溶解性有机物(DOM)指可通过0.45 μm滤膜，能溶解于水、酸或碱溶液，具有不同结构及分子量大小的有机物的混合体；主要包括溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)和溶解性有机磷(DOP)等^{[1, 2, 3]}。DOM是自然生态系统中最为活跃的组分，对土壤中养分循环、污染物的迁移与转化和微生物活性等都有重要影响^{[2, 4, 5]}。

植物叶片和凋落物是森林生态系统DOM的主要来源之一^[6]。叶片是光合作用的同化器官，生理活性强，营养元素含量高，通过降雨从其表面淋溶出来的DOM对森林养分循环具有重要的贡献^[3]；凋落物层是由覆盖地表的未分解、半分解及已分解的有机物组成的，是森林生态系统重要的碳库和养分库，能为生态系统的循环提供物质和能量，对维持土壤肥力和提高森林生产力具有重要的作用^[7]，而在凋落物分解期间，有相当一部分质量损失是以DOM淋失的方式发生的^[8]。短时间内(1—2 h内)降雨量越大被淋溶的DOM总量就越多^[9]，但长时间内(连续24 h内)降雨量和DOM淋失量的关系还不明了^[9]；另一方面，植物新鲜叶片脱落变成凋落物后逐步分解、腐殖化的过程中，其内部有机组分的变化会使得其水溶性组分的数量和结构有差异。因此通过室内淋溶试验探讨鲜叶、凋落物在不同浸提时间下释放DOM的基本规律，并比较鲜叶和凋落物的DOM在数量和结构方面的差异就很有意义。

目前，对DOM的研究集中于DOM的数量，且往往只注重单一组分比如DOC的含量，综合考虑DOM组分中的DOC、DON和DOP含量及其结构特征的报道还较少^[2]。紫外可见光谱分析是对DOM进行半定量的检测，其方法简单且对样品无消耗和破坏，在DOM 的研究中得到比较广泛的应用^[10]；荧光光谱分析在最近被引入到森林生态系统的DOM的结构表征中来，它是一种高效且信息丰富的分析手段^[4]；红外光谱法具有不破坏检材，操作简便快速，结果准确可靠等特点，能够反映DOM中含有的化合物的官能团组成及其比例的信息^[11]；以上光谱手段和传统的分析手段结合，能得到更加全面的DOM的信息，并对了解其在生态系统中的功能具有重要意义。

米槠林和杉木林是福建省分布较广、极具中亚热带代表性的森林类型。因此本研究以福建省三明市陈大镇的米槠人促更新林(CCF)和杉木人工林(CLP)为试验样地，这两片林地毗邻、本底条件(母岩、土层厚度、土壤层次)相似，从而为检验淋溶时间和林分差异对DOM的数量和结构性质的影响提供良好的试验地条件。前期工作对两林分的生物量和凋落物碳储量研究较多^{[12, 13]}，而关于不同降雨量下阔叶林和针叶林DOM的淋失数量和光谱学特征还不清楚。针叶树鲜叶的比表面积较阔叶树大，但阔叶树的凋落物分解过程中养分释放较快^[14]，由此假设浸提初期针叶树会释放更多的DOC，而阔叶树DOM中养分含量会更多。所以选取两林分内鲜叶和不同分解层凋落物为对象，在室内进行不同浸提时间的淋溶实验，利用包括紫外-可见光谱和荧光光谱在内的多种分析手段研究其淋溶产生的DOM数量和化学性质的变化，从而评价不同来源DOM的相对贡献，为深入揭示降雨淋溶对DOM在亚热带森林养分循环中的作用提供基础数据；也有助于揭示该地林分的自肥机理，为林分经营管理提供重要依据。

研究地位于福建省三明市陈大镇森林经营科技示范基地(26°19′N，117°36′E)，东南面和西北面分别与戴云山脉和武夷山脉相连；属中亚热带季风气候，年均气温19.1 ℃，年均降水量1749 mm，年均蒸发量1585 mm，相对湿度81%。区域土壤为粗晶花岗岩发育的红壤，厚度超过1 m。

米槠(Castanopsis carlesi))人促更新林 形成时间36 a，海拔335 m，坡度38°，林分密度为2158株/hm²，平均胸径16.8 cm，平均树高13.7 m，细根生物量0.7 kg/m³；土壤表层(0—20 cm)的理化性质为：有机碳储量50.14 t/hm²，土壤容重1.21 g/cm³，全氮0.98 g/kg，全磷0.34 g/kg，土壤pH值 4.3。米槠天然林经过强度择伐后天然更新，并在更新过程中人为去除其它林分形成的米槠人促天然更新次生林。主要林分有米槠、木荷(Schima superba)、东南野桐(Malloyus lianus)、灰木(Symplocos paniculata)等。灌木层以鼠刺(Itea chinensis)、毛叶冬青(Ilex pubilimba)、石栎(Lithocarpus glabra)等为主。草本层不发达，有鳞子莎(Lepidosperma labill)、狗脊蕨、扇叶铁线蕨等。

杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林 形成时间37 a，海拔301 m，坡度30°，林分密度为2858 株/hm²，平均胸径15.6 cm，平均树高18.2 m，细根生物量0.77 kg/m³；林分内土壤表层(0—20 cm)理化性质为：土壤有机碳储量51.76 t/hm²，土壤容重1.41 g/cm³，全氮0.6 g/kg，全磷0.52 g/kg，土壤pH值4.75。杉木人工林为1976年人促林皆伐后，营造人工纯林形成。杉木人工林为西北坡向，林冠单层，林下植被主要以狗骨柴(Tricalysia dubia)、毛冬青(Ilex pubescens)、芒萁(Dicranopteris dichotoma)为主。

于2012年11月进行取样，此时为秋季，凋落量大，枯枝落叶层丰富^[15]；且该月份降雨量为281 mm，达该年降雨量第2高(6月份最高，为292 mm)，此时温度也适中，更有利于探讨降雨淋溶对鲜叶和凋落物不同组分之间的差异。在米槠人促更新林和杉木人工林实验样地内，在上、中、下坡设3条平行于等高线的样线，每条样线上随机设10个25 cm×25 cm小样方，在凋落物层(0—5 cm)按未分解层(L层)和半分解层(F层)采集凋落物样品(L层和F层混合，没有明显界限)；同时用高枝剪从东、西、南、北4个方向采摘与收集样方临近的米槠和杉木树冠中上部的鲜叶，带回室内。将每个林分的30个小样方的各分解层凋落物样品和鲜叶分别混匀，风干，去除矿质土。各样品分别取小样测定含水量，其余样品用于淋溶实验。

样品DOM的提取采用水浸提法^{[11, 16]}。分别准确称取15 g干重样品，置于8个250 mL烧杯中，植物水比为1 ∶ 10，即加入150 mL超纯水混合。为了了解不同淋溶时间的差异性，8个烧杯内样品的浸提时间分别为3，6，9 h,…,24 h。烧杯内的上清液过0.45 μm滤膜(压力为-0.09 MPa)，滤液中的有机物即为DOM。将待测滤液置于生化培养箱中保存(4 ℃，且保存时间不超过1 d)用以分析。每种样品3次重复。

采用岛津TOC-VcPh有机碳分析仪测定样品DOC含量；采用连续流动分析仪(Skalar San++)测定DON和DOP含量，DON是溶解性总氮和总无机氮的差减法，DOP是溶解性总磷和磷酸盐的差减法求得^{[17, 18]}；由于采用连续流动分析仪在测定过程中有消解功能，所以样品测定前无需做消解等其他处理。

紫外可见吸光值用UV-2450(岛津)紫外可见光谱仪测定，通过检验待测液254 nm处吸收值(Special Ultraviolet-Visible Absorption，SUVA) 来分析其芳香化程度^[19]。SUVA也叫芳香性指标(Aromaticity Index，AI)^[20]，计算方法为：(UV₂₅₄/DOC)·100^{[21, 22]}。

荧光光谱用日立F4600仪器测定(激发和发射光栅的狭缝宽度都为10 nm，扫描速度为1200 nm/min，激发波长254 nm，发射波长范围为300—480 nm)，主要确定腐殖化指标(HIX)、相对荧光强度(RFI)、荧光强度最大值(F_max)等。荧光发射光谱中(∑435—480 nm)区域与(∑300—345 nm)区域的峰面积比值认为是腐殖化指标^{[1, 4]}；用DOC含量将其荧光强度标准化后得到相对荧光强度值^{[4, 23]}。为了提高灵敏度，去除碳酸盐，荧光光谱测定前所有待测溶液的pH值用2 mol/L盐酸调成2^[20]；由于荧光物质在高浓度时会发生荧光猝灭，高浓度样品的荧光图谱荧光峰数量少而且荧光强度低，所以在光谱分析前，样品DOC浓度应调为10 mg/L^[24]。

用FTIR 光谱仪(Nicolet Magna FTIR 550)分析红外光谱，将1 mg冷冻干燥的样品与400 mg干燥的KBr (光谱纯)磨细混匀，在10 t/cm²压强下压成薄片并维持1 min，测定并记录其光谱；波谱扫描范围为4000—400 cm^-1。

利用SPSS 17.0进行数据分析：采用方差分析和LSD比较不同林分，不同组分或不同淋溶时间间DOM数量和性质的差异性(P<0.05)。相关图表制作在Excel中完成。

如图 1所示，米槠人促更新林的L层凋落物释放的DOC含量在24 h内表现出先上升后下降的趋势，而米槠人促更新林鲜叶和F层凋落物均表现出不断(波动式)上升的趋势；不同淋溶时间之间的平均DOC含量为L层(1539.2 mg/kg)>F层(1508.9 mg/kg)>鲜叶(1343.4 mg/kg)。杉木人工林的鲜叶、L层和F层凋落物的DOC含量则是先上升后明显下降最后又轻微上升，它们的平均值为：鲜叶(2060.3 mg/kg)>L层(1682.4 mg/kg)>F层(1260.9 mg/kg)。在米槠人促更新林中，L层凋落物的反吸附现象最明显；而杉木人工林中，鲜叶的反吸附最明显，但反吸附之后又跟随着DOC的释放。24 h后米槠人促更新林3种样品淋溶出的总的DOC量(6414.7 mg/kg)略高于杉木人工林(6219.5 mg/kg)。

图 1 免疫细胞化学法检测P-gp蛋白在Bel-7402 和Bel-7402/FU细胞中的表达（DAB，×200） Fig. 1 The DOC, DON and DOP cotent of DOM during leaching

图选项

两林分中，鲜叶淋溶的DON含量明显低于凋落物层，表明N元素在鲜叶中不易被释放(图 1)。米槠人促更新林凋落物的平均DON含量为L层>F层，但到24 h后，L层的含量却低于F层凋落物，这主要是F层的反吸附造成的。杉木人工林凋落物的平均DON含量为L层<F层。

样品的DOP含量明显低于DOC和DON，米槠人促更新林和杉木人工林分别在0.2—10.5 mg/kg和0.1—1.1 mg/kg间变动(图 1)。两林分中都是L层凋落物淋溶出的DOP的量最多。米槠人促更新林鲜叶的DOP的淋溶量最小，而在杉木人工林F层凋落物最小。

两林分SUVA值均表现为：F层>L层>鲜叶，两林分内的鲜叶和L层凋落物的SUVA较接近(图 2)，表明F层的芳香性化合物含量显著高于L层和鲜叶。米槠人促更新林F层和L层凋落物的SUVA在淋溶21 h后达到最大值，随后下降；米槠人促更新林鲜叶和杉木人工林F层凋落物随着淋溶时间增加有轻微的上升；杉木人工林鲜叶和L层凋落物在淋溶过程中亦呈现先上升后下降的趋势(图 2)。同一种样品不同淋溶时间之间差异性不显著(P>0.05)。

图 2 淋溶过程中溶解性有机物的紫外吸收值 Fig. 2 SUVA of DOM during leaching

图选项

源于荧光发射光谱的腐殖化指标(HIX)用于确定DOM的腐殖化程度，它不仅能描述芳香化合物的含量，还可以反应DOM的分子结构，如π-π共轭体系的大小^{[1, 23]}。同一林分内DOM的HIX大小表现 为：F层>L层>鲜叶(图 3)，说明由鲜叶到L层再到F层凋落物，其腐殖化程度不断升高。随着淋溶时间增加，F层凋落物的HIX呈现轻微的波动上升，鲜叶和L层变化不大。米槠人促更新林各分解层的HIX高于杉木人工林，表明其DOM内含有较多腐殖化物质。

图 3 淋溶过程中溶解性有机物腐殖化指标 Fig. 3 HIX of DOM during leaching

图选项

同一种样品不同淋溶时间得到的DOM呈现一个相似的峰形，图 4为淋溶24 h后的相对荧光光谱图，两林分的RFI均表现为F层大于鲜叶和L层，米槠人促更新林F层凋落物的RFI大于杉木，但鲜叶和L层凋落物略小于杉木人工林。同一种样品不同淋溶时间的DOM荧光强度最大值(F_max)变化不大；但同一林分内按照鲜叶到L层到F层凋落物的顺序，其荧光强度最大值对应的波长由短波向长波移动(图 4)；表明由鲜叶到L层到F层凋落物，其电子共轭体系的增大，亦即含有更多的高分子量化合物和更复杂的结构^[23]。

图 4 淋溶24 h后溶解性有机物的荧光发射光谱图 Fig. 4 Fluorescence emission spectra of DOM after leaching for 24 h

图选项

红外光谱分析应用于DOM 的结构和官能团检测，可以提供大量准确信息。除米槠鲜叶的前2次淋溶液的红外吸收和后6次淋溶液的红外吸收有明显差异外，其余样品不同淋溶时间得到的DOM的红外吸收都较相似，为了简洁和便于比较，图 5仅画出了两林分6种样品淋溶24 h后的红外光谱图。所有的谱图都在3758—3058 cm^-1有一个强而宽的吸收峰，这是H键键合的—OH的伸缩振动的特征吸收，这个宽峰同时也掩盖了芳香环上C—H的伸缩振动；1630—1600 cm^-1(苯环的C=C的振动)和690—600 cm^-1(苯环面外弯曲振动)可以证明芳香类物质的存在；1420—1400 cm^-1归属于羧酸O—H弯曲振动；1080—1020 cm^-1是C—O不对称伸缩振动，表明烷氧类物质或者羧酸的存在^{[11, 16, 23, 25]}。

对于米槠人促更新林，由鲜叶到L层再到F层凋落物，其在690—600 cm^-1的吸收的相对比例逐渐增大，说明苯环类物质含量增加且结构也越来越复杂；另外，在3758—3058 cm^-1强吸收峰上伴有一个弱吸收(2923 cm^-1附近)，这是饱和脂肪族C—H键的伸缩振动。杉木人工林F层的1080—1020 cm^-1和690—600 cm^-1两个吸收带比L层凋落物略向低频方向移动，这是共轭体系增大的表现；F层的1630—1600 cm^-1和1420—1400 cm^-1两个吸收带所占的比例比L层凋落物高，表明芳香类、羧酸类物质的增加。总体上，杉木人工林DOM在1420—1400 cm^-1的吸收比例小于米槠人促更新林的DOM，即羧酸类物质更少。

图 5 淋溶24 h后DOM的红外光谱图 Fig. 5 FTIR spectra of DOM after leaching for 24 h

图选项

米槠鲜叶和L层凋落物的DOC含量分别低于杉木鲜叶和L层凋落物，但F层凋落物的DOC含量为米槠人促更新林较高；米槠人促更新林中的样品的DON和DOP含量都大于杉木人工林的同种样品。这与两树种的叶片质量及结构差异有关；说明米槠人促更新林样品释放的DOM的C/N，C/P比例更低，更有利于养分的积累。样品在不同淋溶时间下得到的DOM含量的平均值可以大致反映这种样品释放DOM的能力；除杉木人工林L层DON含量略低于F层外，两林分的DOC，DON和DOP平均含量总体表现为L层>F层(图 1)，这和杨玉盛等^[7]对格氏栲和杉木两林分不同分解层凋落物进行研究的结论相似；郭剑芬等^[15]对木荷与杉木人工林枯枝落叶层有机碳含量的研究也指出：两种林分不同分解层次DOC含量顺序皆为：未分解层大于半分解层。在温带地区的研究结果也呈现相同的规律，例如Kiikkil等^[26]对德国白桦和云杉林分不同分解层研究发现，两林分DOC含量均为L层>F层。这是由于L层凋落物还未被分解养分较富集，而F层凋落物随着分解程度的增加养分被分解而本身被淋溶出来的量下降。鲜叶和凋落物层的DOM含量相比较，除杉木人工林DOC和DOP含量表现为鲜叶较大外，其余情况均表现为L层和F层凋落物大于鲜叶(图 1)，Kiikkil等^[27]研究也显示腐殖质层凋落物DON含量大于植物鲜叶；所以鲜叶虽然含有的养分较多，但是能淋溶出来的较少。同时，本文研究的杉木人工林鲜叶DOM含量和德国云杉林较相近^[27]，其余则略有差别，表明亚热带地区和温带地区由于林分本身特性、气候和立地条件等综合因素使得阔叶树和针叶树的不同分解层DOM含量各异。

从不同淋溶时间上看，不同样品的DOM含量随着淋溶时间的增加，呈现先上升后下降，或者有波动的上升趋势。这与李忠佩等^[28]对土壤不同浸提时间的研究结果相似。DOM含量不升反降，说明淋溶过程中溶解性组分一定被反吸附了；因为在本文的研究时间(24 h)内，DOM的矿化或挥发可忽略不计。因此，DOM的释放、反吸附共同控制着DOM的含量。

L层和F层凋落物在不同淋溶时间后DOM含量呈显著差异性(P<0.05)；两林分的鲜叶除DOC含量在不同淋溶时间后差异性极显著外(P<0.01)，DON和DOP含量差异性不明显(P>0.05)。说明延长淋溶时间对不同样品的不同溶解性组分的影响程度不同。

紫外可见光谱数据(图 2)显示，两林分中均是F层凋落物的SUVA最高，表明其含有的芳香类物质最多。米槠人促更新林L和F层凋落物在淋溶21 h后达到最大值随后下降，杉木人工林的鲜叶和L层凋落物在15 h后达到最大值随后下降，表明在这两个临界点之后芳香类物质的相对比例下降了。然而SUVA最大值和DOC含量最大值并不一定同时出现，比如米槠人促更新林F层凋落物在21 h后的DOC含量仍继续升高，但是此时的SUVA已开始下降；芳香类物质相对更加容易被反吸附，以及非芳香类物质的继续释放是出现这一现象的最主要的原因^[10]，在土壤中芳香类物质更容易被吸附。

HIX既能反应芳香类物质的含量，又和分子内部的荧光跃迁的难易相关。比较图 2和图 3可知，在表征样品的分解程度方面，HIX比SUVA更加灵敏，区分度更高。米槠人促更新林的各样品的HIX值均大于杉木人工林的同类样品(图 3)，说明阔叶树较针叶树含更多的高分子量化合物。芳香类物质增多只是植物分解的一个体现，此过程中还伴随着分子内部结构的变化。通过淋溶DOM的荧光光谱特征(图 4)发现，两林分的F_max值由鲜叶到L层到F层凋落物逐渐增大，对应的波长由短波向长波转移，表明随着分解程度的增加，DOM中共轭体系逐渐增大，亦即荧光能级之间的跃迁更加容易^[23]。

米槠鲜叶的前2次淋溶液的红外吸收仅有两个弱吸收带，和后面的6次淋溶液的红外吸收有明显差异，这说明较短的淋溶时间内米槠鲜叶中的养分不易被淋溶出来，这和上述DON、DOP的含量的结论一致。两林分6种样品的红外光谱显示了5个相似的吸收谱带，这一方面是由于分子内部只有产生偶极矩变化的振动或转动才有红外吸收，另一方面也显示了样品之间DOM结构的相似性^[23]。周江敏等^[16]发现土壤DOM红外强吸收峰出现在：3500—3300 cm^-1和1080—1020 cm^-1处，弱吸收峰在2950—2900 cm^-1和1630—1600 cm^-1处；表明土壤DOM和地上凋落物的DOM结构差异还是较大，地上部分的DOM输入到土壤中后其结构会发生一系列变化。同一林分内3种样品之间的红外吸收的差异亦证明了鲜叶到L层凋落物再到F层凋落物，其芳香类物质含量逐渐升高，共轭体系变大，这和SUVA、HIX的规律吻合。最强的红外吸收来自于H键键合的—OH的伸缩振动的特征吸收，表明酚类、醇类或者羧酸类物质的比例相对较高，这类物质恰恰最容易在矿质土壤表面发生吸附，也容易聚合成为超分子化合物。

浸提初期针叶树会释放更多的DOC，但24 h之后却是阔叶树释放的DOC略多。整个淋溶过程中阔叶树DOM的养分含量更多，结构更复杂；这一方面为微生物提供了更多的养分，另一方面又增加了底物分解的难度。由于叶片和凋落物淋溶后的DOM大部分会进入土壤，本文的结论可为今后研究不同来源的DOM在土壤中的吸附、解吸附提供参考；同时，这些DOM在土壤中的物理化学过程直接影响着土壤呼吸速率和微生物活性，因此采取合适的分析手段分析DOM在土壤中的迁移、转化应是未来研究的课题之一。