湖泊中的生物地球化学过程影响着淡水生态系统向海洋生态系统输送的溶解有机质（DOM）的数量和质量。随着气候和土地利用的变化，湖泊的初级生产量增加，由此产生的内源DOM的保留决定了内陆水生生态系统在全球碳循环中的作用。由于“环境假说”在内陆湖泊惰性溶解性有机质（RDOM）形成中的重要作用，在研究湖泊中DOM的稳定性时，必须将水化学条件和微生物因素结合起来。
在内陆水体碳循环的研究中，通常会考虑浮游生物群落组成与环境因素（如水化学、温度、无机养分和光照）之间的联系，包括关键微量元素的调节。然而，关于岩石风化如何影响湖泊水化学，特别是如何调节浮游细菌群落结构和影响RDOM的形成的研究却很少。前人研究发现，喀斯特水体碳酸盐风化形成的溶解无机碳可刺激浮游植物的初级生产，产生更多的内源DOM。因此，该水体中的内源DOM矿化过程对其在全球变化背景下的碳汇贡献至关重要，有研究发现，土壤中的Ca可以通过改变微生物群落结构，促进了土壤DOM稳定性。那么，在碳酸盐岩风化形成的高Ca和高DIC的水体环境中，Ca对浮游细菌与DOM相互作用具有怎样的影响？这将关系到内源DOM在喀斯特水体中的稳定机制。
针对以上科学问题，中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室刘再华研究员领导的喀斯特水-碳循环研究小组对中国云南省洱海水体的16S rRNA、有色溶解性有机质（CDOM）和理化指标进行研究。结果表明，外源DOM（C3）对微生物群落有明显的调控作用，而通过微生物矿化作用产生的内源DOM（C2）和微生物矿化作用后的外源DOM（C4）与有机质降解菌相关性不显著。同时，荧光指数与功能基因（FAPRPTAX）之间的相关性表明，DOM的利用程度是调节碳循环相关的浮游细菌的关键因素。因此，本研究指出C2可能是该环境中的内源RDOM。进一步研究发现，Ca2+对浮游细菌群落结构，尤其是与碳循环相关的浮游细菌群落结构具有调控作用，研究指出浮游细菌对DOM的利用策略也取决于水体中Ca2+水平，因此，洱海高Ca2+对RDOM的产生具有促进作用。这一发现对于探索喀斯特水生生态系统中DOM的稳定性具有重要意义，为研究陆地碳汇提供了一个新的视角。
上述研究成果发表在环境科学领域环境科学与水资源领域顶级期刊《Water Research》上。该研究得到了国家自然科学基金(42130501, 42141008, 42177248, 42177248, 41921004)和中国科学院战略先导专项(XDB40020000)等项目的资助。
论文信息：Fan Xia, Zaihua Liu *, Yunling Zhang, Qiang Li, Min Zhao, Haibo He, Qian Bao, Bo Chen, Qiufang He, Chaowei Lai, Xuejun He, Zhen Ma, Yongqiang Zhou, 2024. Calcium regulates the interactions between dissolved organic matter and planktonic bacteria in Erhai Lake, Yunnan Province, China.Water Research261,121982:1-12。
链接： https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.12
（环境室 刘再华/供稿）