富营养化湖泊沉积物中有机质循环与营养盐反馈的放大效应

针对富营养化湖泊中溶解有机质(DOM)、颗粒有机质(POM)和沉积有机质(SOM)的转化机制不明问题，研究人员通过光谱学和FT-ICR MS技术揭示了SOM比DOM对富营养化响应更敏感，其藻源易降解组分增加和磷释放加剧了内源营养盐循环，为湖泊治理提供了分子层面的理论依据。

　　

太湖——中国第三大淡水湖，正经历着严重的富营养化困扰。蓝藻水华频发、水体缺氧、藻毒素释放等问题威胁着生态系统和饮用水安全。尽管前人研究揭示了富营养化对溶解有机质(DOM)的影响，但对颗粒态(POM)和沉积物(SOM)中有机质的分子水平变化知之甚少。尤其在大而浅的湖泊中，风浪扰动导致的沉积物再悬浮可能成为营养盐"内源负荷"的关键环节，这种动态过程如何通过有机质循环放大富营养化效应，成为亟待破解的科学难题。

来自中国科学院等机构的研究团队在《Water Research》发表最新成果，通过结合光学光谱与超高分辨率傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)，首次系统揭示了太湖不同富营养化区域DOM、POM和SOM的分子特征差异。研究发现沉积有机质在富营养化过程中表现出比水体有机质更显著的组成变化，这种变化可能通过促进磷释放形成维持藻华的内源反馈循环。

研究采用了多学科交叉的技术路线：在太湖22个采样点采集水体和沉积物样本，根据营养状态指数(TSI)划分轻、中富营养区；运用紫外-可见光谱和三维荧光光谱测定有色DOM(CDOM)与荧光DOM(FDOM)的光学特性；通过FT-ICR MS解析有机质分子组成，获得包括芳香度指数(AI)、双键当量(DBE)等1500余种分子特征参数；结合主成分分析(PCA)和偏最小二乘路径模型(PLS-PM)等统计方法，建立有机质组成与藻类丰度、营养盐的关联网络。

光学性质差异
数据显示中富营养区POM的DOC、CDOM(a₃₅₅)和FDOM(F_total)浓度显著高于轻富营养区，但分子量更低(表现为更高的S_R值)。SOM的腐殖化程度随富营养化加剧而降低，反映藻源有机质输入增加。

分子组成转变
FT-ICR MS揭示SOM对富营养化的响应最为敏感：中富营养区SOM中脂类、硫化物(CHOS)占比提升40%，而含磷化合物(CHOP)和羧酸类(CRAM)减少25%。分子芳香度(AI)和氧化状态(OS_c)的同步下降，表明微生物对藻源有机质的降解加剧。

生态效应机制
统计分析显示蓝藻丰度与SOM组成显著相关(r=0.72)。沉积物中磷化合物的减少与水体磷浓度升高存在时空耦合，证实SOM既是营养盐的"汇"也是"源"。这种沉积物-水体的双向交换可能形成维持藻华的内源反馈环。

该研究突破性地指出：在浅水湖泊中，沉积有机质(SOM)比溶解态(DOM)更能敏感反映富营养化程度；其分子组成的转变(脂类增加、芳香度降低)加速了藻源有机质的积累和微生物介导的磷释放；这种沉积物驱动的内源营养盐循环可能解释为何部分湖泊在外部污染控制后仍持续爆发藻华。研究成果为制定"沉积物-水体"协同治理策略提供了分子层面的理论支撑，特别建议将SOM分子特征作为湖泊富营养化监测的新指标。

研究团队特别强调，未来需结合同位素示踪和微生物组学，进一步解析有机质转化与微生物群落功能的耦合机制。这些发现不仅适用于太湖，对全球浅水富营养化湖泊的治理都具有启示意义——控制内源负荷或许需要像关注外源污染一样重视沉积物中有机质的"分子重塑"过程。