海院科研动态（124）| 河口溶解有机物生物地球化学研究领域取得新进展

      近日，我院海洋生态学研究团队在揭示河口冲淡水锋面调控溶解有机物（DOM）分子组成与生物地球化学转化机制方面取得新进展。该成果聚焦珠江口这一受高强度人类活动影响的代表性河口环境，综合运用了光谱学和超高分辨率质谱等分析技术，剖析了河口冲淡水锋面如何作为“生物地球化学反应器”，重塑DOM的分子特征及生态效应（图1）。

图1. 河口冲淡水锋面重塑DOM的分子特征及生态效应的概念图

      河口与近岸海域作为陆地与海洋的关键过渡带，其生物地球化学过程，特别是有机碳的传输，对全球碳循环具有至关重要的作用。河口冲淡水锋面是淡咸水混合形成的普遍现象，它能汇集陆源营养盐，从而引发浮游植物水华，并导致底层水体溶解氧耗竭，形成低氧区，然而，该过程如影响DOM的分子组成、转化路径及生态效应，仍然认知不足。

      基于此，研究团队于2023年9月，在珠江口正处于受强台风 “苏拉” 与 “海葵” 引发的极端降雨影响时期，开展了珠江口冲淡水锋面专项综合观测航次，精准采集到冲淡水锋面底层水样品。对采集样品的分析显示：尽管冲淡水锋面底层水与外海底层水在温度、盐度两项关键理化指标上无显著差异，但二者在溶解有机质（DOM）的核心特征上存在明显区别 —— 锋面底层水中 DOM 的 “量”（浓度水平）与 “质”（分子组成、生物地球化学属性等）均呈现出显著不同。研究发现，锋面区底层水溶解氧浓度显著低于外海底层水，其溶解有机碳浓度较外海底层水低约14%，而其有色溶解有机物以及陆源和微生物源的腐殖质组分丰度却显著更高。该研究结果提示，DOM的宏观浓度变化可能掩盖了其内在组分及生物地球化学活性的显著变动。在DOM分子组成层面，这些低氧区的DOM分子多样性（依据分子式数量）显著更高，其分子组成展现出“低氧化、高饱和、富含硫”的典型特征，具体表现为更高的氢碳比和硫碳比，以及更低的氧碳比（图2），该研究结果提示，低氧环境阻碍了微生物对活性有机物的完全矿化，进而促使这些活性DOM（例如脂类、多肽类）的累积，并减少了含氮代谢副产物的产生。此外，河口冲淡水的物理输运作用，使得大量源自陆地和人类活动的含硫化合物及难降解DOM（例如多酚类和稠环芳烃）在低氧区富集，也是其分子特征形成的重要原因。

图2. 分子式数量、生化组分和元素组成的非低氧区（NLDOZ）与低氧区（LDOZ）DOM分子特征对比

      该研究通过对珠江口冲淡水锋面区的精准追踪及对DOM分子的深度分析，    强调了冲淡水锋面在调控溶解性有机质转化路径中的关键作用，这一作用对陆海界面的碳循环、污染物归趋及生态系统健康具有深远影响。这些对DOM分子组成层面的认知，对于预测近海生态系统对气候变化的响应，以及在近海区域制定有效的适应性管理策略，均具有指导意义。

      上述研究成果以“Estuarine Plumes: Modulators of Dissolved Organic Matter Molecular Signatures and Biogeochemical Fate in Coastal Ecosystems”为题，近日发表于《Marine Pollution Bulletin》（中国科学院分区海洋学二区期刊，IF=4.9）。我院为论文第一通讯单位。孙国栋博士研究生为论文第一作者，李朋辉副教授和谢伟教授为论文共同通讯作者。我院王娜、王文波、郭怡晖、徐娟、曾子珈等研究生及王东晓教授为论文共同作者。中国石油大学（北京）史权教授、何晨博士，香港中文大学杜朋辉博士等也对本研究做出了重要贡献。

      本研究得到国家自然科学基金项目（92051117、41776137）和南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海)项目（SML2024SP022）的支持。

文章引用：

Guodong Sun, Na Wang, Wenbo Wang, Yihui Guo, Juan Xu, Zijia Zeng, Penghui Du, Penghui Li, Chen He, Quan Shi, Dongxiao Wang, Wei Xie,Estuarine plumes: Modulators of dissolved organic matter molecular signatures and biogeochemical fate in coastal ecosystems,Marine Pollution Bulletin.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025326X25011245