亚热带典型地貌下旱地和水田可溶性有机物化学组成特征

DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2019.06.010

亚热带典型地貌下旱地和水田可溶性有机物化学组成特征®

郑小东陈香碧13,胡亚军U3,苏以荣

(1

中国科学院亚热带农业生态研究所，亚热带农业生态过程重点实验室，长沙 410丨25; 2中国科学院大学，

北京100049; 3中国科学院环江喀斯特农业生态试验站，广西环江 547100)

摘要：阐明亚热带典型地貌下旱地与水田土壤可溶性有机物(DOM)化学组成差异可为农田土壤DOM稳定性评 价提供理论依据。研究采用XAD-8树脂分组和热裂解气质联用仪(Py-GCMS)技术，分析比较休闲期、耕作期亚热带 喀斯特山区、丘陵区及平原湖区旱地和水田土壤DOM化学组成特征。结果表明：休闲期，亲、疏水性可溶性有机碳

(DOC)含量以水田(10.2、33.4 mg/kg)显著高于旱地(4.15、12.8 mg/kg),耕作期无显著性差异。与休闲期相比，耕作期

水田亲、疏水性DOC含量均显著降低，而旱地亲、疏水性组分DOC含量在两个时期间保持相对稳定。休闲期旱地和 水田土壤DOM中有机酸相对比例分别为31.9%、35.6%,耕作期显著降至17.9%、20.0%(P<0.05)。脂类相对比例趋势 与有机酸相反，旱地和水田土壤DOM中脂类相对比例在休闲期分别为55.0%、49.5%,耕作期显著增至70.1%、

62.9%(尸<0.05)。Adonis分析表明，亲、疏水性DOC含量在旱地和水田、休闲期和耕作期差异显著(P<0.05); DOM化

学组成在不同时期(休闲期和耕作期)及地貌(喀斯特山区和丘陵区、丘陵区和平原湖区)差异显著(P<〇.〇5)。Random

Forest分析表明，有机酸和脂类参与微生物代谢过程，在休闲期和耕作期差异显著(P<0.05);芳香化合物作为DOM稳

定性组分，在不同地貌区差异较大(户<〇.〇5)。总体上，田间条件下水田DOC比旱地DOC对时期响应更敏感，且土壤

DOM中微生物代谢相关组分(有机酸、脂类)和稳定性组分(芳香族化合物)在不同时期及地貌区的差异性不同，这对评

价旱地和水田土壤DOM稳定性及土壤有机碳积累具有一定的参考意义。

关键词：可溶性有机物；化学组成；旱地；水田；休闲期；耕作期

中图分类号：S153.6

文献标识码：A

土壤质量及可持续发展、气候变化问题一直是全 球关注的焦点，与这些紧密联系的土壤活性碳组分， 尤其是可溶性有机物(DOM),近几十年来成为研究者 研究的热点问题之一[1]。土壤DOM化学组成极为复 杂，其去向包括矿化、吸附、转化进人土壤有机质以 及以溶解态残留在土壤中，进而影响温室气体排放、 土壤养分供应及土壤碳平衡等过程[W]。不同DOM化 学组成在土壤中的去向差异明显，小分子化合物如有 机酸、葡萄糖、氨基酸，极易被微生物利用矿化，而 高分子化合物降解性低，通常以稳定形态存在于土壤 中[4];亲水性DOM移动强、易从土壤中流失，而 疏水性DOM易被土壤吸附，参与土壤有机碳(SOC) 形成。阐明不同土壤DOM化学组成特征对于理解土 壤DOM降解特征及稳定性具有重要意义。

土壤DOM化学组成复杂，主要来源包括SOC、

凋落物、根系分泌物及微生物代谢产物。不同来源 D0M化学组成、生物降解性差异较大。来源于根系 分泌物的土壤DOM以小分子量有机酸为主，降解性 高[5];不同凋落物类型的DOM化学组成及复杂性差 异较大，生物降解率表现为灌木>乔木>草本木质 素来源的DOM含有较多的芳香族化合物，降解性较 低[7]。此外，微生物代谢产物是土壤DOM的重要来 源，环境因素如温度、土壤基本性质也可以通过改变微 生物代谢活性，从而影响土壤DOM组成。可见，土壤 DOM化学组成受DOM来源及环境条件共同影响。

旱地和水田是我国亚热带地区农田生态系统两 种常见的土地利用方式，以往研究表明，DOM化学 组成可能是旱地和水田固碳能力差异的主要因素之

。已有研究结果表明旱地DOM芳香性和腐殖化 程度高于水田[9〜]，但这不能全面反映土壤DOM的

①基金项目：国家自然科学基金项目(41471199和41671298)资助。* 通讯作者(yrsu@isa.ac.cn)

作者简介：郑小东(1987—)，男，江苏泰州人，博士研究生，主要从事土壤生态与农业环境研究。E-mail: 5505299@qq.com

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第6期郑小东等：亚热带典型地貌下旱地和水田可溶性有机物化学组成特征1115

化学组成与分子特征。现有关于农田土壤DOM化学 组成研究多偏向于控制因子性试验，对自然环境条件 下农田土壤DOM化学组成的了解有待深人。受人为 耕作管理措施影响，农田生态系统环境因素比自然生 态系统更为复杂。旱地和水田因农作管理措施差异， 土壤物理化学和生物学性质明显不同％12]，水田土壤 微生物活性高于旱地土壤；不同有机物料来源的 DOM化学组成多样化，不同施肥习惯也可能影响 DOM化学组成。并且不同地貌区土壤性质、气候因 素及农作管理习惯存在较大差异，通过影响微生物代 谢过程改变土壤DOM化学组成[|3_141。基于此，本研 究分析亚热带典型地貌下的旱地和水田土壤DOM化 学组成，阐明土壤DOM化学组成的主要影响因素， 以期为揭示农田SOC周转机制及固碳机理提供基础。

表1

1材料与方法

研究区包括我国亚热带区域喀斯特山区(广西环

1.1 土壤样品采集

江)、红壤丘陵区(湖南常德)及平原湖区(湖南岳阳)， 气候类型为亚热带季风气候。喀斯特山区、丘陵区和 平原湖区的年降雨量分别为1 750、1 437、丨423 mm, 平均气温分别为19.9、16.5、16.9°C。每个地区于休 闲期(3月)和耕作期(7月)随机采集5对连续耕作20 a 以上的相邻旱地和水田土壤(样地信息及土壤基本性质 见表1)，每个田块按照“S”形采集多点表层(0〜15 cm) 土壤样品混合成1个土壤样品，置于聚丙烯袋中并密 封，尽快运回实验室于4°C保存。指标分析前，将土 壤中的根系和石砾挑除，并把土壤分成两部分，一部

旱地和水田样地信息及土壤基本性质

Table 1 Detailed geographical information and basic properties in upland and paddy soils sampled

样地喀斯特山区旱地

编号12345

喀斯特山区水田

12345

丘陵区旱地

12345

丘陵区水田

12345

平原湖区旱地

12345

平原湖区水田

12345

地理位置

24°5778.8WN, 108olf27.9wE24°57,50.6WN, 108°0,49.7ME24057,41.2^>1，108o3，1.3wE24058，18.5，，N，108o0,21.7wE24057，1.3”N，107o59,58.5wE24057,27.1\"N，108ol，27.2wE24°5738.4WN, 108°0,52WE24。57,36.2%, 108。2,55.3叩24°5778.8,rN, 108°r27.18ME24057U8\"N，107o59,54.6\"E29°1532.7WN, 111°323.1WE29015,49.7”N, 111031，57.5”E29015，13.9\"N，lll〇3T35.2\"E29014，19.3”N，lllWW.rE29°14,19.3,,N, lll^^S.^E29015f16.5wN, lll°3r55.5wE29°15,51.5,,N, lll°3r59wE2901572^, lll°3r38.rE29014,58.3^>1，111°32,22.8WE29014,25.9”N，lll03236/rE29028,49.2\"N, 112045,55.8”E2903(V13.6”N, U2046，11.6ME29〇30,8.9%，112°46f27.2”E29〇30，11.6\"1^, 112°47;10.5，，E29o30f29.5\"N, 112°46f49.7\"E29029U5\"N，112045’58.5”E29029，17\"N，112°45,56.4\"E29o30,3.5”N，112。46,28.5”£29029,34.2〃N，112046,59.8，，E29°29,26.4,,N, 112°46,56.7WE

海拔(m)4575035163933949452738631059910396869297938431325147533224366151

种植制度

休闲期

玉米、红薯玉米、红薯玉米、红薯玉米、红薯玉米、红薯单季稻单季稻单季稻单季稻单季稻棉花、油菜棉花、油菜棉花、油菜棉花、油菜棉花、油菜单季稻单季稻单季稻单季稻单季稻玉米、小麦玉米、小麦玉米、小麦玉米、小麦玉米、小麦单季稻单季稻单季稻单季稻单季稻

7.696.167.266.255.247.787.667.726.085.454.744.935.31

pH耕作期7.776.207.286.355.307.58

有机碳（g/kg) 休闲期 18.79.912.815.916.444.832.847.229.635.99.811.511.215.39.218.915.817.921.721.114.29.514.814.314.219.922.930.919.926.2

耕作期18.59.512.515.815.944.733.347.329.936.19.510.910.914.88.818.815.417.621.521.014.09.814.914.514.119.522.330.619.325.8

7.56

7.615.915.294.634.765.174.594.965.205.124.854.825.167.838.047.957.887.757.396.517.426.255.69

4.75

5.085.225.184.874.875.217.98.138.017.987.847.586.667.656.425.91

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1116土 壤第51卷

分置于4°C备用于可溶性有机物(DOM)提取，另一部 分在室温下风干，用于测定土壤水分、SOC和pH。

谱分光光度计经校准后在全扫描模式下进行操作，扫 描范围为w/z = 50〜1 200,电子冲击离子化能量为 70 eV,扫描速度为1.0 s/san。运用NIST质谱数据库 和软件(NIST 2002, Perkin-Elmer，USA)对产物质谱图 进行匹配鉴定，通过裂解产物的质谱与数据库质谱图 的详细对比可识别产物名称[n]。相比于其他方法， Py-GCMS技术前处理不复杂、测定组分多样化，尽 管该技术的检测物为裂解物，但根据已有文献结果， 可将裂解产物归类为原DOM化合物组分[18~]。1.2.2指标测定

土壤基本理化性质采用鲍士旦[2°]

主编的《土壤农化分析》中常规方法测定;滤液中的DOC 和分组所得亲水性DOC用岛津TOC-5050A总有机碳仪 测定；DOM中芳香族物质含量的测定：将DOC含量稀 释为2 mg/L,在紫外触触计254 nm下测定其触 光度值(E254),即代表DOM中芳香族物质含量[21]。

1.2测定项目及方法

1.2.1 DOM提取、分组与化学组分鉴定

称取一

定量的土壤鲜样，在土水比(m/v)为1 : 2, 20°C条件 下200 r/min振荡1 h;将浸提液在4°C 12 000 r/min 下离心10 min;所得上清液过0.45 nm微孔滤膜，即 为DOM溶液[15]。所得DOM溶液分为3部分，分别 进行DOC含量测定、分组及冷冻干燥。

DOM分组步骤如下：使用XAD-8离子交换树 脂(安伯来特)对DOM进行亲水和疏水性组分的分 组[16]。在分组前，XAD-8树脂在索氏抽提器中分别 用甲醇、乙腈、乙醚清洗。清洗干净的XAD-8树脂 装人玻璃填充柱中(直径0.7 cm)，然后分别用超纯水、 甲醇、0.1 mol/LNaOH、0.1 mol/LHCl 充分淋洗，最 后再用超纯水反复润洗。分组时，将DOM溶液pH 用HC1调为2.0,保持蠕动泵流速为0.6 ~ 0.7 ml/min, 将溶液过XAD-8树脂柱，滤液即为亲水性组分，而 疏水性组分吸附在XAD-8树脂中。

DOM溶液冷冻干燥所得DOM固体用热裂解气 相色谱-质谱联用仪(Py-GCMS)测定DOM化学组成。 具体步骤为：0.5 mg DOM固体样品添加四甲基铵氢 氧化物(TMAH)溶液(溶于甲醇中)后在400 °C下热化 学裂解30 min，热裂解产物置于气相质谱联用仪上进 行自动分析。分析过程如下：10样品被自动注射到 气相色谱中，该色谱仪连接有模的毛细管注射器 (比为30 : 1,温度恒定为250 °C)和熔融石英毛 细管柱(30 m x 0.25 mm,膜厚度0.25 nm)。载气为氦 气，其流速为1.8 ml/min。校准用标准物质为异辛烧 八氟萘。柱式加热炉的初始温度设定为80 °C并保持 1 min,然后以4 °C/min的速度上升至180 °C,再以 101：/1^11的速度上升至320 1：，并保持101^11。质

1.3数据处理

疏水性DOC含量为DOC总含量与亲水性DOC 含量的差值；采用R语言进行Random Forest分析和 Adonis分析。Random Forest分析使用R分析软件中 的randomforest安装包进行，预测变量对响应变量的 重要性则根据rfpermute安装包进行。Adonis分析使 用R分析软件中的adonis安装包进行。

数据处理和分析用Microsoft Excel 2003和 SPSS18.0软件完成；利用Origin8.0软件进行作图。

2结果

2.1 土壤DOC含量与芳香性特征

休闲期，喀斯特山区和平原湖区水田DOC含 量为66.7、39.3 mg/kg,显著高于旱地土壤；丘陵 区水田土壤DOC含量(21.6 mg/kg)略高于旱地土壤 (17.0 mg/kg)，差异未达显著水平(图1)。休闲期和耕 作期，喀斯特山区和平原湖区水田土壤DOC含量差

(图中山区、丘陵、平原分别代表喀斯特山区、丘陵区和平原湖区；不同小写字母表示同一地貌区

不同土地利用方式间的差异达尸<0.05显著水平）

图1 DOC含量及芳香性

Fig. 1 DOC content and its aromaticity

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第6期郑小东等：亚热带典型地貌下旱地和水田可溶性有机物化学组成特征1117

异显著，而丘陵区水田土壤DOC含量无显著差异。 性DOC含量分别为10.2、33.4mg/kg,显著高于旱 两个时期，各地貌下旱地土壤DOC含量变化较小。

地土壤(4.15、12.8 mg/kg);而耕作期，旱地和水田 E254值表示DOM芳香化指数，其大小与DOM 亲、疏水性DOC含量差异不显著(图2)。此外，旱 中芳香化合物比例成正比。两个时期，喀斯特山区旱 地和水田两种DOM组分随时期响应变化不同。水 地DOM芳香性显著高于水田，而丘陵区和平原湖区, 田亲、疏水性DOM耕作期显著低于休闲期；而旱 水田DOM芳香性总体大于旱地，其中在耕作期丘陵 地两种DOM组分含量在休闲期和耕作期差异不显 区水田DOM芳香性显著高于旱地。著(P> 0.05)。

2.2 土壤亲水和疏水性DOC含量

2.3 土壤DOM化学组成

Adonis分析结果表明，不同土地利用方式(旱地 脂类和有机酸是旱地和水田DOM的主要化学组 和水田)和时期(休闲期和耕作期)下亲、疏水性DOC 成(图3)。旱地和水田中有机酸相对比例以休闲期高 含量差异达极显著水平(P<0.01)，而不同地貌区两种 于耕作期CPO.05),休闲期分别为31.9%、35.6%，耕 DOC含量差异不显著(表休闲期，水田亲、疏水

作期分别降至17.9%、20.0%。两时期下脂类相对比 例与有机酸趋势相反，旱地和水田土壤DOM中脂类 表2

基于Adonis分析的不同土地利用方式、时期及 相对比例在休闲期分别为55.0%、49.5%，耕作期则 地貌下亲水及疏水DOC含量显著性差异

Table 2 Significant differences in Hi- and Ho-DOC contents between 分别显著增至70.1%、62.9%。Adonis分析结果表明， different land use types, periods and landforms based on adonis test

休闲期和耕作期，土壤DOM化学组成差异显著；喀 因子R2

F

P

斯特山区和丘陵区以及丘陵区和平原湖区的DOM化 旱地VS水田0.19213.7710.001\"休闲期0.0976.2420.007\"学组成差异显著(表3)。采用Random Forest分析进一 VS耕作期喀斯特山区\\$丘陵区0.0431.6970.177步阐明DOM具体组分在各因素下的显著性差异，结 喀斯特山区VS:平原湖区0.0361.4280.232果表明，有机酸和脂类相对比例在不同时期差异显 丘陵区VS平原湖区

0.023

0.908

0.325

著，而芳香化合物相对比例在不同地貌区差异显著

注代表在尸<0.01水平差异达极显著水平。

(图 4)。

^■旱地

vMm/A 目 Wi

(-水田

>oo3oI -

/-§u^IS2o -l

o)-

o1o

-

a*i^

-

枨

休闲期

耕作期 休闲期

耕作期

采样时期

采样时期

(图中不同小写字母表示同一时期不同土地利用方式间的差异在P<〇.〇5水平显著)

图2旱地和水田土壤亲水及疏水性DOC含量

Fig. 2 Hi- and Ho-DOC contents of upland and paddy soils

8

^■休闲期

100

8060M休闲期 0200

8_耕作期

42

_

耕作期

0

(％)6

M

n

00

it

Kut^

40經

00

骂铝

2

0旱地 水田

旱地

水田

土地利用方式

土地利用方式

(图中不同小写字母表示同一土地利用方式不同时期间的差异在P<0.05水平显著)

图3

旱地和水田土壤DOM中有机酸及脂类相对比例

Fig. 3 Relative proportions of organic acids and lipids in DOM in upland and paddy soils

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1118土壤第51卷

表3基于Adonis分析的不同土地利用方式、时期及地貌

下DOM化学组成显著性差异

3讨论

与多数研究结果相同DOC含量在不同土

Table 3 Significant differences in DOM compositions between different land use types, periods and landforms based on Adonis test

因子旱地vs水田休闲期VS耕作期喀斯特山区vs丘陵区喀斯特山区vs平原湖区丘陵区VS平原湖区

R2

0.0130.0950.1150.0310.127

F

0.7816.1054.9521.2075.524

P

0.5040.015*0.018*0.2990.012*

地利用方式、时期下差异显著。休闲期水田土壤DOC 含量高于旱地，这与韩成卫等[24]以水为提取剂、过 0.45 nm滤膜方法提取DOC的研究结果一致，但也 有研究以水为提取剂、过滤纸方法提取DOC,结果 表明旱地DOC含量高于水田[251。这说明，提取方法 对DOM性质影响较大。土壤DOC含量(包括亲、疏 水性DOC)受SOC含量及时期共同影响，本研究休

3025

(C)芳香化合物

注：*代表在/><0.05水平差异达显著水平，下同。

3025

(

(A)冇机酸

30「(B>脂类

25卜

<%)20 15 10 5 0-5

u

Ho.

os

20

i

15

10

i

s1

5 0 |5

写

3?蝴片甘

5I雲

us

Ho.

e

雲

$

l

图4基于Random Forest分析的不同因子下主要DOM化学组成显著性差异

Fig. 4 Significant differences in primary DOM compositions under different factors based on Random Forest test

闲期3个地貌区土壤DOC(亲水及疏水DOC)含量均 表现为水田大于旱地，这与水田SOC高于旱地是一 致的。多数研究结果也指出，旱地和水田DOC含量 与SOC含量表现为正相关关系[26]。水田作物生长及 人为管理措施在休闲期和耕作期差异较大，休闲期温 度低、人为干扰少以及土壤长期浸水导致DOC含量 较高；尽管耕作期作物根系分泌物会增加根际土壤 DOC含量，但由于温度较高、人为管理措施频繁， 水田微生物活性高于休闲期，导致该时期DOC含量 降低[27_28]。本研究两个时期间，旱地土壤DOC含量 稳定，而水田波动较大，这可能与旱地DOC化学组 成比水田更复杂有关。

不同土地利用方式下土壤DOM化学组成差异 较大。有研究通过比较不同土地利用方式(森林、草 地、林地)土壤DOM化学组成，结果发现植被类型 对DOM化学组成影响较大[29]。森林土壤植被类型以 木本科植物为主，农田土壤则以禾本科植物为主，比 如水稻、玉米和小麦等。来源于木本科和禾本科植物 的DOM化学组成差异很大，即木本科植物凋落物来 源的DOM通常比禾本科作物来源DOM含有更多的 木质素和其他难降解性化合物组分[3°]，这是导致森

林土壤DOM化学组成比农田土壤DOM复杂的一个 主要原因。本研究结果表明土地利用方式对DOM化 学组成影响不明显，这可能与农田土壤种植作物以禾 本科作物为主有关。

本研究通过Py-GCMS技术测定DOM化学组 成，结果表明脂类和有机酸是DOM的主要组分并随 时期显著变化，而芳香化合物组分在不同地貌区差异 较大。这说明，DOM化学组成的影响因素取决于化 合物种类。土壤DOM化学组成复杂，根据降解特征 可分为易降解组分(糖类、氨基酸、有机酸)、难降解 组分(芳香化合物、木质素来源的酚类化合物)[31_32]。 环境条件变化影响微生物代谢活性，导致微生物代谢 相关组分含量改变。土壤DOM组分中，有机酸易被 微生物降解利用，而微生物代谢转化产物是脂类物质 的一个主要来源[33]。尽管耕作期作物根系分泌物中 有机酸丰富，但耕作期土壤微生物活性高于休闲期， 土壤微生物对有机酸利用增强，代谢转化产物增多， 导致DOM中有机酸显著降低、脂类含量显著升高。 此外，芳香化合物在土壤DOM中含量较少，但却是 指示DOM稳定性的一个重要指标[34]。难降解DOM 组分主要受来源途径影响，环境及微生物代谢过程影

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第6期郑小东等：亚热带典型地貌下旱地和水田可溶性有机物化学组成特征1119

响较小[35]。有机肥是农田土壤DOM芳香化合物的主 要来源之一[36_37]，本研究结果表明不同地貌区土壤 [6]

王春阳，周建斌，夏志敏，等.黄土高原区不同植物凋

落物可溶性有机碳含量及其降解[J].应用生态学报，

DOM芳香化合物比例相差较大，可能是由于不同地 2010,21(12): 3001-3006

[7]

Kalbitza K, Kaiser K. Contribution of dissolved organic 貌区农田农作管理措施差异(比如施肥)引起的。本研 matter to carbon storage in forest mineral soils[J]. Journal 究阐明土壤DOM组成结构在不同土地利用方式、地 of Plant Nutrition and Soil Science, 2008, 171(1): 52-60

貌区及时期的显著性差异，但不同土地利用方式、地 [8]

Chen X B, Wang A H, Li Y, et al. Fate of 14C-labeled 貌区以及时期下气候因素、土壤环境及农作管理措施 dissolved organic matter in paddy and upland soils in 都存在较大差别，影响DOM组成结构的关键因子还 responding

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moisture[J].

Science

of the

Total

Environment, 2014, 488/4: 268-274

需进一步研究。

[9] 苏冬雪，王文杰，邱岭，等.落叶松林土壤可溶性碳、氮

4结论

和官能团特征的时空变化及土壤理化性质的关系m.生 态学报，2012, 32(21): 6705-6714

休闲期，亲、疏水性DOC含量以水田显著高于

[10] 刘翥，杨玉盛，司友涛，等.植被恢复对侵蚀红壤可溶

性有机质含量及光谱学特征的影响m.植物生态学报，

旱地，耕作期无显著性差异；水田亲、疏水性DOC 2014, 38(11): 1174-1183

含量随时期变化明显，旱地两组分DOC含量相对稳 [11]

陈香碧，王嫒华，胡乐宁，等.红壤丘陵区水田和旱定。与休闲期相比，耕作期旱地和水田土壤DOM中 土壤可溶性有机碳矿化对水分的响应m.应用生态学报，

有机酸均显著减少，脂类显著增加，可见土壤环境、 2014, 25(3): 752-758

[12] 邓文悦，柳开楼，田静，等.长期施肥对水稻土不同功

作物生长及人为管理措施变化对微生物代谢相关化 能有机质库碳氮分布的影响[J]. 土壤学报，2017, 54(2):

合物影响较大。芳香化合物作为DOM稳定组分，在 468-479

不同地貌区差异较大，可能与不同地貌区农田土壤施 [13]

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Chemical Constituents of DOM in Upland and Paddy Soils Under

Typical Landforms in Subtropical Region

ZHENG Xiaodong1’2,3, CHEN Xiangbi1’3, HU Yajun1’3, SU Yirong1’3*

(1 Key Laboratory of Agro-ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of

Sciences, Changsha 410125, China; 2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China', 3 Huanjiang

Observation and Research Station for Karst Ecosystems, Chinese Academy of Sciences y Huanjiang, Guangxi 547100, China)

Abstract: In this study, the chemical constituents of dissolved organic carbon (DOM) in upland and paddy soils under

typical landforms in subtropical region were investigated in order to provide theoretical basis for evaluating its stability. The chemical constituents of DOM in upland and paddy soils from karst, hilly and plain-lake areas in southern China at fallow and ploughing periods were analyzed using an XAD

-8 resin-based fractionation method and pyrolysis-gas chromatography-mass

spectrometry analysis. Results showed that higher contents of hydrophilic DOC (Hi-DOC) and hydrophobic DOC (Ho-DOC) were found in paddy soils (10.2 and 33.4 mg/kg) than in upland soils (4.15 andl2.8 mg/kg) at fallow period (P<0.05), whereas no significant difference of these components was found at ploughing period. As compared with fallow period, the contents of Hi-DOC and Ho-DOC in paddy soil were significantly decreased at ploughing period (P<0.05). However, those in upland soils were not greatly changed between fallow and ploughing periods. The relative proportions of organic acids in total DOM in upland and paddy soils were 31.9% and 35.6% at fallow period, but were decreased to 17.9% and 20.0% at ploughing period, respectively (P<0.05). Contrary to organic acids, the relative proportions of lipids in DOM from upland and paddy soils were 55.0% and 49.5% at fallow period, but increased up to 70.1% and 62.9% at ploughing period, respectively (P<0.05). The adonis test showed that the contents of Hi-DOC and Ho-DOC were significantly different between upland and paddy soils and between fallow and ploughing stages (P<0.05), whereas the DOM constituents were significantly different between different periods (fallow and plough) and between different landforms (karst mountain region vs hill region, hill region vs plain-lake region) (尸<0.05). The random forest test showed that the organic acids and lipids involved in microbial metabolic processes, were significantly different between fallow and ploughing periods (P<0.05). However, the aromatics as a stable component of DOM was significantly different between different landforms (P<0.05). In brief, this study indicates that the DOC in paddy soil was more sensitive to periods than in upland soil, and reveals that the significant differences in microbial metabolic-related components (organic acids and lipids) and a stable component (aromatics) in soil DOM were various with different periods and landforms, which could provide a reference for DOM stability as well as SOC accumulation in upland and paddy soils.

Key words： Dissolved organic matter; Chemical constituent; Upland; Paddy; Fallow period; Ploughing period

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