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在众多富营养化湖泊中，化学需氧量（COD）常显著升高，明确其来源颇具挑战。研究人员聚焦于季节性分明的草海，研究溶解有机物（DOM）特征及微生物群落代谢特性。结果表明藻类等影响 DOM，该研究为湖泊有机风险控制和生态修复提供支持。
湖泊，作为地球生态系统的明珠，在物质循环、气候调节和生物多样性维护等方面发挥着无可替代的作用。然而，在人类活动日益频繁的当下，大量污染物如养分、有机物和药物等，从陆地源源不断地涌入湖泊，致使湖泊生态系统变得愈发脆弱。富营养化和藻类爆发成为众多湖泊的 “顽疾”，不仅阻碍了淡水的进一步利用，还对整个生态平衡造成了严重威胁。
化学需氧量（COD）作为衡量水体中有机物含量的关键指标，其浓度的异常升高备受关注。在富营养化湖泊中，大部分有机物以溶解形式存在，常规的过滤、沉淀等处理手段难以将其去除。这些高浓度且种类繁多的溶解有机物（DOM），可能会产生生物毒性物质，改变群落结构，最终破坏湖泊生态系统。因此，从源头控制 DOM 的产生至关重要。
目前，关于 DOM 来源的研究发现，除了来自河流、大气沉降和污水处理厂的外源 DOM，湖泊自身产生的内源 DOM 对总有机物的潜在影响也不容小觑。在富营养化湖泊中，藻类通过光合作用将 CO?固定为有机碳，这些有机碳以蛋白质、碳水化合物和脂质等形式储存于细胞内或分泌到细胞外，极易被其他微生物矿化。但也有观点认为浮游植物分泌的是难降解有机物，这一争议可能源于藻类物种的差异。此外，许多富营养化湖泊的 DOM 成分呈现出明显的内源特征，如太湖蓝藻爆发导致 COD 浓度上升近 30%，巢湖 DOM 浓度的时空变化与藻类的增殖和减少显著相关。由此可见，明确富藻群落对有机物成分的贡献，对于制定防止富营养化湖泊 COD 异常升高的策略至关重要。
为了解决这些问题，来自国内的研究人员针对草海展开了深入研究。草海是滇池的重要组成部分，位于云贵高原，属于典型的亚热带季风气候，干湿季分明。其湖水主要来源于污水处理厂的出水和流经城市区域的上游水，受到点源和非点源污染，营养盐不断输入，致使湖泊富营养化，藻类频繁爆发，且部分区域的 COD 浓度超标，有机物来源及藻类对 COD 水平的贡献尚不明确。
研究人员通过光谱学和傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）技术，对草海雨季（藻类生长旺盛）和旱季（藻类生长较弱）的 DOM 成分进行了研究，并分析了富藻群落的组成和关键功能基因，利用偏最小二乘路径模型（PLS-PM）揭示了浮游植物对草海 DOM 结构的影响。该研究成果发表在《Algal Research》上，为评估藻类爆发对 COD 上升的贡献提供了方法，有助于预防富营养化湖泊的有机污染，具有重要的生态和环境意义。
研究中用到的主要关键技术方法包括：光谱学技术，用于检测 DOM 的成分；傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）技术，能够在分子水平解析 DOM 结构；偏最小二乘路径模型（PLS-PM），用于揭示浮游植物对 DOM 结构的影响。研究样本来自草海不同区域，涵盖雨季和旱季的水样。
研究结果
- 水质和营养状态：研究人员测定了草海八月（雨季）和十一月（旱季）的水质指标，包括总氮（TN）、总磷（TP）、叶绿素 a（Chla）、透明度（SDD）和高锰酸盐指数（CODMn）。结果显示，TP 和 Chla 浓度在雨季显著高于旱季，而 SDD 在雨季仅为旱季的 54%。这表明雨季时，草海的营养物质含量更高，藻类生长更为旺盛，水体透明度下降。
- DOM 成分的结构变化：尽管草海面积相对较小，但不同位点或季节的 DOM 呈现出明显的特征差异。DOM 易受多种因素影响，包括污水处理厂或生活污水的外源输入，以及沉积物释放和微生物代谢的内源产生。研究发现，所有湖水的 DOM 均显示出内源起源特征，且雨季时强度更高。进一步的分子结构分析表明，草海湖水中高度不饱和和酚类物质始终占主导地位，但雨季湖心区域的脂肪族化合物丰度相比旱季增加了 20.4%。
- 微生物群落与 DOM 的关系：草海的微生物群落主要由铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）组成，这些藻类能够同化和转化无机碳为湖内的有机物。通过偏最小二乘路径模型分析发现，藻类密度和微生物多样性是影响湖内 DOM 特征的主要因素，而水中养分的影响相对较小。这说明在草海，藻类及其相关的微生物群落对 DOM 的形成和特征起着关键作用，而不仅仅是依赖外部输入的养分。
研究结论与讨论
该研究全面地调查了草海在雨季和旱季的 DOM 结构，发现 DOM 特征在不同位点存在差异，主要归因于内源和外源因素的不同影响。大多数 DOM 分子起源于湖内，尤其是在雨季，简单脂肪族化合物增多。藻类在草海 DOM 的形成中扮演了重要角色，藻类密度和微生物多样性是影响 DOM 特征的关键因素，而非传统认为的水中养分。这一研究结果为富营养化湖泊的有机风险控制和生态修复提供了新的理论和技术支持。它揭示了富藻微生物群落与 DOM 之间的内在联系，有助于理解湖泊生态系统中有机物的循环和转化机制。未来的研究可以在此基础上，进一步探索不同藻类种类对 DOM 成分和性质的具体影响，以及如何通过调控藻类生长和微生物群落结构来有效控制湖泊中的 DOM 含量，从而为保护湖泊生态环境、保障水资源安全提供更具针对性的策略和方法。
