文献分享 | WR:长期施肥制度缓解农业土壤渗滤液中溶解性有机质淋溶并改变其化学多样性

作者： 

Longlong An, Shuqin He✉︎ , Xin Song, Zicheng Zheng✉︎ , Tingxuan Li, Le Han

第一通讯单位：

College of Resources Science, Sichuan Agricultural University, 211 Huimin Road, Chengdu, Sichuan 611130, China

农业土壤渗滤液中溶解性有机质（DOM）对水环境的负面影响已获全球共识，但施肥制度对土壤渗滤液 DOM 的调控机制尚不明确。本研究以西南紫色土坡耕地为对象，通过 10 年田间定位试验 + 土壤柱淋溶试验，探究不同长期施肥模式下 DOM 淋溶特征与驱动机制。结果表明：有机肥 + 秸秆替代 20% 化学氮（CFOS） 可在提升土壤有机质含量的同时，显著降低溶解性有机碳（DOC）淋失通量；该模式减少腐殖酸类、木质素类物质流失，提升 DOM 分子复杂度与氧化度；施肥通过改良土壤结构抑制渗滤液产生，淋滤液量是 DOM 淋溶输出的首要驱动因子。研究明确了兼顾土壤培肥与 DOM 淋失防控的施肥模式，揭示了农田 DOM 淋溶的分子机制，为农业可持续发展与水体污染防控提供理论支撑

1. DOM（溶解性有机质）

   土壤有机质中高移动性关键组分，是养分与污染物迁移载体，淋溶是其主要流失途径，易引发农业面源水污染。

2. DOC（溶解性有机碳）

   DOM 的核心量化指标，用于表征 DOM 淋溶浓度与流失通量。

3. CFOS 施肥制度

   20% 化学氮由有机肥 + 秸秆共同替代，为本研究最优施肥处理。

4. EEM-PARAFAC（三维荧光光谱 - 平行因子分析）

   用于解析 DOM 荧光组分、来源与腐殖化程度。

5. FT-ICR MS（傅里叶变换离子回旋共振质谱）

   用于 DOM 分子组成与化学多样性精准解析。

6. PLS-PM（偏最小二乘路径模型）

   用于量化 DOM 淋溶的驱动因子与作用路径。

1. 材料

西南紫色土基础理化性质、4 组施肥处理（单施化肥 CF、有机肥替代 CFO、秸秆替代 CFS、有机肥 + 秸秆替代 CFOS）、3 种模拟降雨量（450/600/750mm）、土壤与淋滤液样品。

2. 实验与计算输出

土壤 SOC/DOC 含量、淋滤液量、DOC 淋失通量、DOM 荧光 / 分子组成、土壤结构参数、DOM 淋溶驱动机制。

3. 适用性

适用于西南紫色土坡耕地、长期施肥农田 DOM 淋溶调控、农业面源污染源头防控研究。

图1.不同施肥处理下土壤有机碳（a）和溶解性有机碳（b）含量

注：单施化肥（CF）、20% 化学氮由有机肥替代（CFO）、20% 化学氮由秸秆替代（CFS）、20% 化学氮由有机肥 + 秸秆共同替代（CFOS）。图中实线和空心方块分别代表中位数和平均值，箱体边界为 75% 和 25% 四分位数，须线为 90% 和 10% 四分位数；箱体上方不同字母表示施肥处理间差异显著（p<0.05）。

图表理解：该图直观呈现施肥对土壤碳库的提升作用，CFOS 处理的土壤有机碳、溶解性有机碳含量均显著高于单施化肥（CF），证明有机肥 + 秸秆配施能有效增加土壤碳储量，为后续 DOM 淋溶研究提供土壤本底数据支撑。

图2.不同施肥处理下湿润锋位置

· （a）、入渗速率（b）和淋滤液体积（c）；不同施肥处理下 DOC 浓度（d）、DOC 流失通量（e）、DOM 光谱组成（f-i）和 DOM 荧光强度（j-l）

注：柱形上方不同字母表示施肥处理间差异显著（p<0.05）。

图表理解：该图揭示了施肥调控土壤水文过程与 DOM 淋溶的核心规律，CFOS 处理湿润锋推进最慢、入渗速率最低、淋滤液量最少；尽管其淋滤液 DOC 浓度最高，但因淋滤液总量大幅减少，最终 DOC 流失通量为所有处理中最低，直接验证了 “淋滤液量主导 DOM 淋失” 的核心结论。

图3.不同施肥处理下淋滤液 DOM 分子

公式的 Van Krevelen 图（a-d）以及分子组成和元素类别分布（e）

图表理解：从分子层面解析 DOM 化学多样性特征，木质素类化合物是各处理 DOM 的主要组分；CFOS 处理 CHO 化合物占比最低、CHON 化合物占比最高，表明该施肥模式显著改变了 DOM 分子元素组成，提升了含氮有机质比例，优化了 DOM 分子结构稳定性。

图4.不同施肥处理下淋滤液 DOM 碳原子数与双键当量分布（a-d）及加权分子参数（e）

注：DBEw 为加权双键当量；AImod,w 为加权芳香度指数；NOSCw 为加权碳标称氧化态。

图表理解：量化 DOM 分子稳定性与氧化特性，CFS、CFOS 处理的 DBEw、AImod,w、NOSCw 均高于单施化肥（CF），说明有机肥 + 秸秆配施可提升 DOM 分子饱和度、芳香性与氧化度，CFOS 处理的 DOM 分子结构更稳定，更不易随水分淋溶流失。

图5.土壤环境因子自组织映射分析可视化与 DOC 淋失影响关系分析

a：U 矩阵；b：命中直方图与样本聚类；c：单组分权重神经矩阵；d：PLS-PM 模型

图表理解：明确 DOM 淋溶的驱动路径与核心影响因子，不同施肥处理依据土壤环境因子分为 4 类，CFOS 与 CF 处理差异最为显著；PLS-PM 模型证实施肥、降水通过调控淋滤液量间接影响 DOM 输出，淋滤液量是 DOM 淋失的首要驱动因子，土壤结构改良是 CFOS 抑制 DOM 流失的关键。

1. CFOS 实现 “土壤增碳 + DOM 减淋失” 双赢

   CFO、CFS、CFOS 均提升土壤 DOC 含量，CFOS 还显著提高土壤 SOC；CFOS 虽提高淋滤液 DOC 浓度，但大幅减少淋滤液总量，最终 DOC 淋失通量为所有处理最低。

2. CFOS 重塑 DOM 组成，提升稳定性

   CFOS 减少渗滤液中腐殖酸类、木质素类易流失组分，提升 CHON 化合物占比与 DOM 氧化度；增强 DOM 芳香性与腐殖化程度，使 DOM 分子结构更稳定。

3. 土壤结构改良是控淋溶核心

   CFOS 增加土壤黏粒含量、降低容重，优化土壤孔隙分布，提升持水能力，减缓水分入渗、减少淋滤液产生，从迁移承载层面抑制 DOM 流失。

4. DOM 淋溶为迁移承载限制过程

   淋滤液量是 DOM 输出的首要驱动因子，土壤 DOM 含量影响不显著；施肥通过改变土壤结构调控淋滤液量，进而控制 DOM 淋溶。

5. CFOS 兼顾增产与环保CFOS

   处理玉米产量高于单施化肥（CF），实现稳产增产，同时降低 DOM 淋溶引发的水体污染风险。

1. 仅针对西南紫色土坡耕地，结论在其他土壤类型、气候区的适用性需验证。

2. 采用室内土柱试验，与田间原位径流、降雨环境存在差异。

3. 未深入解析微生物群落对 DOM 转化、淋溶的协同作用。

4. 仅研究玉米季 DOM 淋溶，未覆盖小麦 - 油菜 - 玉米轮作全年周期

1. 农田施肥优化：西南紫色土区优先推广有机肥 + 秸秆替代部分化肥模式，破解 “增碳即增淋失” 的行业难题。

2. 污染防控思路：DOM 淋溶防控核心是减少淋滤液产生，而非仅控制土壤 DOM 含量，土壤结构改良是关键。

3. 研究方法：农田 DOM 研究需结合荧光光谱 + 分子质谱，从定量到分子层面揭示其化学多样性变化。

4. 农业管理：坡耕地施肥制度优化是源头控制 DOM 入河的核心手段，可有效降低水体污染风险。

5. 研究拓展：后续需开展田间原位长期观测，覆盖多作物轮作周期，完善微生物驱动机制研究。

   文章信息

An L, He S, Song X, et al. Long-term fertilization regimes mitigate dissolved organic matter leaching and alter its chemodiversity in agricultural soil leachate[J]. Water Research, 2026: 125762.

   DOI:

10.1016/j.watres.2026.125762

宋奕学 | 供稿

   潘妍 | 编辑

      陈磊 | 审核