水稻秸秆腐解产生溶解性有机质的生物降解特性

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1、水稻秸秆腐解产生溶解性有机质的生物降解特性本研究采用培养法，通过DOC、pH、280nm吸光度指标研究水稻秸秆腐解不同阶段产生DOM的生物降解特性与结构变化，阐明秸秆还田对土壤C02排放与碳固定的影响，为选择秸秆还田的正确方法提供科学依据，为可持续发展战略提供科学资料。通过培养不同天数的水稻腐解液来控制变量，以研究不同腐解天数的DOM溶液中DOC降解特性及pH、280nm吸光度变化。DOC采用比色法；pH值采用电极法；280nm吸光度值采用分光光度法。基于DOM是不同降解速率和不同降解程度的成分的混合物的假定，我们使用双倍指数模型(DoubleExponentialModel)来描

2、述DOC的矿化动力学，模型公式表达式为：残留C%二(100-b)+be(1)式中：t为时间/天，b为稳定DOC所占最初DOC的百分含量(%),100-b为易矿化DOC所占最初DOC的百分含量(%),kl为易矿化DOC矿化速率常数(天)，k2为稳定DOC矿化速率常数(天)。同时计算半衰期：1.不同腐解阶段产生D0M的生物降解性水稻秸秆不同腐解阶段DOM液的DOC随时间变化如图1所示。图1不同腐解阶段DOM残留DOC随时间的变化不同腐解阶段DOM整个降解过程都可分为残留DOC的迅速减少和缓慢减少两个阶段。在14天前DOC的浓度迅速降低，14天后降解速率明显减慢，DOC浓度趋于稳定。但不

3、同腐解阶段DOM降解特性表现出较大差异。双指数模型方程拟合结果(见表1)表明，矿化率表现为7天DOM矿化率达46.79%,而180dDOM矿化率仅为11.23%,矿化率总体表现为随腐解时间延长而减小。DOM可以分为易矿化性C库和稳定性C库两个组分，易矿化性C库的半衰期为1〜3天，而稳定性C库的半衰期为173〜693天。稳定性C库的比例则表现为随腐解时间延长而增加。由此可见，随腐解时间延长，DOM生物有效性降低，DOM越稳定。表1不同腐解阶段DOM降解过程使用双指数模型拟合参数比较注：拟合方程为：残留C%二(100-b)e-klt+be-k2t；①易矿化C半衰期=ln2/klo②稳定

4、性C半衰期=ln2/k2o③r2为拟合方程的相关系数之平方。1.不同腐解阶段产生DOM的pH的变化DOM是一类组分非常复杂的混合物，它既含低分子量物质（如游离的氨基酸、糖类），又含各类大分子成分（如酶、氨基糖、多酚和腐殖酸等）。pH值不同，反映DOM化学组成上的差异，与酸性基团、碱性基团的相对含量有关。本试验分别选取了腐解初期7d与腐解末期180d两个阶段DOM,研究其降解过程中pH值的变化，结果见图2。从图中我们可以看出，7dD0M溶液与180dD0M溶液初始pH值有较大差异，7dD0MpH值为7.9,而180dD0MpH仅为7.1,虽均为弱碱性,但两者化学组成不同。在整个降解过

5、程中，7dD0M表现为先下降后上升，并逐渐趋于稳定，180dD0M则表现为先上升后趋于稳定。两者都表现为在降解0-7天之内pH值迅速发生变化，原因是这段时间内DOC的迅速降解，化学组成发生较大变化。与DOC含量变化相一致。图2还表明，最后两者pH值相近，表明两者在化学组成上趋于相似。图2DOM降解过程中pH的变化1.不同腐解阶段产生DOM的280nm下吸光度的变化E280值主要反映有机质组成中芳香化合物的含量，两者成正相关关系。7d与180dD0M溶液降解过程中280nm吸光度随时间变化如图3所示。两者变化趋势明显不同，7dD0M在降解初期E280值较小，随着降解进行，7天后E28

6、0值迅速升高，14天后趋于稳定，并与180dD0ME280值接近。而180dD0M在整个降解过程中变化不大。KalbitzK等指出，DOM由碳水化合物、脂肪、竣基化合物、芳环物质等组成［12］。不同组分物质被微生物利用的难易程度有显著不同，碳水化合物最先被微生物利用，芳环物质结构复杂表现为相对稳定[13]o由此可见，180dDOM生物有效性低且较稳定，与其化学组成中芳香化合物含量较高有密切关系。7dD0M芳香化合物含量相对较少，生物有效性较高，在降解初期碳水化合物、脂肪等易利用组分迅速减少，芳香化合物不易矿化而相对富集，从而导致E280值迅速增加；14天后DOC含量变化不大,E28

7、0值也趋于稳定。3.讨论微生物对DOM的利用包括两个交替或连续的过程：①微生物对DOM的同化吸收；②为获取能量和无机养分而完全分解DOM成C02或CH4。微生物对DOM的降解改变DOM的性质，而微生物能否利用DOM也决定于DOM本身的性质：即化学组成和结构特征。因此，不同来源DOM生物可降性不同。本试验研究了水稻秸秆腐解不同阶段DOM的生物降解性，结果表明不同阶段DOM的生物降解性表现出较大差异，矿化率在11.23%〜46.79%,随腐解时间延长，矿化率依次降低，DO