溶解有机质（DOM）是水环境中储量最大的碳库，激发效应会显著影响DOM 储库的动态变化及其在水-土-气界面的交换。因此，对DOM的转化、降解以及碳循环具有重要意义。人类活动和土地利用类型等多种外部因素也时刻影响着陆海界面激发效应的方向和强度。
我院流域生物地球化学循环研究中⼼戚羽霖教授课题组对环渤海地区海陆界面以及降雨、污水排放、污染物释放等特殊事件影响下的有机碳降解规律展开研究。通过室内实验并结合光谱、色谱、质谱和同位素等手段，量化了海河流域有机碳的激发效应，并揭示了激发效应导致的有机碳来源、分子组成和结构的变化规律。研究结果显示：
图1. 本研究研究技术路线，包括采样区域，培养实验，样品测试和数据分析
图2. 激发效应影响下有机碳的结构、来源、分子组分和降解规律
1. 激发效应广泛存在于陆海界面，在陆海交替环境和降雨影响下正向激发效应更为显著，同时污染物的排放也会引发正向的激发效应。因此，海陆交替带是碳汇的重要地带，而海洋的负向激发效应佐证了海洋是稳定的碳汇场所。
2. 在激发效应影响下，DOM从类腐殖质物质向小分子量、类蛋白质物质转变，碳源也逐渐从陆源向微生物源转化。醇类、氮氧双键、碳碳双键、有机硫和羰基等化合物被降解，而芳香环、甲基和亚甲基等脂肪族物质增多。此外，光照条件、杂原子的引入和频繁的人类活动会加速DOM脱羧、芳烃环裂解等氧化过程，促进激发效应。DOM降解过程中可能发生酰胺水解、酰胺氧化置换和脱硫反应，环渤海地区高强度人类活动进一步导致含氮含硫化合物不断排放到环境中，从而加速了有机碳的降解和激发效应。
3. 分子结构在沿海地区的碳固存中也起着至关重要的作用。综合对比荧光和质谱数据分析影响激发效应的代表性物质。类腐殖质物质可以促进激发效应和有机质的降解，而酪氨酸对该过程则呈现出减缓作用。利用FT ICR-MS的碰撞诱导解离技术明晰了激发效应下产生的特征分子结构。
4. 通过建立PLS-SEM模型发现，生物可利用有机碳（BDOC）和降解系数（Ideg）可以直接指示激发效应的发生及其环境影响，而芳香性指数（AI-mod）值、Corg/Ntotal比值和类腐殖质物质则是间接示踪激发效应的发生及其环境影响。
目前，对河流和海洋碳循环的认识还不够充分，有机碳通量的估计值与实测值之间存在较大的偏差，研究结果提出了可以从激发效应的角度部分解释水生系统中这种碳收支的失衡。该研究可以为海陆界面碳周转提供理论支持，并为理解水体碳储库变化和全球碳循环研究提供重要的科学依据。
相关研究以“Tracking the changes of DOM composition, transformation and cycling mechanism triggered by priming effect: insights from incubation experiments”为题发表在国际环境领域知名期刊Environmental Science & Technology。我院2024届硕士毕业生姚雯芮为论文第一作者，戚羽霖教授为通信作者，傅平青教授、李思亮教授、刘学炎教授，以及烟台海岸带研究所的张志阳研究员共同指导了这项研究。该成果得到了国家自然基金项目 （42221001、42277456）的资助。
文章信息：Wenrui Yao, Yuanyuan Dong, Yulin Qi*, Yufu Han, Jinfeng Ge, Dietrich A. Volmer, Zhiyang Zhang, Xue-Yan Liu, Si-Liang Li, Pingqing Fu. Tracking the changes of DOM composition, transformation and cycling mechanism triggered by priming effect: insights from incubation experiments.Environmental Science & Technology. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c03784
