本研究在中国西南部沙湾岩溶水碳循环试验场为研究对象，设置了5种不同的土地利用方式下变色溶解有机物（CDOM）及其浮游细菌群落的相互作用研究，结果表明Auto-DOM具有明显的季节变化，说明在分析Auto-DOM在喀斯特水生生态系统贡献时需要考虑季节影响。关注“美格科服”微信公众号，后台回220927，即可下载本文原文。

High stability of autochthonous dissolved organic matter in karst aquatic ecosystems: Evidence from fluorescence

斯特水生生态系统中的内源溶解有机物的高稳定性

作者：Fan Xia, Zaihua Liu等

期刊：Water Research

时间：2022.06.07

影响因子：13.4

DOI：10.1016/j.watres.2022.118723

文章摘要

多年来，喀斯特地区的生物碳泵（BCP）因对全球碳汇缺失的贡献而受到广泛关注，尤其是BCP产生的原生溶解有机物（Auto-DOM）的稳定性可能在碳汇缺失中起到关键作用，然而内陆水域中溶解有机物（DOM）的来源及其被浮游细菌消耗的情况尚未明确。本研究在中国西南部沙湾岩溶水碳循环试验场为研究对象，设置了5种不同的土地利用方式下变色溶解有机物（CDOM）及其浮游细菌群落的相互作用研究，发现低分子腐殖质荧光团（C2）作为浮游细菌矿化的Auto-DOM的成分，可能具有惰性溶解有机物（RDOM）的一些特征，是喀斯特水生生态系统中重要的DOM来源。此外，一些重要的浮游细菌收到了喀斯特水生生态系统的钙离子和溶解无机碳的影响。本研究表明在喀斯特生态系统中，Auto-DOM可能和Allo-DOM一样是重要的碳汇，但前者由于易被浮游细菌矿化而被忽略。

结果和讨论

1.实验设计

本研究设立了5种不同土地利用方式的生态系统，分别是裸岩（S1）、裸地（S2）、耕地（S3）、草地（S4）和灌丛（S5）（图1）。各生态系统槽均具有人工水池（P1-P5），模拟天然喀斯特泉水，2019年6月在各水池中加入轮藻，并与2020年7月和10月及2021年1月和4月收集水体样本，并且测定温度、pH、DO和DIC等一系列理化指标，EEMs测定CDOM三维荧光光谱，16S微生物多样性测序鉴定微生物类群。

图1. a:沙湾岩溶水碳驯化试验场位置；b:5种土地利用方式；c:试验场设计图；d:配套水池

2. 不同水池的理化性质及CDOM成分的变化

不同土地利用方式的生态系统的配套水池的理化指标有明显的季节变化，如TOC在夏秋冬三个季节均呈现稳定，但在春季呈现上升趋势。对不同水池共鉴定出四种不同的荧光成分，分别是代表络氨酸荧光团的C1、低分子腐殖质荧光团的C2、外源腐殖质荧光团的C3和微生物腐殖质荧光团的C4（图2）。C1代表浮游生物的氨基酸，C1的Fmax在冬季较低而在春季较高，而C2在四季的变化较大，在冬季和春季是主要荧光成分，并且C1和C2与TOC的变化趋势相似。C3在四季中的变化非常小，而C4在夏秋两季是主要荧光成分。

有机物对微生物降解的抵抗性可定义为其稳定性，根据此思路可将稳定比定义为矿化有机质占各来源总有机质的比例，Auto-DOM在夏季和秋季稳定性较低，冬季和春季的稳定性较高，而Allo-DOM则在四季都较为稳定。

图2. a:四种荧光组分在四季中的变化；b:Auto-DOM和Allo-DOM在四季中的变化

3.浮游细菌群落组成

16S rRNA多样性测序鉴定分析共得到了5154个OTUs，物种注释共得到25个主要细菌门，其中变形菌门、放线菌门和拟杆菌门优势门，但不同水池在不同季节的细菌群落组成有显著不同。门水平的环境因子关联分析表明，温度、pH和C1是影响其细菌群落组成的重要因素，而相关性网络图分析也印证了水生生态中的有机质和温度强烈影响着浮游细菌群落的变化。

结论

本研究结果表明Auto-DOM具有明显的季节变化，说明在分析Auto-DOM在喀斯特水生生态系统贡献时需要考虑季节影响。根据浮游细菌群落与CDOM的关系分析，结合微生物功能分析，发现在浮游细菌矿化后，C2可能比C1更难降解。而环境因素与浮游细菌群落分析则表明喀斯特水生生态系统对于光合作用有关的重要细菌具有显著影响，这辅助解释了喀斯特水生生态系统中的Auto-DOM的相对稳定性，因此可推测C2可能是此生态中的重要的RDOM（图3）。

图3. 喀斯特水生生态系统碳汇过程示意图