摘要：凋落物分解是植物向土壤輸入有機(jī)碳的主要途徑，蚯蚓和礦物的存在會(huì)改變凋落物的分解及其腐殖化。為探究培養(yǎng)后蚯蚓和礦物對(duì)玉米秸稈的有機(jī)元素組成、溶解性有機(jī)碳含量以及腐殖化程度的變化，本研究以玉米秸稈（cs0）為原料，分別通過(guò)添加蒙脫石和赤鐵礦（原料：礦物=7：3，m：m），在蚯蚓活動(dòng)下進(jìn)行135d培養(yǎng)，標(biāo)記為：玉米秸稈（CS）、玉米秸稈+蒙脫石（CSM）、玉米秸稈+赤鐵礦（CSF）、玉米秸稈+蚯蚓（CSE）、玉米秸稈+蒙脫石+蚯蚓（CSME）、玉米秸稈+赤鐵礦+蚯蚓（CSFE）。研究結(jié)果表明，分解后各處理組碳含量均有所減少。其中，與CS相比，CSM和CSF的碳含量平均減少46.01%，表明礦物加快了凋落物的分解。蚯蚓活動(dòng)沒(méi)有顯著改變礦物對(duì)凋落物的分解。同時(shí)，凋落物培養(yǎng)后碳同位素比值（δ11C）降低，表明12C較13C相對(duì)富集保留，尤其礦物添加下更為明顯。但蚯蚓活動(dòng)減弱13C的損失，在CSME中最明顯。這表明礦物和蚯蚓會(huì)影響凋落物不同組分的優(yōu)先分解。從溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）的組成和性質(zhì)可知，培養(yǎng)后與cs相比，CSM和CSF的DOM的腐殖化指數(shù)（HIX）和生物指數(shù)（BIX）增大，表明礦物提高凋落物的腐殖化程度和生物可利用性。在蚯蚓活動(dòng)下凋落物的腐殖化會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)。此外，蚯蚓和礦物存在下其SUVA254、SUVA260和SUVA280增大，表明礦物／蚯蚓提高了其芳香化、疏水性和分子量，尤其是CSME最為顯著。因此，蒙脫石和蚯蚓的添加更能顯著增加DOM的腐殖化程度、疏水性和芳香性，提高土壤有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：蚯蚓；礦物；凋落物分解；穩(wěn)定碳同位素；溶解性有機(jī)質(zhì)

中圖分類號(hào)：S154.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-2043（2024）09-2050-10 doi：10.11654/j aes.2024-0443

土壤是一個(gè)重要的碳庫(kù)，是大氣碳庫(kù)的2倍、植被碳庫(kù)的2-3倍，因此增加土壤中碳儲(chǔ)量在解決減緩全球氣候變暖問(wèn)題中顯得尤為重要。凋落物是土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）的重要來(lái)源之一，有關(guān)凋落物分解的研究將為增加土壤碳匯提供重要幫助。目前眾多研究表明，凋落物的分解會(huì)受氣候、凋落物類型和凋落物分解者等方面的影響。例如溫度和濕度的提高會(huì)加速凋落物的分解。然而近年來(lái)越來(lái)越多的研究關(guān)注到大型動(dòng)物（通過(guò)捕食、掘穴和產(chǎn)糞等活動(dòng)）和礦物對(duì)凋落物分解的影響[礦物成分一方面通過(guò)影響微生物活性進(jìn)而影響凋落物分解，另一方面與凋落物形成穩(wěn)定的礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳（MAOC），從而物理保護(hù)有機(jī)質(zhì)不被分解，這些過(guò)程將直接或間接改變SOM的穩(wěn)定性。

蚯蚓是土壤中主要的無(wú)脊椎動(dòng)物，廣泛分布在全球各大陸，其能夠通過(guò)自身活動(dòng)如攝食、挖穴等影響凋落物的分解，促進(jìn)凋落物進(jìn)入土壤有機(jī)質(zhì)，形成有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體或土壤團(tuán)聚體，從而影響土壤碳循環(huán)。研究觀察到，凋落物能被蚯蚓實(shí)現(xiàn)物理性分解，增加凋落物分解表面積，促進(jìn)微生物對(duì)凋落物的利用。此外，蚯蚓活動(dòng)（比如蚯蚓體外分泌黏液等）能夠改變微生物群落結(jié)構(gòu)，間接影響其他土壤動(dòng)物。同時(shí)蚯蚓和微生物的代謝處理，對(duì)凋落物進(jìn)行生化分解過(guò)程，使凋落物轉(zhuǎn)化為生物肥料，改善了土壤。值得注意的是，蚯蚓會(huì)通過(guò)攝食、移動(dòng)增大礦物與有機(jī)質(zhì)形成有機(jī)-礦物復(fù)合體或團(tuán)聚體的幾率進(jìn)而保護(hù)有機(jī)碳。此外，不同的礦物對(duì)SOM的保護(hù)程度和保護(hù)模式不盡相同，例如2：1型蒙脫石黏土礦物比1：1型高嶺石更能保護(hù)有機(jī)碳。同時(shí)有研究報(bào)道，礦物對(duì)有機(jī)質(zhì)（OM）的穩(wěn)定能力有限，受其表面活性位點(diǎn)的面積密度限制。在此條件下，假設(shè)凋落物滲出的DOC在向下轉(zhuǎn)移的過(guò)程中會(huì)與土壤礦物結(jié)合形成有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合物，導(dǎo)致其生物可降解性降低，甚至能夠在土壤中長(zhǎng)期穩(wěn)定存在。如Vogel等發(fā)現(xiàn)凋落物在蒙脫石上的礦化速度小于伊利石上凋落物的礦化速度，鐵氧化物不會(huì)對(duì)凋落物的降解造成影響。相反，Barthod等研究發(fā)現(xiàn)，礦物的作用反而增加了OM，這可能是礦物刺激了胞外酶活性加速了OM的降解。因此，蚯蚓活動(dòng)和礦物可能會(huì)影響凋落物的分解，但目前關(guān)于凋落物分解和轉(zhuǎn)化研究中很少考慮到蚯蚓活動(dòng)和礦物對(duì)凋落物的分解及其轉(zhuǎn)化的影響。

本實(shí)驗(yàn)選用玉米秸稈凋落物，在礦物上采用赤鐵礦和蒙脫石，兩種礦物廣泛存在于土壤中且參與反應(yīng)作用明顯。通過(guò)同比例復(fù)配，在蚯蚓存在下進(jìn)行培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。本研究旨在探討在蚯蚓活動(dòng)下，礦物的添加對(duì)凋落物分解的影響，識(shí)別不同礦物對(duì)凋落物分解后有機(jī)碳變化和碳同位素分餾的作用。通過(guò)分析溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）的三維熒光光譜特征，研究蚯蚓和礦物對(duì)凋落物分解后其腐殖化程度的影響。本研究以期為蚯蚓和礦物對(duì)凋落物分解和轉(zhuǎn)化提供理論和實(shí)踐依據(jù)，并探究在兩種物質(zhì)添加下，是否會(huì)影響腐殖化程度，甚至提高腐殖化能力，從而為農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)提供方法參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

300目蒙脫石和300目赤鐵礦購(gòu)置于銅陵啟順礦產(chǎn)廠；大平2號(hào)赤子愛(ài)勝蚯蚓（表?xiàng)┵?gòu)買于河北省石家莊市蚯蚓養(yǎng)殖場(chǎng)；玉米秸稈取自云南昆明梁家箐村莊；發(fā)酵菌劑購(gòu)買于濮陽(yáng)益加益生物科技有限公司。

1.2 供試凋落物

選取的凋落物為玉米秸稈凋落物（CS），按照菌劑：葡萄糖：水=1：5： 100（m：m：m）的比例配制發(fā)酵液（添加葡萄糖激活EM菌）。玉米秸稈破碎至3-4 cm，把發(fā)酵液和發(fā)酵原料逐層噴灑均勻，控制發(fā)酵原料濕度在50% -60%，用泡沫箱子密封發(fā)酵，泡沫箱上部放置溫度計(jì)，同時(shí)采用曝氣泵向泡沫箱內(nèi)通入空氣，控制氣體流速在0.5-0.75 L·min-1。發(fā)酵至高溫期以后，箱內(nèi)溫度開(kāi)始下降，待至室溫則認(rèn)為發(fā)酵完成。發(fā)酵后玉米秸稈外觀顏色從初始淺綠色變?yōu)槠S偏黑。溫度在密封完前期為23℃，一周后發(fā)酵至高溫期為50-60℃。凋落物發(fā)酵完后自然風(fēng)干，風(fēng)干后磨碎凋落物并過(guò)2 mm篩備用。保留部分發(fā)酵后產(chǎn)物作為初始原料（CSO）進(jìn)行后期數(shù)據(jù)比較。

1.3 培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)箱培養(yǎng)，分析蚯蚓活動(dòng)下不同礦物對(duì)凋落物降解過(guò)程中有機(jī)質(zhì)的變化情況。具體操作如下：稱取50 g干質(zhì)量凋落物或模擬樣品（凋落物：礦物=7：3，m：m）于1L的培養(yǎng)瓶中，使每個(gè)培養(yǎng)瓶含水率維持在50%-60%。其中1/2的實(shí)驗(yàn)組添加6條成熟的蚯蚓（每條質(zhì)量0.2 g），另一組則不添加蚯蚓作為對(duì)照組。將實(shí)驗(yàn)分為6個(gè)處理組：玉米秸稈凋落物（CS）、玉米秸稈凋落物+蒙脫石（CSM）、玉米秸稈凋落物+赤鐵礦（CSF）、玉米秸稈凋落物+蚯蚓（CSE）、玉米秸稈凋落物+蒙脫石+蚯蚓（CSME）、玉米秸稈凋落物+赤鐵礦+蚯蚓（CSFE）。即CS表示玉米凋落物，E代表添加蚯蚓處理組，M代表蒙脫石添加組，F(xiàn)代表赤鐵礦添加組。培養(yǎng)瓶放在（25±2）℃的培養(yǎng)箱進(jìn)行暗培養(yǎng)，每個(gè)處理下重復(fù)3次。培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)共持續(xù)135 d，樣品于第135天收集并在-20℃條件下保存。在培養(yǎng)期間每周對(duì)蚯蚓進(jìn)行觀察，在第74天時(shí)將狀態(tài)不好的蚯蚓進(jìn)行更換。同時(shí)對(duì)原始礦物進(jìn)行理化性質(zhì)測(cè)量。赤鐵礦和蒙脫石pH分別為9.29和9.24，元素組成分別為C：0.02%和0.09%，N：0.02%和0.01%，H：0.28%和0.47%，0：0.01%和0.02%。

1.4 樣品采集分析

樣品的元素組分分析，是將冷干后樣品研磨過(guò)300目篩，使用元素分析儀專用的錫舟，稱取2.0 mg樣品，采用元素分析儀（Vario EL II Elementar，德國(guó)）測(cè)定。樣品的同位素分析，將冷干后樣品研磨過(guò)300目篩，稱取0.15 mg樣品，采用同位素比質(zhì)質(zhì)譜儀（IR-MS）（ElementarlsoPrimel00）測(cè)定。

水溶性有機(jī)碳（DOC）測(cè)定，參照Kumada方法，取2 g過(guò)100目篩樣品于50 mL離心管中，加入15 mL去離子水，在搖床振蕩1h后離心10 min，上清液倒人50 mL離心管，以10 mL去離子水洗滌沉淀兩次，洗滌后沉淀保留，上清液合并后用0.45 μm濾膜過(guò)濾，此為DOC，用總有機(jī)碳分析儀（Elementar，德國(guó)）測(cè)定其中的碳含量。

1.5 紫外-可見(jiàn)光譜特征分析

用超純水（UP）作為空白，將上述所得DOC濾液在200-600 nm范圍內(nèi)，以每間1nm進(jìn)行光譜掃描。本研究選擇特征紫外光吸收系數(shù)為SUVA254、SUVA260和SUVA280分別以A254、A260和A280吸光度與DOC濃度的比值表示，分別表征溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）分子的芳香性、疏水性和分子量，計(jì)算公式見(jiàn)式（1）。

SUVAλ=A（λ）×100/DOC（1）

式中：A（λ）為在波長(zhǎng)λnm處吸光度，DOC以mg·L-1為單位的濃度。

特征紫外光吸收比選擇E2/E3和E4/E5，分別為波長(zhǎng)250 nm和365 nm處吸光度之比、波長(zhǎng)300 nm和400 nm處吸光度之比。E2/E3用于表征DOM分子大小，E2/E3值與相對(duì)分子質(zhì)量成反比。E4/E5用于表征DOM分子腐殖化程度，E4/E5值與腐殖化程度成反比，E4/E5＜3.5時(shí)，以胡敏酸為主，E4/E5＞3.5時(shí)，以富里酸為主。

1.6 三維熒光光譜（EEM）特征分析

將上述獲得濾液進(jìn)行三維熒光光譜（EEM）掃描。激發(fā)光譜（Ex）波長(zhǎng)范圍為200-500 nm，采集間隔5nm；發(fā)射光譜（Em）波長(zhǎng)范圍為250-550 nm，采樣間隔2 nm。三維熒光光譜一般將熒光物質(zhì)所在的熒光光譜分成5個(gè)區(qū)域，分別為：區(qū)域Ⅰ（λEx＜250 nm，λEm＜320 nm），為類酪氨酸物質(zhì)；區(qū)域Ⅱ（λEx＜250nm，320 nm＜λEm＜380 nm），為類色氨酸物質(zhì)；區(qū)域Ⅲ（λEx＜250 nm，λEm＞380 nm），為類富里酸物質(zhì)；區(qū)域Ⅳ（λEx＞250 nm，λEm＜380 nm），為可溶性的微生物副產(chǎn)物；區(qū)域Ⅴ（λEx＞250 nm，λEm＞380 nm），為類胡敏酸物質(zhì)。激發(fā)波長(zhǎng)370 nm時(shí)，在470、520 nm兩處熒光發(fā)射強(qiáng)度的比值即熒光指數(shù)（FIX）；激發(fā)波長(zhǎng)為254 nm時(shí)，發(fā)射波長(zhǎng)在435-480 nm范圍與300-345nm范圍的積分值的比值即腐殖化指數(shù)（HIX）；激發(fā)波長(zhǎng)為310 nm時(shí)，在380 nm和430 nm兩處的熒光發(fā)射強(qiáng)度的比值即生物指數(shù)（BIX）。

1.7 數(shù)據(jù)處理

測(cè)得的數(shù)據(jù)利用efc軟件和Origin 2021軟件進(jìn)行分析、制圖。并運(yùn)用SPSS 20對(duì)不同數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素分析，所有數(shù)據(jù)均以P＜0.05視為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 凋落物分解前后有機(jī)碳含量變化

2.1.1 各處理分解前后元素組成的變化

通過(guò)比較不同處理下凋落物分解前后元素組成分析可知（表1），凋落物分解后，所有處理組的有機(jī)碳（OC）、氫（H）含量均有減少。其中，相對(duì)CSO，CS的OC、H含量分別降低了16.39%和22.01%，礦物添加后（按凋落物：礦物質(zhì)量比7：3混合原始樣品進(jìn)行了折算），其含量損失降低了30%以上，尤其是赤鐵礦添加下OC、H含量降低量可達(dá)38.96%和46.83%。然而，研究發(fā)現(xiàn)氮（N）、硫（S）含量在凋落物分解后呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。CS的N、S含量相較于CSO均超過(guò)了40%，但礦物添加會(huì)抑制N、S的增加。此外，蚯蚓活動(dòng)下凋落物的分解并未觀察到明顯的變化，其元素含量與未添加蚯蚓較為相近。

2.1.2 各處理分解前后穩(wěn)定碳同位素分餾的變化

由圖2可以看出，凋落物分解后，所有處理組的813C值均減小。礦物的添加促使CS減少2%以上，而且蒙脫石較赤鐵礦對(duì)凋落物OM的分餾更為顯著。此外，研究觀察到，蚯蚓活動(dòng)會(huì)增加δ13C值。特別是蒙脫石組，δ13C值從- 19.06‰到- 15.44‰，增加最為明顯。

2.2 凋落物分解前后DOM的變化

2.2.1 各處理分解前后DOC的變化

如圖2所示，經(jīng)過(guò)135 d的分解，不同處理組的凋落物DOC含量總體呈下降趨勢(shì)。其中，與CS相比，蒙脫石添加下DOC含量降低24.37%，而赤鐵礦添加下DOC含量增加17.63%。此外，盡管蚯蚓對(duì)總有機(jī)碳含量影響較小，但蚯蚓活動(dòng)下相較于無(wú)蚯蚓組，DOC含量分別降低了17.78%、30.68%和14.16%。

2.2.2 各處理分解前后三維熒光光譜特征

為了進(jìn)一步探究不同處理組的DOC組成變化，由圖3可以看出，分解過(guò)程中，與CSO相比，培養(yǎng)后腐植酸類物質(zhì)和富里酸類物質(zhì)的含量整體均呈上升趨勢(shì)，特別是添加蚯蚓后區(qū)域Ⅲ和區(qū)域Ⅴ熒光峰增加強(qiáng)烈。因此，從本研究可以看出，蚯蚓的作用改變了DOM的組成和結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致熒光峰的位置和熒光強(qiáng)度的變化。FI值可用來(lái)表示DOM來(lái)源，各處理組的FI均大于1.4（圖4），表明DOM以微生物來(lái)源為主。

HIX值用來(lái)表征腐殖化程度。在HIX指數(shù)上，各處理組較CSO相比整體呈上升趨勢(shì)（圖4），這一結(jié)果表明分解過(guò)程中可能是非腐殖質(zhì)類物質(zhì)發(fā)生降解，而腐殖質(zhì)類物質(zhì)的相對(duì)含量則不斷增加、整體腐殖化和芳構(gòu)化程度加強(qiáng)。其中與CS相比，CSM提高10.35%，而CSF卻降低19.28%。盡管蚯蚓對(duì)凋落物元素組成影響較小，但可以看出，在蚯蚓活動(dòng)下腐殖化程度更強(qiáng)。值得注意的是CSFE相較于CSE，沒(méi)有表現(xiàn)出CSF的HIX值比CS低的趨勢(shì)。

BIX用來(lái)表征DOM生物可利用性。添加蚯蚓后BIX有所提高（圖4），說(shuō)明在提升DOM生物可利用性方面，蚯蚓效果最好。因此，在蚯蚓活動(dòng)和微生物共同作用下，蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物等有機(jī)物被分解，類胡敏酸類和類富里酸類物質(zhì)成為DOM的主體部分，剩余有機(jī)質(zhì)趨于穩(wěn)定，腐熟度增加。

2.3 凋落物分解前后DOM紫外-可見(jiàn)光吸收光譜特征參數(shù)

有機(jī)質(zhì)的碳碳雙鍵與SUVA254的值有關(guān)，通常有機(jī)質(zhì)的芳香程度越高、腐殖化程度越高，分子質(zhì)量越大時(shí)，SUVA254值越高。通過(guò)圖5可知，在135 d的分解后，與CSO相比，各處理的SUVA254均有增加，表明在分解過(guò)程中，芳香程度增加。與CS相比，CSM的芳香性最大。而蚯蚓活動(dòng)下，芳香化程度增加更加明顯。該現(xiàn)象與前面提到的腐殖化程度是相一致的。

此外，SUVA260和SUVA280分別表征DOM分子的疏水性和分子量，該值越大，疏水性和分子量越大。通過(guò)圖5可知，與CSO相比，各處理組SUVA260和SU-VA280都有所提高。而在SUVA280中，與CS相比，CSM提高20.63%，CSF卻降低了10.93%。

各處理的吸收值／吸收比變化如圖5所示。相對(duì)于CSO，各處理組的E2/E3均有上升的趨勢(shì)，其中CSM上升最明顯，表明蒙脫石的添加使凋落物的DOM有機(jī)質(zhì)分子量與腐殖化程度增大。這與前兩個(gè)參數(shù)SUVA254、SUVA280的結(jié)果吻合。各處理E4/E5平均值變化范圍為3.6-3.74，均大于3.5，說(shuō)明DOM以富里酸為主。

3 討論

3.1 蚯蚓和礦物對(duì)凋落物OC的影響

礦物的存在會(huì)促進(jìn)OC、H含量的分解。這是因?yàn)榈V物為微生物提供了更大比表面積和生物源有機(jī)物，微生物更好存活，進(jìn)而容納更豐富的微生物群落促進(jìn)有機(jī)質(zhì)分解。根據(jù)Kleber等的研究指出，礦物可以吸附生物源有機(jī)物，形成特殊的微聚體占有更多的資源和生態(tài)位，因此容納更多種類的微生物群落。相反N、S含量的增加，一方面是因?yàn)榈V物顆粒風(fēng)化和凋落物礦化提高了土壤中N、S等元素的含量，而其他元素如OC、H的損失，導(dǎo)致其相對(duì)富集。另一方面是因?yàn)槲⑸锷L(zhǎng)促進(jìn)了其分泌物或殘?bào)w的累積。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，微生物源有機(jī)質(zhì)具有較高的含N、S化合物（如氨基酸或蛋白等物質(zhì)）。顯然，僅添加礦物下的處理組相對(duì)CS而言，OC、H的降低量明顯低于N、S的增加量。因此，N、S含量的增加可能更依賴于微生物的大量生長(zhǎng)導(dǎo)致含N、S化合物等分泌物生成。在蚯蚓活動(dòng)下分解與礦物相近，這可能是因?yàn)橛衩椎蚵湮锞哂胸S富的低OC/N 比值的易降解組分，其大量組分易被微生物利用并促進(jìn)其生長(zhǎng)，因此在充足的碳源條件下，蚯蚓活動(dòng)雖增加更多易降解組分作為碳，但微生物仍以凋落物碳源為主。研究報(bào)道，不同類型的碳源會(huì)對(duì)土壤微生物群落組成和功能產(chǎn)生影響，發(fā)現(xiàn)凋落物作為碳源更能被微生物優(yōu)先利用?？偟膩?lái)看，礦物在135 d培養(yǎng)下改變了樣品的元素組成，而蚯蚓活動(dòng)并不會(huì)明顯改變。

穩(wěn)定碳同位素這一結(jié)果表明，CS在分解過(guò)程中13C被優(yōu)先利用分解，導(dǎo)致i2C的富集。有研究表明易降解組分如蔗糖、淀粉等，且相較難降解組分富含13C。因此，該結(jié)果表明微生物優(yōu)先降解富含13C易降解組分。此外，礦物添加后δ13C值進(jìn)一步減小，結(jié)合元素分析數(shù)據(jù)可知，礦物添加后OC含量顯著降低，因此，礦物可能加速了易降解組分的分解。這可能是因?yàn)樵诜纸庵?，蒙脫石中的微生物大量生長(zhǎng)，在利用易降解組分時(shí)，富含13C的蔗糖等被消耗，導(dǎo)致12C相對(duì)增加。同時(shí)有文獻(xiàn)報(bào)道，與非鐵結(jié)合有機(jī)碳相比，鐵結(jié)合有機(jī)碳的脂肪族含量更少，羧基含量更高，13C含量更豐富。而在蚯蚓活動(dòng)下δ13C值有所改變。有研究報(bào)道這是由于蚯蚓需攝取凋落物中的氨基酸為自身提供能量，使氨基酸基團(tuán)中含碳鍵的輕碳同位素優(yōu)先消解，導(dǎo)致13C組分的富集。另一方面蚯蚓的添加影響土壤微生物活動(dòng)和優(yōu)勢(shì)種群。經(jīng)研究證明，蚯蚓活動(dòng)下子囊菌和擔(dān)子菌的相對(duì)豐度降低，而子囊菌和擔(dān)子菌較12C更偏向利用13C。說(shuō)明蚯蚓活動(dòng)會(huì)降低蒙脫石組OM的碳同位素分餾，但改變赤鐵礦組分餾相對(duì)較少，這是因?yàn)槊擅撏潦且环N具有高離子交換和吸附能力的黏土礦物，吸附潛在的有害物質(zhì)（如鹽）對(duì)微生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生直接影響，例如增加了富含13C的原核生物。

3.2 蚯蚓和礦物對(duì)凋落物DOM結(jié)構(gòu)組成的影響

有研究報(bào)道，蒙脫石能促進(jìn)凋落物的分解，這與本研究的結(jié)果一致。一個(gè)重要的原因是蒙脫石添加下促進(jìn)微生物活性，加速利用易降解組分，導(dǎo)致DOC含量的顯著減小。赤鐵礦添加下DOC含量更高，一方面是因?yàn)槌噼F礦催化加速CS大分子有機(jī)化合物的分解，產(chǎn)生更多DOC。另一方面也可能是赤鐵礦抑制了微生物對(duì)有機(jī)物的利用。同時(shí)蚯蚓活動(dòng)下與未添加蚯蚓相比，DOC含量減少。這主要是蚯蚓通過(guò)攝食、消化、產(chǎn)糞等作用促進(jìn)了微生物對(duì)DOC的利用或轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的組分如團(tuán)聚體或礦物結(jié)合態(tài)組分。

DOM由一系列分子組成，通過(guò)三維熒光光譜進(jìn)一步分析，礦物的添加增強(qiáng)了熒光強(qiáng)度。在本研究中，蒙脫石對(duì)CS的改變最為明顯。這是因?yàn)槊擅撌ㄟ^(guò)為微生物提供生存場(chǎng)所，影響微生物群落棲息的微環(huán)境來(lái)影響微生物的代謝。此外蒙脫石還具有催化作用，讓有機(jī)前體吸附在蒙脫石表面，從而使微生物進(jìn)入有利于反應(yīng)發(fā)生的方向，促進(jìn)了DOC的減少。這兩種作用加快了總有機(jī)碳的分解，促進(jìn)了腐殖質(zhì)組分的積累。而赤鐵礦一方面由于較為穩(wěn)定，球粒狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其吸附效果較差。另一方面過(guò)量的赤鐵礦會(huì)降低微生物群落的豐富度以及多樣性（例如硝化細(xì)菌），導(dǎo)致腐殖化低。有研究報(bào)道，蚯蚓活動(dòng)會(huì)提高腐殖化程度，這與本研究結(jié)果一致。這可能是蚯蚓添加后，一方面蚯蚓腸道的微生物促進(jìn)了對(duì)某些芳香族化合物的降解和轉(zhuǎn)化。另一方面蚯蚓活動(dòng)使得蚯蚓黏液能富集在礦物和凋落物表面，而由于黏液的加入，細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了強(qiáng)烈的改變，具體表現(xiàn)為變形菌門的豐度增加較多，而該菌種是腐殖化的主要降解菌。特別是蚯蚓活動(dòng)下，BIX值最高。有研究表明，蚯蚓促進(jìn)了DOM的微生物群落多樣性以及微生物代謝能力，進(jìn)而微生物攝取碳源的方式多元化。

紫外可見(jiàn)吸收光譜可以反映DOM分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和腐殖化程度。本研究中，僅存在礦物時(shí)，蒙脫石的SUVA254最大，這可能是當(dāng)?shù)蚵湮锱c蒙脫石混合后，蒙脫石可能吸附并富集了一部分有機(jī)物，導(dǎo)致濾液中SUVA254值的增加。另一方面，前文提到，蒙脫石更有利于微生物生長(zhǎng)（如放射菌門），在分解有機(jī)物時(shí)釋放芳香物質(zhì)。通過(guò)SUVA260可知，CSM和CSF顯著高于CS組，表明礦物的添加能提高有機(jī)質(zhì)的疏水性，這主要是因?yàn)榈V物添加促進(jìn)了易降解極性高的小分子有機(jī)化合物的分解。蚯蚓活動(dòng)會(huì)進(jìn)一步提高其疏水性，這與Zhang等的研究指出添加蚯蚓會(huì)提高疏水性一致。在SUVA280中，CSM高而CSF低，這是因?yàn)樵诜纸膺^(guò)程中，赤鐵礦中的鐵元素參與氧化還原反應(yīng)，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)中的大分子結(jié)構(gòu)斷裂。在蚯蚓活動(dòng)下，蚯蚓增大了各處理的分子量，是由于蚯蚓會(huì)優(yōu)先利用小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并且蚯蚓通過(guò)攝食、消化、產(chǎn)糞等作用也產(chǎn)生了更多復(fù)雜和密集的芳香結(jié)構(gòu)存在。

4 結(jié)論

（1）凋落物在分解過(guò)程中，礦物的添加下會(huì)促進(jìn)有機(jī)碳比例的減少，而氮、硫比例增加，蚯蚓活動(dòng)下的元素組成與礦物的趨勢(shì)無(wú)顯著差異，表明礦物會(huì)促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的分解，蚯蚓活動(dòng)并不會(huì)明顯改變。

（2）礦物的加入改變了凋落物的穩(wěn)定碳同位素的分餾情況，即12C相對(duì)富集，蚯蚓活動(dòng)反而減少了13C的貧化，特別是蚯蚓和蒙脫石組顯著改變穩(wěn)定碳同位素分餾。

（3）蒙脫石和蚯蚓添加下對(duì)提升凋落物的生物可利用性、提高溶解性有機(jī)質(zhì)芳香化和腐殖化程度、增加富里酸含量方面均具有顯著促進(jìn)作用。總的來(lái)說(shuō)，適當(dāng)?shù)牡V物添加與蚯蚓活動(dòng)下均能提高有機(jī)質(zhì)的利用，而本研究表明蒙脫石與蚯蚓共同處理下，效果最好。

（責(zé)任編輯：葉飛）

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