溶解性有機質（DOM）降解是內陸水體碳排放的關鍵過程，其強度可能受活性（易降解）DOM輸入的調控（即激發(fā)效應）。然而，與土壤相比，內陸水體DOM降解的激發(fā)效應研究還非常有限。在全球變化背景下，藻華爆發(fā)和水體褐化將分別加強內源活性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）馮曉娟研究團隊選取了30個性質各異的代表性內陸水體樣品，包括河流、湖泊/水庫和濕地。通過構建13C標記葡萄糖添加培養(yǎng)實驗，量化了易分解DOM輸入對本底DOM降解的激發(fā)效應強度；并整合水體pH、DOM含量和芳香性等理化參數、養(yǎng)分化學計量和胞外酶活性等指標，結合微生物群落高通量測序和隨機森林模型，揭示了內陸水體DOM激發(fā)降解的規(guī)律及其調控因素。

內陸水體溶解性有機質激發(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)出最強的激發(fā)效應，其降解增強幅度（71 ± 17%）顯著高于河流（7 ± 15%）和湖泊/水庫（23 ± 9%）。濕地獨特的生物地球化學特征驅動了這一現(xiàn)象：其DOM具有更高的芳香度指數、腐殖化指數和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質。在葡萄糖添加下，濕地樣品酚氧化酶活性顯著增強，且其增幅與激發(fā)效應強度正相關。可見，易分解碳輸入可能刺激髕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)同變化促進了難降解DOM的共代謝分解。

隨機森林模型進一步識別出芳香度指數、DOC濃度、pH和髕骨菌門相對豐度是預測激發(fā)效應強度的主要因子。激發(fā)效應強度與DOM芳香性、DOC濃度和髕骨菌門相對豐度顯著正相關，而與pH負相關。這些發(fā)現(xiàn)表明，內陸水體DOM的激發(fā)降解普遍存在，濕地是其降解的熱點。在水體褐化（增加芳香性DOM供應）和藻華加劇的背景下，水體DOM激發(fā)降解可能加強，未來值得關注。

該研究成果于近日發(fā)表在國際學術期刊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基金和中國科學院國際合作項目的資助。

碳循環(huán)與有機地球化學研究組

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“土壤有機質的分子生物地球化學”；應用生物標志物、有機單體同位素等分子水平的地球化學方法，結合生態(tài)系統(tǒng)控制實驗，研究陸源有機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。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻