揭示人为土地利用梯度下河流溶解性有机质动态：生物地球化学与水文过程的协同调控

本研究针对人为土地利用改变如何影响河流溶解性有机质（DOM）转化机制的科学难题，通过多季节采样结合光学特性（EEMs-PARAFAC）、微生物群落分析和PLS-PM模型，揭示城市化通过外源输入（如污水）增加生物易降解DOM（如C3组分），同时削弱陆地腐殖质组分（C1），并促进微生物介导的难降解DOM（RDOM）原位生成。该成果发表于《Journal of Hydrology》，为流域碳循环管理提供理论依据。

　　

随着全球城市化进程加速，河流生态系统正面临前所未有的压力。溶解性有机质（DOM）作为河流碳循环的核心载体，其动态变化直接影响温室气体排放和碳汇功能。然而，人为土地利用如何通过改变水文连通性和微生物活动来调控DOM的转化路径，仍是环境科学领域的重大挑战。在中国亚热带平原河网区，森林→农田→城市的梯度变化为破解这一难题提供了天然实验室。

温州大学的研究团队在《Journal of Hydrology》发表的研究中，对文瑞塘河流域42个采样点开展多季节观测。通过整合紫外-可见光谱（UV-Vis）、三维荧光-平行因子分析（EEMs-PARAFAC）和微生物测序技术，结合偏最小二乘路径模型（PLS-PM），首次系统揭示了土地利用类型通过生物地球化学与水文过程的耦合作用调控DOM命运的机制。

关键技术方法
研究团队在2019-2020年采集四季水样，测定溶解有机碳（DOC）、叶绿素a（Chl a）等水质参数；采用EEMs-PARAFAC解析DOM组分；通过16S rRNA测序分析微生物群落；利用PLS-PM量化土地利用、水文和微生物因素对DOM的贡献率。

季节性水质变化
数据显示，城市区夏季水温（32.7°C）显著高于山区，藻华（Chl a>10 μg/L）主要发生在城市和混合区，与温度显著相关（r=0.45）。城市区溶解氧（DO）全年低于5 mg/L，反映强烈脱氧作用。

DOM组分空间分异
DOC和蛋白类组分C3随城市化程度升高而增加（城市区达5.7 mg/L），主要源自污水输入（外源途径贡献β=0.68）；而陆源腐殖质C1在森林区占比达47%。城市区夏季生物易降解DOM变异系数较冬季高38%，证实人为输入的季节性放大效应。

微生物驱动机制
γ-变形菌（Gammaproteobacteria）主导的微生物群落通过脱氧作用促进DOM矿化，并利用污水中的易降解DOM合成腐殖质类C2（自源RDOM）。城市区夏季DOM转化速率是冬季的2.1倍，微生物活性与水温（r=0.62）、pH（r=0.58）显著相关。

水文调控作用
城市化削弱河岸带水文连通性，减少陆源DOM输入，但延长水力停留时间，使酶解作用增强。PLS-PM显示，水文过程通过间接途径（β=0.31）影响DOM转化，仅次于直接人为输入（β=0.46）。

这项研究创新性地构建了"土地利用-水文-微生物-DOM"耦合框架，证实城市化会使河流成为微生物DOM转化的热点区域。其重要意义在于：① 阐明RDOM原位生成是人为干扰河流碳汇功能的关键环节；② 为量化流域碳预算提供过程参数；③ 警示城市河流可能通过加速DOM周转成为温室气体"隐形源"。该成果对协调城市发展与流域碳管理具有重要指导价值。