可溶性有机质（DOM）是土壤有机质中生物与化学活性最强的组分，对于 土壤有机碳周转、微生物生长代谢以及污染物的迁移转化等均具有重要作用。 DOM 来源广泛，其中植物凋落物是土壤 DOM 的重要来源之一，可为土壤微生 物提供高质量的新鲜碳源。由于不同植物凋落物化学结构和组成的差异，必然 导致不同凋落物来源 DOM 化学和分子组成的差异，进而影响其生物可降解 性。近年来，具有超高分辨率的傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS） 被广泛用于各种环境介质中 DOM 分子组成的表征，为研究不同凋落物源 DOM 的分子组成及其在生物降解过程中的分子转化过程提供了有力工具。另一方 面，DOM 虽然容易被微生物分解，但是凋落层沥出的 DOM 在向下迁移过程中 会与土壤矿物结合形成矿物-有机物复合物，导致其生物可降解性降低，甚至能 够在土壤中长期稳定存在。然而 DOM 是由各种有机分子组成的超级混合物， 因而不同分子与矿物的结合能力以及其生物可降解性均存在差异，只有从分子 水平才能够揭示 DOM 与矿物的相互作用如何影响其生物可降解性。针对上述 科学问题，本研究选择不同种类植物凋落物 DOM 作为研究对象，以 FT-ICR MS 为主要表征手段，围绕凋落物 DOM 的分子组成、生物可降解性以及 DOM 水铁矿相互作用对其生物可降解性的影响开展了如下研究：

      以燕麦草、杨树叶、栎叶和梧桐叶来源的植物凋落物沥出液为研究对象， 首先利用 FT-ICR MS 表征了不同种类 DOM 的分子组成。结果表明四种植物凋 落物 DOM 主要由木质素类、脂类、蛋白类和糖类化合物构成，且不同种类植 物凋落物 DOM 的分子组成之间存在一定的差异，杨树叶和梧桐叶 DOM 的糖 类组分含量显著高于栎叶和燕麦草。为揭示凋落物 DOM 在微生物降解过程中 的分子转化特征，对不同种类 DOM 进行 28 天微生物降解，并利用 UV-Vis、荧 光光谱等光谱方法结合 FT-ICR MS 测定了微生物降解前后 DOM 的化学和分子 组成特征。结果表明微生物降解后凋落物 DOM 中单位有机碳的葡萄糖、蛋白 质含量降低，而单位有机碳的总酚含量升高、芳香度增加。FT-ICR MS 分析表明 DOM 的微生物降解与其分子组成密切相关，在降解过程中高 H/C 的糖类、 蛋白类和脂类化合物更容易被微生物利用，同时还发现降解过程产生了大量新 的化合物，降解后的 DOM 木质素类和稠环芳烃类化合物比例增加，其分子特 征可能具有更高的环境持久性，更有利于其在土壤中长期储存。DOM 分子多样 性的增加可能来源于植物源 DOM 的转化产物和微生物代谢产物的产生，二者 的相对贡献有待进一步探究。

       为揭示不同种类植物凋落物 DOM 与矿物相互作用对其生物可降解性的影 响，选取燕麦草、杨树叶及泥炭沥出液为对象，以水铁矿为模式矿物，首先研 究了不同 DOM 在水铁矿表面的分子分馏行为。结果表明，DOM 中不饱和度 高、氧化度高、分子量大的组分更容易被水铁矿吸附，而蛋白类以及脂肪碳含 量高、氧化度低的化合物与水铁矿的亲和力较低，更倾向于保留在上清液中。 进一步比较了凋落物 DOM、水铁矿吸附后上清液 DOM 以及提取的矿物结合 DOM 的微生物降解特征，发现与水铁矿亲和力较低的化合物被微生物降解的程 度较高，而与水铁矿亲和力较高的化合物被微生物降解的程度较低。基于 DOM 分子特征、化学特性和生物可降解性的多参数统计分析发现，DOM 在矿物表面 的分子分馏过程导致自身生物可降解性弱的组分易受到矿物保护因而更加稳 定，而自身生物可降解性强的组分则难以获得矿物保护，因此土壤矿物对 DOM 的保护作用具有“马太效应”。

      综上所述，本文利用 FT-ICR MS 表征了不同种类植物凋落物 DOM 的分子 组成，揭示了凋落物 DOM 的微生物降解与其分子组成之间的关系。阐述了凋 落物 DOM 在水铁矿表面的分子分馏行为，探究了水铁矿表面分子分馏对 DOM 生物可降解性的影响。研究结果加深了对于植物源 DOM 的分子组成、生物可 降解性以及土壤矿物对 DOM 保护作用分子选择机制的认识。