长期施肥下红壤中类芬顿反应及其对碳储存的影响

第56卷第5期土壤学报Vol.56,No.52019年9月ACTAPEDOLOGICASINICASep.，2019DOI：10.11766/trxb201812120497长期施肥下红壤中类芬顿反应及其对碳储存的影响#杨柳1孙富生1王韬略1余光辉王伯仁4冉炜1沈其荣1(1南京农业大学资源与环境科学学院，江苏省固体有机废弃物资源化高新技术研究重点实验室，南京210095)(2天津大学表层地球系统科学研究院，天津300072)(3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），南京210008)(4中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，农业部作物营养与施肥重点开放实验室，北京100081)摘要以祁阳红壤长期定位试验站的施用有机肥和化肥的土壤为研究对象，结合不同孔径(1000pm、20ftm和0.45叫m)的原位微宇宙培养试验，通过髙效液相色谱、髙通量测序、同步辐射红外显微成像和X射线光电子能谱等技术手段研究了长期施肥处理对红壤中类芬顿反应的调控能力及其对红壤有机碳储存的影响。结果表明，长期施用化肥的红壤中h2o2、HO’及Fe(II)含量均显著高于长期施用有机肥。根系分泌物和微生物的参与也能够调控H202、HO‘和Fe(II)含量，且H202和?10_含量呈线性关系。长期施用有机肥的红壤具有很好的H202缓冲性能，而长期施用化肥的红壤可能由于发生了退化（如土壤有机质含量低），H202缓冲性能较差。长期施用有机肥的红壤中微生物丰富度和多样性指数均显著高于长期施用化肥的红壤。植物根系和微生物的进人对长期施用有机肥的红壤中细菌群落结构影响较小，而对长期施用化肥的红壤中细菌群落结构影响较大。长期施用有机肥的细菌群落影响了土壤PH、可溶性有机碳、可溶性Fe和C02释放；而长期施用化肥的细菌群落可能通过产生H202和还原态Fe(Il)引发了土壤中的芬顿反应。根-土界面上黏土矿物（3619cm—1)、脂肪碳（2914cn^)、羧酸碳（1725cm1)、羟基碳（1135cm1)的分布模式有较大差异，其中根系的出现增加了根-土界面上Fe(lI)比例。综上，本文提出了有效增加亚热带红壤土壤有机碳的概念模型。关键词土壤固碳；同步辐射；微生物群落；界面过程；类芬顿反应；自由基反应中图分类号S153.4文献标识码A全球红壤总面积约6400万km2，占全球土地总面积的45.2%，主要分布在热带和亚热带地区的发展中国家，红壤地区人口总数约占全球总人数的一半以上[1]。据第二次土壤普查资料显示，我国红壤地区耕地占全国的30%,而68%的红壤农田属于中低产田，耕地有机质含量普遍偏低；同时，由于长期对土地的不合理利用，红壤退化现象极为严重，特别是由于化肥的长期和过量施用，导致旱地农业生态系统中红壤有机碳含量呈现下降的趋势[2]。土壤团聚体的物理保护作用[3]和矿物-有机复合体的形成>6]被认为是土壤有机碳稳定和累积的主要机制。据统计，在全球范围内的沉积物中，铁氧化物可以结合/固定约21%的有机碳[7]。因此，传统观点认为酸性红壤黏粒含量高及铁*国家重点研发计划项目（2017YFD0800803，2016YFD0200301)和国家自然科学基金项目（41371248，41671294)资助SupportedbytheNationalKeyResearchandDevelopmentProgramofChina(Nos.2017YFD0800803and2016YFD0200301)andtheNationalNaturalScienceFoundationofChina(Nos.41371248and41671294)t通讯作者Correspondingauthor,E-mail:yuguanghui@njau.edu.cn或yuguanghui@tju.edu.cn作者简介：杨柳（1993—)，女，安徽安庆人，硕士研究生，从事土壤有机质研究。E-mail:2016103138@njau.edu.cn收稿日期：2018-12-12;收到修改稿日期：2019-03-06;优先数字出版日期（www.cnki.net):2019-04-04http：pedologica.issas.ac.cn杨柳等：长期施肥下红壤中类芬顿反应及其对碳储存的影响11295期铝氧化物丰富的特点有利于有机碳的稳定[8~;同时，富含的铁、铝矿物可以促进微团聚体的形成，保护有机碳免受生物降解[1°]。然而，同黑土、棕壤等相比，具有很强物理化学作用保护潜力的红壤有机碳含量却相对较低，并且在农业耕作利用后表现出快速的退化趋势。迄今为止，尚无合适的概念模型可以解释亚热带红壤上存在的这种矛盾现象。芬顿反应（Fentonreaction)是Fe(II)对H202的催化，须在酸性条件下进行，