大型浅水富营养化湖泊水体贡献超三分之一N2O排放：以太湖微生物机制与时空格局为例

针对大型浅水富营养化湖泊N2O排放源解析难题，研究人员通过q-PCR技术结合长期观测，首次量化太湖水体贡献率达34.1%（春季超50%），揭示悬浮颗粒驱动的微生物氮循环机制，为全球湖泊温室气体减排提供新靶点。

　　

在全球气候变暖背景下，氧化亚氮（N₂O）作为温室效应强度达二氧化碳296倍的"隐形推手"，其排放源解析一直是环境科学领域的焦点。尽管湖泊被认为是N₂O的重要自然排放源，但传统研究将湖泊视为整体系统，忽略了水体与沉积物的差异化贡献。特别是在太湖这类面积达2427平方公里、平均水深仅1.9米的大型浅水富营养化湖泊中，频繁的风浪扰动导致沉积物再悬浮，藻类暴发又带来大量有机颗粒，这些特殊条件可能使水体成为"被忽视的N₂O工厂"。

中国科学院南京地理与湖泊研究所的研究团队通过18年（2006-2023）的系统研究，首次揭示太湖水体年均贡献34.1%的N₂O排放，春季占比甚至超过50%。该研究创新性采用实时定量PCR（q-PCR）技术检测水体中硝化（如氨氧化菌AOB）和反硝化功能基因（如nirK、nosZ），结合季节性采样与通量监测，解析了悬浮颗粒驱动的微生物氮转化机制。论文发表于环境领域顶级期刊《Water Research》。

关键技术方法包括：1）太湖全湖尺度四季采样（涵盖梅梁湾等典型区域）；2）水体-沉积物双系统N₂O通量同步测定；3）功能基因定量分析（AOA、AOB等）；4）历史数据重建与趋势模拟。

【研究结果】

1. 水体N₂O排放贡献
   监测数据显示太湖年排放通量达545.4 mg·m^-2·yr^-1，水体贡献呈现显著季节差异：春季（50.2%）>冬季（48.7%）>夏季（28.4%），而秋季水体反而表现为N₂O吸收汇。

2. 微生物驱动机制
   q-PCR检测发现水体悬浮颗粒携带丰富氮循环菌群，包括氨氧化古菌（AOA）和细菌（AOB），以及反硝化菌（含nosZ基因菌株）。这些菌群丰度与浊度、叶绿素a浓度呈正相关，证实藻类衍生物质促进微生物氮转化。

3. 历史排放趋势
   2006-2023年间水体累计排放5382.7 Tg N₂O，但呈现逐年下降趋势，可能与流域污染治理有关。

【结论与意义】
该研究颠覆了"浅水湖泊N₂O主要源于沉积物"的传统认知，证实富营养化水体通过悬浮颗粒介导的微生物活动可成为主要排放源。发现的水体"季节源-汇转换"特性（秋季吸收）为全球湖泊N₂O模型提供了关键参数。研究成果对完善IPCC温室气体清单编制方法具有指导价值，建议在太湖等类似湖泊治理中优先控制悬浮颗粒物浓度。未来研究需关注气候变暖背景下，水温升高对水体微生物氮循环过程的潜在放大效应。