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惰性的类腐殖质溶解有机质的生物活性在能量匮乏的深海沉积物中增强

已有 2049 次阅读 2023-8-16 18:02 |个人分类:《中国科学》论文|系统分类:论文交流

在南海北部珠江口到深水海盆的沉积物中发现微生物群落与惰性的溶解有机质（Dissolved organic matter, DOM）的相互作用关系截然不同。上海交通大学王风平教授等人的研究表明，在富营养的近岸沉积物中，微生物将活性类蛋白质DOM转化为相对惰性的类腐殖质DOM；然而在寡营养的深海沉积物中，惰性的类腐殖质DOM在深部层位被加速消耗，显著降低沉积物向上覆海水扩散的惰性DOM通量。《中国科学：地球科学》2023年8期发文报道了该成果。

近日，《中国科学：地球科学》中英文版发表了上海交通大学王风平教授研究团队与香港科技大学何丁教授，以及德国莱布尼茨波罗的海研究所Joanna J. Waniek教授合作完成的研究成果。该团队在南海北部珠江口到深水海盆的沉积物中发现随着可利用的活性有机质减少，惰性的类腐殖质DOM的生物活性增加，在深层的深海沉积物中被加速消耗。

类腐殖质DOM是海洋沉积物孔隙水DOM的主要组成部分。其分子结构复杂且在环境中的滞留时间较长，因此常常被认为不易被微生物利用。然而, 针对自然环境中类腐殖质DOM的生物活性的研究非常有限，尤其是在活性有机质输入差异较大的沉积环境中。这使得人们对其在支持深部生命和调节长时间尺度海洋碳循环中发挥的作用的认知尚不明确。

研究人员从南海北部的珠江口到深水海盆采集了5根沉积物重力柱，并对沉积物孔隙水DOM中占主体的荧光溶解有机质（Fluorescent dissolved organic matter，FDOM）进行了定性和定量分析。测得的FDOM荧光信号经分析可以分解为6个类腐殖质组分和2个类蛋白质组分。其中，大部分类腐殖质组分的荧光强度随沉积物深度增加而增加，而类蛋白质组分的荧光强度保持在较低的水平。因此，两者可以分别用于指示惰性DOM和活性DOM。

研究人员进一步运用地化模型估算了沉积物中各FDOM组分的净反应速率，并结合各组分与沉积物中微生物群落的相互作用关系对各个FDOM组分的生物活性进行了评估。

研究发现在近岸与深海沉积物中类腐殖质FDOM与微生物的相互关系截然不同。在有机质丰富的河口环境，一些在深层沉积物中相对富集的微生物类群与类腐殖质FDOM显著相关，但大部分的微生物群落与类蛋白质FDOM显著相关。同时，在大部分类蛋白质FDOM净消耗的层位，类腐殖质FDOM净产生，指示微生物活动可能参与类蛋白质DOM转化为类腐殖质DOM的过程。然而与之相反的是，在能量匮乏的深海沉积物中，超过70%的微生物类群与类腐殖质FDOM紧密相关。在深层沉积物中，类腐殖质FDOM被净消耗。类腐殖质FDOM在深层的加速消耗使得其在深海表层约5米沉积物中的产生通量只有近岸的十分之一，从而减少深海沉积物向底层海水扩散的惰性DOM通量。因此，沉积物中的微生物群落可以通过调节惰性DOM库的大小和周转时间对长时间尺度的海洋碳循环产生深远的影响（下图）。