污泥施用对沙地生态系统土壤溶解性有机碳迁移转化的影响及其机制

Dissolved organic carbon (DOC) plays a critical role in soil carbon cycle in terrestrial ecosystems. DOC can bind with hydrophobic organic contaminants, and the chemical behaviors between them are complicated. Moreover, previous studies have overlooked the effects of organic contaminants on soil organic carbon cycle. Furthermore, under different conditions of soil moisture due to canopy interception of rainfall by various vegetable types, the mechanisms of organic contaminants on the transportation and transformation of soil DOC are still not clear. In this proposal, based on the ecological and environmental issues caused by organic contaminants, we will investigate how organic contaminants from sewage sludge impacts soil DOC cycle in Mongolian pine plantation, sparse woodland and grassland at semi-arid Horqin sandy lands. We will measure concentrations, fractions, the δ13C and biodegradation of DOC. Furthermore, distribution behaviors of the organic contaminants to DOC fractions, and microbial community structure will be also determined. We attempt to explain the mechanisms of soil DOC distributions as affected by organic contaminants, clarify transportation manners of DOC in the organic polluted soil, and specify the role of organic contaminants on soil organic carbon cycle in different sandy land ecosystems. The results from this project will provide new insights for forecasting soil organic carbon changes during sewage sludge application to sandy land for soil amendments.

溶解性有机碳（DOC）在陆地生态系统土壤碳循环中发挥着重要作用。DOC与疏水性有机污染物紧密结合，二者之间的化学行为是相互作用的。目前研究忽视了有机污染物对土壤有机碳循环的影响，尤其是在不同植被类型植冠截留引起土壤水分差异的条件下，有机污染物对土壤DOC迁移转化的影响及其机制仍不清楚。因此，本项目从污泥土地利用后有机污染物的环境行为所引起的生态环境问题出发，针对有机污染物如何影响土壤DOC迁移转化这一科学问题，以半干旱区科尔沁沙地樟子松人工林、疏林草地和草地为研究对象，以城市污泥为试验材料，通过测定DOC含量、组分、δ13C和生物降解性，污泥中有机污染物在土壤DOC组分中的分配，微生物群落结构，解释有机污染物影响土壤DOC分布的作用机理，阐明有机污染土壤DOC迁移方式，明确有机污染物对不同沙地生态系统土壤有机碳循环的作用，为预测污泥改良沙土过程中土壤有机碳变化及污泥资源化利用提供科学依据。

溶解性有机碳（DOC）在陆地生态系统土壤碳循环中发挥着重要作用。DOC能与疏水性有机污染物紧密结合，二者之间的化学行为是相互作用的。目前研究忽视了有机污染物对陆地生态系统土壤有机碳循环的影响，有机污染物对土壤DOC迁移转化的影响及其机制仍不清楚。因此，本项目从污泥土地利用后有机污染物的环境行为所引起的生态环境问题出发，针对污泥施用如何影响土壤DOC迁移转化这一科学问题，以半干旱区科尔沁沙地樟子松人工林、疏林草地和草地为研究对象，以城市污泥为试验材料，分析了污泥施用对土壤DOC分布的影响，明确了污泥施用后土壤呼吸的变化规律和土壤微生物群落结构特征，揭示了污泥施用对土壤溶解性有机碳淋溶的影响及其机制。研究结果表明，污泥施用不仅显著提高沙质土壤养分含量，同时也显著提高沙质草地植物地上生产力和植被的盖度。不同植被类型表层土壤中，疏林草地的DOC含量最高，草地DOC含量最低。污泥施用仅提高了沙质草地表层土壤的DOC含量；土壤DOC组分为腐殖酸类物质和富里酸类物质。此外，3种植被类型的土壤呼吸具有明显的季节性变化，土壤呼吸呈双峰曲线，在6月和8月达到了峰值；污泥施用明显促进土壤呼吸，同时显著提高土壤中细菌、真菌、放线菌及微生物总量。室内土柱淋溶模拟试验研究结果表明，随着降雨量和降雨强度增大，污泥施用显著提高了土壤和淋溶液中DOC的含量。本项目以多环芳烃（[艹屈]）为例，利用荧光光谱研究 [艹屈]与腐殖酸的相互作用机制，研究发现[艹屈]与腐殖酸结合后以静态猝灭方式使腐殖酸产生了强烈的荧光猝灭。由此可见，污泥施用在沙地生态系统土壤有机碳循环中具有重要作用。本项目的研究结果能够为预测污泥改良沙土过程中土壤有机碳变化趋势提供有力支撑。