溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）降解是內(nèi)陸水體碳排放的關(guān)鍵過程，其強(qiáng)度可能受活性（易降解）DOM輸入的調(diào)控（即激發(fā)效應(yīng)）。然而，與土壤相比，內(nèi)陸水體DOM降解的激發(fā)效應(yīng)研究還非常有限。在全球變化背景下，藻華爆發(fā)和水體褐化將分別加強(qiáng)內(nèi)源活性DOM和陸源惰性DOM的輸入，水體DOM的激發(fā)降解會如何變化呢？

針對這一問題，國家植物園（南園）馮曉娟研究團(tuán)隊選取了30個性質(zhì)各異的代表性內(nèi)陸水體樣品，包括河流、湖泊/水庫和濕地。通過構(gòu)建13C標(biāo)記葡萄糖添加培養(yǎng)實(shí)驗，量化了易分解DOM輸入對本底DOM降解的激發(fā)效應(yīng)強(qiáng)度；并整合水體pH、DOM含量和芳香性等理化參數(shù)、養(yǎng)分化學(xué)計量和胞外酶活性等指標(biāo)，結(jié)合微生物群落高通量測序和隨機(jī)森林模型，揭示了內(nèi)陸水體DOM激發(fā)降解的規(guī)律及其調(diào)控因素。

內(nèi)陸水體溶解性有機(jī)質(zhì)激發(fā)降解的概念圖

研究發(fā)現(xiàn)，70%的受測水體DOM具有顯著的正激發(fā)降解，葡萄糖添加使本底DOM的降解速率平均提升了33 ± 8%。值得注意的是，濕地DOM表現(xiàn)出最強(qiáng)的激發(fā)效應(yīng)，其降解增強(qiáng)幅度（71 ± 17%）顯著高于河流（7 ± 15%）和湖泊/水庫（23 ± 9%）。濕地獨(dú)特的生物地球化學(xué)特征驅(qū)動了這一現(xiàn)象：其DOM具有更高的芳香度指數(shù)、腐殖化指數(shù)和SUVA254值，指征高芳香性；濕地水體微生物群落富含髕骨菌門（Patescibacteria），該類微生物富含糖苷水解酶基因，可協(xié)同降解易分解與難分解有機(jī)質(zhì)。在葡萄糖添加下，濕地樣品酚氧化酶活性顯著增強(qiáng)，且其增幅與激發(fā)效應(yīng)強(qiáng)度正相關(guān)?？梢姡追纸馓驾斎肟赡艽碳んx骨菌門等微生物分泌糖苷水解酶，并激活酚氧化酶，通過這種酶協(xié)同變化促進(jìn)了難降解DOM的共代謝分解。

隨機(jī)森林模型進(jìn)一步識別出芳香度指數(shù)、DOC濃度、pH和髕骨菌門相對豐度是預(yù)測激發(fā)效應(yīng)強(qiáng)度的主要因子。激發(fā)效應(yīng)強(qiáng)度與DOM芳香性、DOC濃度和髕骨菌門相對豐度顯著正相關(guān)，而與pH負(fù)相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)表明，內(nèi)陸水體DOM的激發(fā)降解普遍存在，濕地是其降解的熱點(diǎn)。在水體褐化（增加芳香性DOM供應(yīng)）和藻華加劇的背景下，水體DOM激發(fā)降解可能加強(qiáng)，未來值得關(guān)注。

該研究成果于近日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Water Research。國家植物園（南園）劉婷副研究員、已畢業(yè)碩士生潘琪為論文共同第一作者，馮曉娟研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院國際合作項目的資助。

碳循環(huán)與有機(jī)地球化學(xué)研究組

組長：馮曉娟研究員

郵箱：xfeng@ibcas.ac.cn

主要研究方向：

主要從事土壤碳循環(huán)與全球變化研究，聚焦于“土壤有機(jī)質(zhì)的分子生物地球化學(xué)”；應(yīng)用生物標(biāo)志物、有機(jī)單體同位素等分子水平的地球化學(xué)方法，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)控制實(shí)驗，研究陸源有機(jī)碳在陸地以及河流系統(tǒng)中的循環(huán)及其對氣候變化的響應(yīng)。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻