陆源有机碳在澜沧江中的分子组成特征及降解机制研究

Approximately 5.7 Pg of terrestrial organic carbon (TerrOC) is transported annually from terrestrial systems to inland waters (including rivers, lakes, and wetlands). Around 70% of such TerrOC is degraded and released as CO2 during fluvial transport, corresponding to 50% of global CO2 emission derived from fossil fuel combustion. However, complicated by fluvial organic carbon sources and dynamics, mechanisms controlling the degradation of TerrOC during fluvial transport remain elusive. This project proposes to investigate the molecular characteristics and degradation mechanisms of TerrOC components during fluvial transport in the Lancang River, the third largest river in China which originates from alpine meadows on the Tibetan Plateau and flows through tropical forests in Southeastern Asia. Specifically, we propose to use terrestrial biomarkers (including plant wax lipids, carbohydrates, and lignin phenols) and compound-specific 13C and 14C techniques to assess TerrOC source variations and dynamics along the river. Coupled with field and laboratory incubation experiments, the degradation kinetics of various TerrOC components in the river will be quantified. Furthermore, combined with the analyses of microbial communities, enzyme activities, and environmental variables (including temperature, nutrients, pH, etc.), key mechanisms and factors controlling the degradation of TerrOC during fluvial transport will be explored. This research will provide a novel dataset on the degradation of TerrOC in rivers at the molecular level. The findings will help elucidate the fate of TerrOC in rivers, and provide theoretical guidance for improving carbon budget in the Lancang River basin.

陆地生态系统每年向河流等内陆水体输送5.7 Pg的有机碳；其中，超过70%（~4.2 Pg）的有机碳在传输过程中被降解，降解所产生的CO2相当于全球化石燃料燃烧排放量的50%。然而，由于河流有机质的来源和动态变化非常复杂，陆源有机碳在河流传输过程中的降解机制及影响因素仍不明确。本项目拟以发源于高寒草地、流经热带雨林的澜沧江为研究对象，采用分子地球化学方法（包括生物标志物、单分子13C、14C同位素），剖析陆源有机碳在澜沧江中的分子组成及来源动态；利用野外和室内培养实验，解析陆源有机碳的不同化学组分在河流中降解的动力学规律；结合微生物群落特征、酶活及环境因素（光照、氮/磷等）的分析，揭示有机碳在不同气候带中的主要降解机制及影响因子。本项目将在分子水平上为陆源有机碳的河流降解特征提供一套新颖而全面的数据，研究结果有望阐明河流有机碳的降解机制，并为准确评估澜沧江流域的碳通量及碳迁移奠定理论基础。

河流是温室气体释放的热点区域，河流中有机质的来源和组成是影响其矿化释放温室气体潜力的关键因素。然而，由于河流有机质的来源和动态变化的复杂性，陆源有机质在河流传输过程中的归趋尚不明确。本项目以发源于高寒草地、流经热带雨林的澜沧江为研究对象，以分子水平的生物标志物和傅里叶变换-离子回旋共振质谱（FTICR-MS）为主要技术手段，结合野外和室内培养实验，分析了澜沧江流域内有机质在陆地向河流以及河流传输过程中的来源和组成的变化规律及其降解特性。. 主要研究结果如下：（1）解析了澜沧江溶解性有机质的分子组成，为解析该河流有机质的特性提供了一套新颖而全面的基准数据；（2）在雨季和旱季，澜沧江溶解性陆源有机质在天然和水库影响河段分别呈现了相反的空间变化特点，即陆源有机质沿天然河段雨季积累而旱季下降，而沿水库影响河段在两个季节均下降，这些特点主要归因于梯级水库建设对河流环境和水文条件的改变；（3）溶解性木质素和FTICR-MS结果均表明梯级水库是陆源有机质吸附去除的热点区域，但吸附在河流碳循环研究中却是一个长期被忽略的重要过程；（4）澜沧江溶解性陆源有机质（以木质素为代表）的生物降解符合一级动力学规律，并且其降解速率与易降解有机质的相对强度显著负相关，表明易降解有机质与陆源有机质的降解存在竞争关系；（5）气候变化导致的极端降水和冻土融化将显著改变河流源区从土壤进入河流的陆源有机质的组成和通量，这一部分有机质在河流传输过程中的降解可能对气候变化产生正反馈。本项目研究成果不仅在分子水平上为陆源有机碳的来源和组成变化规律提供了数据支持，关于梯级水库是河流陆源有机质吸附去除的热点区域的分析对河流水质管理和未来水库建设方案的制定具有重要的建议和指导作用。本项目已发表SCI论文2篇，还有1-2篇SCI论文会陆续发表。