“编者在24年1月1日文献情报中关注到武汉工程大学李思悦教授团队探究不同营养状态城市湖泊溶解性有机质降解的激发效应，特邀请该团队为本公众号撰写了研究亮点，希望该研究成果能给关注者启发，从中获得灵感，促进天然有机质研究工作的开展。”
城市湖泊面积小，流动性差，被认为是温室气体排放的热点区域，有机质的矿化和生物降解会促进湖泊CO2的排放。激发效应（PE）被认为是水生生态系统中溶解性有机质（DOM）降解的一个重要潜在机制，通过添加活性DOM来改变难降解DOM的降解状况，包括正PE、无PE和负PE。PE对水环境中碳动态变化和水-气界面CO2交换具有显著影响，正PE会促进难降解DOM的降解，促进CO2产生并影响水-气界面碳交换；反之，负PE会抑制CO2的产生。然而各种激发物质对不同营养状态城市湖泊DOM降解的激发效应尚不清楚，因此，本研究利用紫外吸收和荧光光谱技术，旨在(1)比较不同营养状态和不同激发物质作用下PE的强度和方向，(2)揭示城市湖泊激发效应的主要驱动因素。
▲ 图1 不同来源溶解性有机质的光学组成（a-c）和生物可利用性（d）（Lake-M、Lake-L/ME 和 Lake-HE 分别代表中营养湖泊、轻/中度富营养湖泊和高度富营养湖泊）（来源：ScienceDirect）
湖水的紫外吸收（SUVA254）和吸光度250 nm与365 nm之比（E2:E3）的范围分别为3.79 ± 0.52 – 4.01 ± 0.50 mg L-1 m-1和8.79 ± 0.94 – 9.48 ± 5.03，均显著高于植物渗滤液；植物渗滤液的SUVA254和E2:E3分别为1.36 ± 0.01 mg L-1m-1和4.06 ± 0.07（图1a）。湖水的腐殖化程度（HIX）（1.87 ± 0.45 – 2.01 ± 0.33）显著高于植物渗滤液（0.31 ± 0），而植物渗滤液（2.00 ± 0.80）的荧光指数（FI）略高于湖水（1.90 ± 0.06 – 1.98 ± 0.06）（图1b）。湖水和植物渗滤液中C2（类酪氨酸）占比最高，其次是C1（微生物源腐殖质）和C3（陆源腐殖质）（图1c）。经过28天的生物降解，植物渗滤液的DOC分别减少了65%（20℃）和73%（30℃），葡萄糖和三种营养状态湖水的DOC生物可利用性较低，其中，葡萄糖的可生物降解DOC（%BDOC）分别为13%（20℃）和17%（30℃）（图1d）。
▲图2 葡萄糖和植物渗滤液对三种营养状态湖水中a254（a）、荧光组分（b-c）和DOC（d）的激发效应（来源：ScienceDirect）
湖泊水体中外源不稳定有机质可刺激微生物活动进而影响稳定DOM的降解。结果表明，不同营养状态和激发物质对a 254 ，荧光组分和DOC产生的激发效应存在显著差异（图2）。添加葡萄糖后a 254 接近1:1线，添加植物渗滤液后a 254 高于1:1线，呈正PE（图2a）。添加葡萄糖后C1的PE值在-6% - 5%范围内，C2（-139% - -41%）和C3（-11% - -2%）呈负PE（图2b）。添加植物渗滤液后C1（1.8% - 12%），C2（5% - 32%）和C3（12% - 36%）均为正PE（图2c）。同一种激发物质下，高富营养湖水中DOC的激发效应显著高于中营养湖水（p < 0.05）；同一营养状态湖水中，葡萄糖（均值范围：38% - 57%）诱发的PE显著高于植物渗滤液（均值范围：3% - 13%）（图2d）。
▲图3 三种营养状态城市湖泊DOM降解的激发效应驱动因素（来源：ScienceDirect）
随着葡萄糖添加，养分是中营养和轻/中度富营养湖水中PE的预测因子，而DOM组分是高度富营养湖水中PE的预测因子；在轻/中度富营养湖水中，植物渗滤液诱发的PE可通过养分、叶绿素a（Chl-a）、水化学和DOM组分来预测（图3）。湖水营养状态和激发物质种类对PE有明显的交互作用，不同湖泊营养状态和激发物质对PE的强度和方向存在显著差异。未来在揭示水环境中DOM的生物地球化学循环时，应考虑外源不稳定碳诱导的激发效应，这对于准确评估气候变化情景下的碳储量至关重要。
参考文献
[1] Jiang, P., Li, S., 2023. Insights into priming effects of dissolved organic matter degradation in urban lakes with different trophic states. Environmental Research. 118063. https://doi.org/10.1016/j.envres.2023.118063.
联系作者:
第一作者：江平，硕士研究生，武汉工程大学，Email:jiangping0624@163.com。
通讯作者：李思悦，教授，博导，副院长，武汉工程大学，Email:syli2006@163.com。
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本文编辑：张兆媛
本文审订：何伟
