土壤溶解性有机质(DOM)对大气、陆地和水生环境以及人类生活至关重要。Zhou et al. (2024)在 nature communications上发表论文“
Spatial patterns and environmental functions of dissolved organic matter in grassland soils of China ”，从30个省份采集了89 份草地土壤样本，并对土壤溶解性有机质(DOM)的分子组成、空间分布及潜在环境效应进行了分析与评估。
该研究在大陆尺度发现了中国草地土壤DOM组成的空间差异，并评估了不同有机质组分在生态系统碳交换过程的作用及其与饮用水和人类健康间的联系。类腐殖质组分和高分子量组分(3.4-25 kDa)生物可降解性较低，从北向南呈下降趋势，并与大陆尺度上较低的土壤呼吸和净生态系统生产力相关。<1.2 kDa和蛋白组分可以作为鼻咽癌发病率和死亡率的地理指标，而3.4-25 kDa和腐殖化组分可能与胰腺癌发病率和死亡率相关(P < 0.05)。研究结果强调，利用土壤DOM的环境功能和减轻负面影响是必要的，并且需要根据当地土壤DOM的情况采取行动。为了解土壤 DOM 对当地和下游水环境及饮用水安全的潜在影响提供了新视角。
(1)在大尺度草地生态系统中，土壤DOM的组成特征和潜在的环境功能是什么？(2)环境因素，特别是气候变量，是如何驱动大洲范围内DOM的空间模式的。
图1 草原土壤中不同溶解有机质 (DOM) 组分的储存。a、通过平行因子分析鉴定的四种荧光团 (C1, C2, C3和C4) 的光谱特性。b、四种荧光组分在拉曼单位 (R.U.) 中的强度。c、不同分子量四个组分的累计强度 (吸光度单位)。d、溶解有机碳 (DOC)、溶解有机氮 (DON)、三卤甲烷前体 (THM-FP) 和卤乙酸前体 (HAA-FP) 的浓度 (mg·kg−1-土壤)。e、DOM在254nm的紫外吸光度 (A254)、生物指数 (BIX)、荧光指数 (FI) 和腐殖化指数 (HIX)。f、DOC、DON、消毒副产物前体和A254与不同DOM化合物之间的斯皮尔曼相关性。g、DOC：和DON的变异划分分析。
图2 草原土壤中溶解有机质 (DOM) 的两种不同成分特征。(a,b) 高类腐殖质和高蛋白质类组分的 DOM 荧光光谱。(c,d) 高分子量 (HMW) 和低分子量 (LMW) 分数的 DOM 表观分子量分布。(e,f) 个人分子相对丰度与类腐殖质 (C1+C2+C3) 和 3.4–25 kDa 分数之间的显著斯皮尔曼等级相关 (P<0.05)。
图3 中国草原土壤溶解性有机物 (DOM) 的空间特征。a-f 显示相对丰度的空间分布：a、3.4–25kDa，b、<1.2kDa，c、腐殖质类（C1+C2+C3），d 蛋白质类（C4）化合物，以及e三卤甲烷（STHM）和f 卤乙酸（SHAA）前体物的氯反应性。g-h 通过地理位置（南北和东西方向）解释DOM地球化学特征：g、回归模型方差和h 标准化回归系数。i 、通过主成分分析（PCA）和方差的置换多变量分析（PERMANOVA）显示DOM地球化学特征的空间变化。
图4 溶解有机物 (DOM) 组成与生态系统交换和人类健康之间的关联。a 、第 31 天的生物降解水平 (%) 和 b 培养期间的 DOM 平均降解速率 (d−1)。DOC，溶解有机碳；CDOM，色素溶解有机物；FDOM，荧光溶解有机物。生物降解速率常数的值以均值 ± 标准误表示于柱状图中。c、Rs 和 NEP 与富含腐殖质和 3.4–25 kDa 成分的相对丰度 (%) 的比较。Rs，土壤呼吸；NEP，净生态系统生产力。d-e dn癌症和胰腺癌发生率 (每 100,000 例) 的空间分布及南北差异。北部表示纬度在 33° 以上的地点，南部表示纬度在 33° 以下的地点。Wilcoxon 检验用于检查南北之间的差异。f-g 鼻咽癌发生率与 f < 1.2 kDa 和 g 蛋白质类组分之间的关系。h-i 胰腺癌发生率与 h 3.4–25 kDa 和 i 腐殖质类分数之间的关系。
图5 影响土壤溶解有机物（DOM）地球化学及相关影响的环境驱动因素。a–c 随机森林回归分析显示的环境预测因子对 a DOM 数量、b 大小分数和 c 荧光组成的重要性。d-e 部分最小二乘路径模型（PLS-PM）显示在环境变量影响下，DOM与 d 生态系统碳交换和 e 地方癌症发生率及死亡率之间的关系。
图6 草地生态系统表层土壤溶解有机质(DOM)关键化合物与过程的概念框架。
Zhou, P., Tian, L., Graham, N., Song, S., Zhao, R., Siddique, M.S., Hu, Y., Cao, X., Lu, Y., Elimelech, M., Yu, W., 2024. Spatial patterns and environmental functions of dissolved organic matter in grassland soils of China. Nat Commun 15, 6356.
编辑：杨凡艳
