NIGLAS
“地理科学摇篮 湖泊研究基地”
EST：长时间的光化学和微生物转化促使陆源和藻源溶解性有机质分子组成趋同
近日，中国科学院南京地理与湖泊研究所、美国阿拉巴马大学等单位的学者在环境与生态领域知名期刊Environmental Science & Technology在线发表题为Long-Term Photochemical and Microbial Alterations Lead to the Compositional Convergence of Algal and Terrestrial Dissolved Organic Matter的研究成果，揭示了长时间环境转化促使陆源和藻源溶解性有机质（DOM）分子组成趋同的现象及机制。中国科学院南京地理与湖泊研究所博士研究生安世林为论文第一作者，杜瑛珣副研究员和张运林研究员为论文共同通讯作者。
在气候变化和人类活动加强的背景下，湖泊将接纳更多的陆源DOM，同时富营养化导致大量藻源DOM产生，使得湖泊在有机碳转化过程中发挥更为重要的作用。要准确预测湖泊在碳循环中的作用，必须更好地了解不同来源DOM的转化和归趋。
光化学过程和微生物过程是自然水体中DOM转化的两种主要途径，两种途径同时存在且相互影响；但目前对不同来源DOM在光化学和微生物过程中的转化和归趋仍缺乏深入研究。
为此，该研究利用来自藻类和土壤的溶解有机质，设置自然光照处理、微生物处理、自然光照和微生物联合处理，进行了为期一年的长时间培养实验；利用傅立叶变换离子回旋共振质谱和16S rRNA基因测序方法分析DOM分子组成和细菌群落。
图1 三种处理组自然光照处理（Light）、微生物处理（Microbial）、自然光照和微生物联合处理（Lightmic）过程中藻源DOM和陆源DOM的分子组成变化。黄色表示该种分子的相对丰度增加，蓝色表示分子的相对丰度减少
结果发现，藻源DOM和陆源DOM经过一年的转化，仍剩余30%–50%的难降解溶解性有机碳。在光化学和微生物的共同作用下，两种不同来源DOM的难降解分子组成趋于相似。这种趋同是由于不同来源的特异性分子（藻源DOM的脂肪族类分子和肽类分子，陆源DOM的高芳香族分子）被去除，同时产生了富羧基脂环族分子（CRAM），即惰性DOM（图1）。微生物过程在藻源DOM产生CRAM过程中发挥了更大的作用，而光化学转化对陆源DOM中CRAM的产生则更为重要。陆源DOM的微生物降解可能需要更多的细菌合作。
研究结果揭示了湖泊中两种主要来源DOM在长期环境转化下，分子组成趋同的机制（图2），加深了对水生生态系统中不同来源DOM的归趋和惰性溶解性有机碳形成机制的认识。
图2 “湖泊陆源DOM和藻源DOM在长期的环境转化（光化学和微生物联合）过程中分子组成趋同”示意图
以上研究成果得到国家自然科学基金重点基金、江苏省双碳前沿基础等项目的联合资助。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.4c07307
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