分子量调控缓坡地径流中溶解有机质多维动态的生态机制研究

针对径流中溶解有机质(DOM)分子量与多维动态关系不明的问题，研究人员通过FT-ICR MS和高通量测序技术，揭示了农田与裸地径流中DOM分子量对微生物互作网络及组装过程的调控机制，为土壤碳循环和微生物生态过程研究提供了新视角。

　　

在气候变化加剧的背景下，溶解有机质(DOM)作为陆地与水生生态系统碳循环的关键载体，其分子特性与动态过程对全球碳收支具有深远影响。然而，径流中DOM分子量与其多维动态（包括生物稳定性、微生物转化及组装机制）的复杂关联仍是未解之谜。这一问题的重要性在于：低分子量DOM可能加速碳周转，而高分子量DOM则可能增强碳储存，但现有研究对其调控机制存在争议。此外，农田与裸地等不同下垫面如何通过改变水文路径影响DOM动态，也缺乏系统性研究。

针对这一科学难题，中国陕西省杨凌区的研究团队在《Water Research》发表了一项创新性研究。他们通过模拟降雨实验，采集农田与裸地的地表径流和地下径流样本，结合傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)、高通量测序和生态模型分析，首次系统阐明了DOM分子量对其多维动态的调控规律。关键技术包括：1）利用FT-ICR MS鉴定11,126个DOM分子（200-900 Da）；2）构建DOM-细菌二分网络量化互作强度；3）采用零模型从分子特征、生化转化等维度解析组装过程。

研究结果揭示：

1. DOM组成与分子量的相关性：低分子量DOM（<500 Da）在两类径流中均占主导（60%），但农田地下径流含更多高分子量（>600 Da）芳香类化合物，其氧化程度和不饱和度显著高于裸地。

2. 作物种植改变DOM-细菌互作网络：农田地下径流中DOM-细菌网络复杂度最高，互作强度随分子量增加而增强。例如，放线菌门(Actinobacteria)与高分子量DOM（650-800 Da）的关联度达0.78，显著高于低分子量组。

3. 分子量依赖的组装过程：确定性过程（尤其是变量选择）主导DOM组成组装，其中高分子量DOM的组装受环境过滤效应影响更强（R²=0.67），而低分子量DOM则表现出更强的扩散限制特征。值得注意的是，DOM潜在转化的组装过程始终由变量选择主导，不受分子量尺度效应干扰。

这项研究的突破性在于：首次将生态学理论（如中性-生态位理论）应用于DOM动态解析，证实分子量是调控DOM-微生物互作及碳循环路径的关键维度。实践层面，为农业管理（如优化耕作方式以减少碳流失）和气候变化模型（预测碳库稳定性）提供了分子级机制支撑。正如作者Guo Chen和Hao Wang强调的，该成果不仅深化了对DOM生态功能的理解，更建立了连接水文过程、微生物生态与碳循环的多尺度研究框架。未来研究可进一步探索极端气候事件下DOM分子量的响应规律，为全球变化应对提供科学依据。