浅水湖泊草源型有色可溶有机物（CDOM）的生消过程特征分析

Chromophoric Dissolved Organic Matter (CDOM), a main component of dissolved organic carbon sources in aquatic ecosystem, plays an important role in lake ecosystem structure, primary productivity and nutrients exchange. CDOM sources determine its optical and chemical properties. Currently, generation and degradation of CDOM derived from decayed macrophytes are not well understood. This proposal aims to demonstrate temporal and spatial variations in aquatic plants-derived CDOM in grass-type zones in freshwater lakes, to characterize CDOMs in different decomposition phases of aquatic plant residues, to elucidate the dynamics of CDOM production, and to establish the correlation of CDOM with environmental parameters. Additionally, main CDOM mineralization pathway and the corresponding responsive variations in microbial communities will also be investigated. To these ends, field investigations and indoor simulation experiments will be conducted by using, advanced analysis methods including Three-Dimensional Excitation Emission matrix Fluorescence Spectrophotometer (EEMs), Fourier transform ion cyclotron resonance-Mass Spectrometry (FT-ICR-MS) and microbial High-throughput sequencing technology. The expected results will add new insights about the production of plant-derived CDOM, and provide theory basis for further studies of CDOM migration, transformation, and circulation mechanism in lakes.

有色可溶有机物（CDOM）是水生生态系统溶解有机碳储库的主要组分，在湖泊生态系统结构、初级生产力以及物质交换等方面都发挥着重要作用。CDOM的来源决定了其具有不同的光学和化学特性，目前对于大型水生植物残体腐解产生CDOM的生消过程并不清楚。本项目拟以浅水湖泊草型湖区大型水生植物为研究对象，通过野外原位观测及室内模拟实验，运用三维荧光光谱、傅里叶变换离子回旋共振质谱等分析技术，联合高通量测序等现代生物学技术，明确浅水湖泊草型区CDOM时空变化特征；研究植物残体不同分解阶段产生CDOM的过程特征，构建CDOM产生的动力学过程，及其与环境因子的关联性；探究影响CDOM消亡的主导途径，以及CDOM消亡对微生物群落的响应，最终揭示草源型CDOM的生消过程特征。本项目为进一步研究湖泊中CDOM的迁移转化及循环机制提供科学的理论指导依据。

有色可溶有机物（CDOM）是水生生态系统溶解有机碳储库的主要组分，在湖泊生态系统结构、初级生产力以及物质交换等方面都发挥着重要作用。CDOM的来源决定了其具有不同的光学和化学特性，目前对于大型水生植物残体腐解产生CDOM的生消过程并不清楚。本研究在前期研究工作基础上，拟通过野外原位调查及室内模拟实验，结合光学分析、化学分析以及分子生物学分析手段，以水生植物丰富的东太湖作为本研究的研究对象，首先分析太湖草型区CDOM产生的时空变化特征及其影响因素，包括环境的影响、不同水生植物的影响以及微生物群落结构的影响；其次确定光降解和微生物降解对植物残体在湖泊水体中分解释放CDOM的影响；最后研究光和微生物降解植物残体产生CDOM的机理，最终揭示太湖草型区CDOM迁移转化过程及机理。本研究发现，夏秋季水生植物衰亡过程对水体中贡献大量的CDOM；不同水生植物产生的CDOM含量及组分不同，沉水植物产生的CDOM含有较多的易降解有机质，而挺水植物则包含更多的难降解有机质组分；水体中的微生物群落结构对草源型CDOM同样产生重要的影响作用，相比于藻型区，草型区的细菌种类更单一，但具有更强分解难降解有机质的能力；在光和微生物降解同时存在时，增强光强并不会促使植物残体分解过程中产生更多的CDOM，但是不同的光对CDOM的产生具有重要影响。总的来说，光照对水体中植物残体的分解过程包括两个方面：（1）直接作用：光直接作用于植物残体的木质素组分，增加了植物残体的生物可利用性；（2）间接作用：光照促进了水体中CDOM的产生，CDOM光分解产生了活性物质-3CDOM*，1O2，˙OH，这些活性物质间接攻击植物残体，改变植物残体的化学组成，同时光照改变了水体中微生物群落组成，增加了降解芳香族化合物分解及木质素降解微生物的含量。直接和间接作用的结合共同促进了植物残体的分解。本研究为进一步研究湖泊中CDOM的循环机制提供科学的理论指导依据。