受营养物质驱动的溶解有机物组成及其对水生区域碳封存的调节作用：来自水库、河流和近海生态系统的见解

《Environmental Research》：Nutrient-driven dissolved organic matter composition and its regulation on carbon sequestration in aquatic regions: Insights from reservoirs, rivers, and offshore ecosystems

本研究在天津四个典型水域（水库、河流、近海）分析发现，有机碳（OC）主要分布于颗粒有机碳（POC）和矿物结合有机碳（MAOC），合计占比超90%。DOM组成与来源因水域而异：河流/水库以异地源为主，近海为自源与异地源混合。环境参数（如磷、氮形态）与DOM组成共同调控OC动态，其中DOM组成起主导作用。研究证实多源碳管理对维持OC汇能力至关重要，为优化碳中和技术路线提供理论支撑。

　　在当今全球气候变化日益加剧的背景下，水体中的有机碳（OC）储存与管理成为环境科学领域的重要议题。水体有机碳不仅影响生态系统健康，还与全球碳循环和气候调节密切相关。因此，研究不同水体系统中有机碳的动态变化，特别是溶解有机质（DOM）的组成及其对有机碳储存的影响，具有重要的现实意义。本研究聚焦于中国天津地区四个代表性水体系统，包括于桥水库、独流减河、永定新河以及渤海湾，旨在揭示DOM来源及其组成如何影响不同水体环境中的有机碳储存动态。

### 水体有机碳的分布与稳定性

研究结果显示，不同水体系统中的有机碳储存池主要由颗粒有机碳（POC）和矿物结合有机碳（MAOC）构成，这两者共同占据了总有机碳池的90%以上。POC和MAOC在水体中的稳定性取决于不同的环境条件。POC通常来源于部分分解的植物和藻类残体，而MAOC则主要由初级生产力形成，其稳定性受到矿物吸附和沉积环境的影响。在水体中，POC和MAOC的分布模式在不同生态系统中表现出一定的相似性，这表明它们在有机碳储存过程中具有普遍性。然而，这种相似性并不意味着所有水体系统的有机碳储存能力都一致，而是反映出在不同环境条件下，有机碳的组成和储存方式可能有所不同。

### DOM的来源与组成差异

DOM作为水体中有机碳的重要组成部分，其来源和组成在不同水体系统中存在显著差异。在河流和水库中，DOM主要来源于异源输入，即来自流域外的有机物质。这种输入方式通常导致DOM具有较高的分子量和较高的腐殖化程度，表明其在水体中的稳定性较高。而在近海区域，DOM的来源更为复杂，既有异源输入，也有自源输入。自源输入主要是由水体中的微生物代谢和水生植物的光合作用产生的低分子量、结构简单的有机物质。因此，近海DOM的腐殖化程度较低，分子量也较小。这种差异使得不同水体系统中的DOM对有机碳储存的贡献有所不同。

### DOM组成与环境参数的协同作用

DOM的组成和环境参数共同调控水体中有机碳的动态变化。研究发现，DOM的组成对有机碳储存的影响更为显著，占主导地位。具体而言，DOM的组成与水体中的营养元素浓度密切相关。例如，可利用磷、总氮、硝酸氮和铵氮等营养元素对自源DOM的形成和分布具有重要影响，而这些自源DOM又进一步影响MAOC的分布。相比之下，异源DOM主要受到磷形态的影响，其对POC的增加具有积极作用。这种DOM与营养元素之间的相互作用表明，营养元素的输入不仅影响DOM的来源，还通过改变DOM的组成来间接调控有机碳的储存方式。

### 自源与异源DOM对OC储存的不同影响

自源DOM和异源DOM在水体中对有机碳储存的影响存在显著差异。自源DOM由于其低分子量和简单结构，更容易被微生物分解，因此在水体中可能对OC的短期储存贡献较大。然而，自源DOM的分解过程也受到矿物吸附的保护，这有助于其在沉积物中长期保存。相比之下，异源DOM由于其高分子量和复杂结构，更难被微生物分解，因此在水体中可能对OC的长期储存具有更重要的作用。然而，异源DOM的储存能力也可能受到沉积环境和水体流动的影响，特别是在水库等人为调控的水体系统中，异源DOM的输入和分布可能会受到更多干扰。

### 营养元素对DOM组成的影响

营养元素的输入对DOM的组成具有显著影响。异源营养元素的输入不仅增加了异源DOM的总量，还通过促进水生植物的生长和微生物的代谢活动，增强了自源DOM的形成。然而，营养元素的输入往往会导致氮磷比的失衡，从而影响DOM的稳定性。例如，氮的限制可能会导致自源DOM中蛋白质类物质的季节性增加，而磷的限制则可能影响异源DOM的腐殖化程度。这种营养元素对DOM组成的影响，使得不同水体系统中的DOM在储存和转化过程中表现出不同的特性。

### 研究的理论意义与实际应用

本研究的理论意义在于，它提供了一个综合框架，用于理解不同水体系统中DOM对有机碳储存的影响。通过分析DOM的来源、组成及其与环境参数的关系，研究揭示了自源和异源DOM在有机碳储存中的不同作用机制。这一发现对于制定有效的碳管理策略具有重要意义。在实际应用中，研究结果可以为水库、河流和近海等关键水体区域的碳管理提供科学依据。例如，在水库等异源输入为主的水体系统中，应关注异源DOM的输入和分布，以减少其对OC储存的负面影响。而在近海等自源输入为主的水体系统中，应加强自源DOM的管理，以提高其对OC储存的贡献。

### 研究的局限性与未来展望

尽管本研究在理解不同水体系统中DOM对OC储存的影响方面取得了一定进展，但仍存在一些局限性。例如，研究主要集中在天津地区的四个代表性水体系统，可能无法全面反映全球不同水体环境中的情况。此外，DOM的组成和储存动态可能受到多种因素的影响，如水体流动、沉积物特性、微生物活动等，这些因素在研究中尚未得到充分探讨。未来的研究可以扩大样本范围，涵盖更多类型的水体系统，以进一步验证本研究的结论。同时，可以结合更多的环境监测数据，分析DOM的组成和储存动态在不同时间尺度上的变化，从而为碳管理策略的优化提供更全面的依据。

### 结论

综上所述，本研究揭示了不同水体系统中DOM的来源及其组成对有机碳储存动态的影响。研究发现，DOM的组成和环境参数共同调控OC池的动态变化，其中DOM的组成是关键因素。在河流和水库中，DOM主要来源于异源输入，具有较高的腐殖化程度和较大的分子量，而近海DOM则受到自源和异源输入的共同影响，其腐殖化程度较低，分子量也较小。自源DOM对OC的储存具有更大的贡献，特别是在水库等人为调控的水体系统中，自源DOM的输入和分布需要得到更多关注。研究结果强调了“多源”碳管理的重要性，为实现水体中的碳中和目标提供了理论支持。通过理解DOM的来源及其对OC储存的影响，可以更有效地制定碳管理策略，保护水体中的碳储存能力，促进生态系统的可持续发展。