水分＜淹水水分。淹水水分下秸秆源DOM具有较大的电导率及总溶解性氮的浓度，利于部分细菌的生长繁殖，进而改变秸秆源DOM的含量。 （2）秸秆源DOM的芳香性、分子量、腐殖化程度以及电子接受能力与培养体系中水分含量呈反比，除电子接受能力外均随分解时间而增加。三维荧光光谱-平行因子分析的解析结果如下：C1为微生物源类腐殖质，C2为陆源类胡敏酸，C3为类色氨酸，C4为类酪氨酸。三种水分下秸秆源DOM中CHO和CHON类化合物占主导地位，各化合物类别的相对丰度存在较小差异，主要由木质素组成。 （3）正常、饱和与淹水水分下秸秆源DOM光生·OH、1O2及3DOM*的生成效能有明显差异。秸秆分解前期具有较高的活性物种生成效能，且淹水水分下·OH、1O2及3DOM*的量子产率分别是正常与饱和水分下的1.06~4.42倍，1.70~3.61倍，0.81~4.19倍。三种水分下3DOM*及正常与饱和水分下·OH的量子产率均低于天然水体，1O2的量子产率与天然水体的水平相当。 （4）腐殖化程度低的秸秆源DOM具有高的ΦRIs，芳香性低的秸秆源DOM具有高的Φ·OH与Φ1O2。正常水分下秸秆源DOM的ΦRIs与电子接受能力成反比，饱和水分下低分子量的秸秆源DOM具有高的Φ·OH与Φ1O2。饱和与淹水水分下秸秆源DOM的芳香性越低则Φ3DOM*越高。木质素与单宁组分对三种水分下秸秆源DOM的光化学活性有着消极的影响，且受水分含量的影响较小。
水稻秸秆;溶解有机质;水分管理;光化学活性
西华师范大学
硕士
环境科学
任东
2023
中文
X71
2024-01-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）