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在全球湖泊富营养化加剧的背景下，藻类水华的暴发与衰亡已成为影响湖泊生态系统营养盐周转的关键过程。藻源有机质（AOM）作为湖泊内源有机质的重要组成部分，其分解过程深刻影响着碳、氮转化通路。AOM由生物可利用性各异的组分构成，不同组分在分解和转化过程中的差异，使其在环境塑造及微生物氮转化方面的贡献各不相同，尤其对有机氮矿化、硝化作用与反硝化作用之间耦合过程的影响机制，仍缺乏充分认识。云南洱海湖泊生态系统国家野外科学观测研究站、上海交通大学云南（大理）研究院、上海交通大学环境科学与工程学院的王欣泽团队，在国际权威期刊《Environmental Science & Technology》上发表题为“Progressive Decomposition of Algal Organic Matter Decouples Nitrogen Transformations in Lake Sediments: Evidence from Short-Term Incubation”的研究论文（DOI: 10.1021/acs.est.5c08386），揭示了藻源有机质逐步分解驱动湖泊沉积物氮循环解耦的关键机制。
图文摘要
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本研究构建了藻-水-沉积物的时间压缩静态培养体系，结合紫外-荧光光谱、傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）及宏基因组测序技术，系统研究了AOM在不同分解阶段的组成变化，及其对水体理化性质和沉积物微生物氮转化过程的影响。研究结果表明，AOM的释放与转化可分为三个阶段。在第1天内，富含多肽类（8.36%）、脂类（8.22%）和不饱和烃（7.72%）的Labile AOM快速分解，使上覆水迅速转变为厌氧、高有机负荷的状态，显著促进了沉积物有机氮的矿化及正向激发效应，同时导致硝化速率与反硝化速率分别降低88.7%和34.5%。在3至7天内，富含单宁酸（19.2%）和碳水化合物的（9.41%）的Semi-labile AOM逐渐分解，维持体系的厌氧状态，NH4+的积累与NO3−的耗竭最终导致硝化-反硝化作用的解耦。在7天后，以类木质素（56.8%）为主的Humic-like AOM主导了体系的耗氧量，水体开始复氧，沉积物中的硝化作用快速恢复，反硝化作用缓慢回升。
微生物功能特征分析结果表明，AOM的短期分解对微生物的氮转化速率、功能基因丰度、转化通路及群落结构的影响呈递减趋势。AOM分解过程对硝化作用和反硝化作用耦合的促进或抑制，取决于其瞬时分解速率对沉积物-水界面氧化还原状态及NO3−限制的影响程度。本研究从“物质组成—表观现象—内部机理”的角度，阐明了AOM不同组分对湖泊沉积物微生物代谢及氮循环通路的贡献，为理解藻类冲击负荷作用下沉积物-水界面的氮循环及其对区域营养盐滞留的促进作用提供了理论支撑。