中国云南省高原湖泊中溶解有机物质化学成分的变化与人类活动强度梯度之间的关系

《Journal of Environmental Management》：Changes in dissolved organic matter chemistry of plateau lakes along gradients of human activity intensity in Yunnan Province, China

高原湖泊系统受全球气候变化和人类活动双重影响，DOM（溶解有机物）作为主要有机碳库其化学特性与人类活动强度（HAI）显著相关。通过光谱分析和FT-ICR MS技术，研究发现HAI升高导致DOM中溶解有机碳、吸光系数、芳香性等指标显著增加，人类活动通过营养输入和 allochthonous DOM改变DOM组成，可能影响高原湖泊碳循环及生态健康。

　　在高原湖泊生态系统中，溶解有机质（DOM）作为有机碳的主要储存库，对湖泊的生物地球化学循环和生态健康具有重要影响。近年来，随着人类活动的加剧，特别是城市化、农业开发和土地利用变化，这些湖泊的生态功能和碳循环过程正面临前所未有的挑战。高原湖泊因其特殊的地理和气候条件，往往具有较低的水源补给量、较长的水体更新周期以及较差的自我净化能力，使得它们对环境变化更加敏感。因此，研究人类活动对高原湖泊DOM化学特性的影响，不仅有助于理解湖泊生态系统的响应机制，也为湖泊的生态保护和可持续管理提供了科学依据。

本研究选取了中国云南省的九个典型高原湖泊，包括滇池、阳宗海、抚仙湖、星云湖、杞麓湖、宜良湖、洱海、程海和泸沽湖。这些湖泊的表面积均超过30 km2，具有代表性。研究团队通过分析湖泊流域的陆地利用/覆盖数据，结合光谱技术和傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）等手段，量化了不同湖泊的人类活动强度（HAI），并系统地评估了HAI梯度对DOM化学特性的影响。研究结果表明，DOM的数量和质量在九个高原湖泊中表现出显著的空间异质性，并且与HAI值密切相关。随着HAI值的增加，湖泊中的溶解有机碳（DOC）、355 nm处的吸收系数、DOM的芳香性、腐殖化程度、荧光组分的丰度以及含杂原子化合物的比例均显著上升。

这些变化反映了人类活动对DOM来源和组成的影响。研究发现，人类活动带来的营养输入，特别是农业活动和城市化带来的污染物排放，改变了湖泊中DOM的来源结构。原本以水生植物降解为主要来源的DOM，逐渐被藻类和浮游植物的代谢产物所取代。这种转变不仅增加了DOM的复杂性和多样性，还使得湖泊中的有机质库变得更加复杂。含杂原子的化合物比例的增加，可能与人类活动带来的污染物输入有关，例如有机污染物、重金属和氮磷营养盐等。这些物质的输入改变了DOM的化学组成，进而影响了其在湖泊中的生物地球化学行为和生态功能。

DOM的化学特性决定了其在水体中的迁移、转化和降解过程。DOM的芳香性和腐殖化程度通常与其来源和降解程度有关，芳香性较高的DOM往往来源于较老的有机质，而腐殖化程度较高的DOM则可能具有更强的稳定性。在本研究中，随着HAI值的增加，DOM的芳香性和腐殖化程度均显著上升，表明人类活动对DOM的来源和转化过程产生了深远的影响。这种变化不仅改变了湖泊中DOM的组成，还可能影响其在湖泊生态系统中的功能，例如作为营养物质的载体、作为微生物的营养源，以及作为污染物的吸附介质等。

此外，DOM的荧光特性也可以作为评估其来源和转化过程的重要指标。荧光指数（FI）和生物指数（BIX）等参数能够帮助区分DOM的来源，例如是否来源于陆地或微生物活动。研究发现，九个高原湖泊中DOM的FI和BIX值均较高，表明其来源具有较强的混合性，既包括陆源DOM，也包括微生物来源的DOM。这种混合来源的DOM可能与湖泊流域的生态环境和人类活动密切相关，例如农业活动带来的有机质输入，城市化带来的污染物排放，以及自然过程中的微生物分解作用等。这些因素共同作用，导致DOM的化学特性在不同湖泊中表现出显著差异。

值得注意的是，本研究还发现，DOM的化学特性与人类活动的强度和类型之间存在复杂的相互作用。例如，农业活动可能通过增加陆源有机质的输入，促进DOM的来源多样化，而城市化则可能通过污染物排放，增加DOM中含杂原子化合物的比例。这种多样性不仅反映了湖泊生态系统的复杂性，也揭示了人类活动对湖泊环境的深远影响。因此，理解DOM的化学特性及其与人类活动的关系，对于评估湖泊生态系统的健康状况和制定相应的保护措施具有重要意义。

在高原湖泊中，由于其特殊的水文和生态条件，DOM的来源和转化过程往往受到更多外部因素的影响。例如，湖泊的水体更新周期较长，使得DOM在水体中的停留时间相对较长，从而增加了其与周围环境的相互作用。此外，高原湖泊的水体流动性较差，容易导致污染物的累积，进一步影响DOM的化学特性。因此，研究DOM的化学特性不仅有助于揭示湖泊生态系统的内部动态，还能够为湖泊的环境管理和生态保护提供科学支持。

综上所述，本研究通过综合运用多种分析技术，揭示了人类活动强度对高原湖泊DOM化学特性的影响。研究结果表明，随着人类活动的增加，DOM的数量和质量均发生变化，其来源和组成也受到影响。这些变化可能对湖泊的生物地球化学循环和生态功能产生重要影响，进而影响湖泊的可持续发展。因此，未来的研究需要进一步关注不同人类活动类型对DOM的影响机制，以及如何通过科学管理手段减轻人类活动对高原湖泊生态系统的负面影响。同时，还需要加强对DOM化学特性的长期监测，以便更准确地评估人类活动对湖泊生态系统的影响程度，并为制定有效的保护和管理策略提供依据。