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太湖藻华暴发-消退过程溶解性有机质分子组成的变化特征

2、地球化学 > 专题5：湖泊生物地球化学

农业活动和城市化导致的点源和面源污染，带来了严峻的湖泊富营养化问题，对区域的生态环境和碳循环模式产生了严重影响。藻华暴发过程中，浮游藻类迅速增殖，引入大量初级生产力，使水体中溶解性有机质（DOM）从量到分子组成都发生剧烈改变，影响湖泊有机碳循环收支平衡和源—汇结构。藻华消退后，从分子级别对这些溶解性有机质如何转化、降解的解析将有助于理解富营养化背景下有机碳的来源、转化及沉积过程。近年来傅立叶变换离子回旋共振质谱技术（FT-ICR MS）的发展，拓展了传统分析技术所能实现的分析窗口，可以直接鉴定出溶解性有机质中数以千计的分子的精确化学式。本研究借助FT-ICR-MS技术，以太湖北部梅梁湾2017年5月至2018年5月的水体为研究对象，解析溶解性有机质的分子组成在藻华暴发-消退-暴发周期内的变化特征，理解太湖该过程浮游藻类对水体溶解性有机质的影响及其在区域碳循环中的角色。研究结果表明，藻华暴发期间（2017年5月-2017年8月），溶解性有机碳含量高；CHO类（包括糖类、脂质等）、CHON类（包括氨基酸、多肽等）化合物在总分子组成中占比多，不饱和脂肪族化合物(unsaturated aliphatics)含量高。这指示，藻华暴发期浮游藻类的大量生长，通过生物活动释放与排泄产生了充足的新鲜活性有机质分子，扩充了水体溶解有机质库。较于藻华暴发期，藻华消退期间（2017年11月-2018年3月）水体的溶解性有机质在分子组成成分发生了变化，主要表现为易降解组分减少和惰性组分的增加，包括H/C比值降低而芳香度和不饱和度增加；CHO、CHON类化合物含量降低而CHOS、CHONS类化合物含量增加；不饱和脂肪族化合物含量降低而富羧酸脂环化合物(carboxyl-rich alicyclic compounds)含量增加。这说明，藻类衰亡后细胞破碎释放多种有机质，伴随蛋白质、糖类等活性组分优先降解，惰性分子相对耐降解而得以保留，因而成为溶解性有机质的主要贡献者。因此，在藻华暴发-消退-暴发周期内，浮游藻类对水体溶解性有机质的变化均产生影响，但影响模式不同：暴发期贡献新鲜活性有机质分子而消退期贡献惰性有机质分子。今后仍需结合其他分析技术综合分析颗粒态有机质和溶解性有机质的变化，为进一步分析富营养化背景下有机碳的来源构成、转化及归宿提供科学依据。