中国西北湖泊沉积物有机质光化学矿化对内部营养负荷的潜在贡献机制研究

针对西北干旱区湖泊内源营养负荷问题，研究人员通过模拟光照实验揭示了沉积物再悬浮过程中NH4+（0-0.42 mg N L?1 d?1）和PO43?（0-0.012 mg P L?1 d?1）的光化学释放规律，发现DOM分子量减小和芳香性降低等特征，为浅水湖泊营养管理提供了光驱动过程的新认知。

　　

在广袤的中国西北干旱区，星罗棋布的湖泊正面临着一个隐形威胁——强烈的太阳辐射可能正在悄悄改写湖泊的营养循环剧本。这些湖泊长期暴露于高强度紫外线下，而沉积物中的有机质就像被阳光点燃的"营养库"，通过光化学反应持续释放生物可利用的铵盐和磷酸盐。这种由阳光驱动的内源营养释放机制，可能正是导致西北湖泊富营养化难以根治的潜在推手。

为破解这一科学谜题，中国科学院南京地理与湖泊研究所等机构的研究团队开展了一项系统性研究。他们采集了新疆15个不同类型湖泊的沉积物样本，通过模拟太阳辐射实验，首次量化了沉积物再悬浮过程中无机营养盐的光化学释放通量。研究发现，光照能使多数湖泊沉积物释放NH₄⁺和PO₄^3?，最高分别达0.42 mg N L^?1 d^?1和0.012 mg P L^?1 d^?1。更令人惊讶的是，光解作用还会重塑溶解有机质(DOM)的分子特征，产生分子量更小、芳香性更低的DOM组分。这项发表于《Environmental Pollution》的研究，为理解干旱区湖泊独特的营养循环机制提供了全新视角。

研究团队运用三大关键技术：1）模拟光照培养系统，精确控制辐射条件；2）紫外-可见吸收光谱与三维荧光光谱联用技术，解析DOM组成变化；3）粒径分级与化学提取法，探究沉积物理化特性对营养释放的影响。所有样本均来自新疆典型湖泊（如柴窝堡湖、赛里木湖等），涵盖淡水至盐湖不同生态系统。

【Sample collection and preparation】
研究选取新疆15个湖泊的沉积物-水混合体系，通过离心获得<63 μm的细颗粒悬浮液。这种标准化处理确保了不同湖泊样本的可比性，同时保留了自然状态下易受风浪扰动的细颗粒组分。

【Water and sediment characteristics】
数据分析显示，湖泊环境参数差异显著：盐度跨度从淡水（喀纳斯湖）到超咸水（阿牙克库木湖，盐度43.74%），pH普遍偏碱性（8.00-9.96）。这种环境异质性为研究光化学反应的普适性提供了理想样本谱系。

【Spectroscopic characteristics of photodissolved DOM】
荧光光谱分析揭示，光照后DOM的腐殖化指数(HIX)降低而生物指数(BIX)升高，表明光解产生了更多微生物易利用的小分子物质。特别是伊犁河流域湖泊（如乌伦古湖）沉积物释放的DOM富含类蛋白组分，暗示陆源输入与内源降解的复合影响。

【Conclusions】
该研究证实：1）沉积物光化学矿化是西北湖泊重要的内源营养途径，NH₄⁺释放受粒径和有机质含量调控，细颗粒和高有机质含量促进释放；2）PO₄^3?释放与DOM腐殖化程度显著相关；3）光解产生的低分子量DOM可能加速微生物循环。这些发现革新了传统上以沉积物-水界面化学过程为核心的内源负荷认知框架，为制定针对性的浅水湖泊管理策略提供了科学依据——特别是在全球气候变化背景下，增强的紫外辐射可能进一步放大这种光驱动营养释放效应。研究团队建议将悬浮颗粒物相关光过程纳入湖泊营养模型，这对干旱区水生态安全维护具有重要实践价值。