光化学与微生物降解对高原湖泊CDOM光学特性影响机理研究

The photochemical processes and microbial degradation of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) are crucial for the research of aquatic eco-systems and the precision estimation of water quality remote sensing. To date, the studies have been widely carried out on CDOM optical properties and the parameterization of remote sensing in inland water, however, CDOM distribution, removal, and the transformation process in plateau lakes in cold and arid regions, especially in saline lake, were less investigated. The carbon storages in saline lakes are higher than freshwater lakes, and saline lakes play an important role in global carbon balance estimation. The percentage of saline lakes is more than 80% in Inner Mongolia plateau lakes. Thus, this research based on the northeast area of Inner Mongolia plateau, proposed to illuminate the effect of photochemical reaction and microbial degradations on the space-time distribution, optical properties, fluorescence properties, and composition of CDOM in typical plateau lakes. Meanwhile, the correlation between water quality parameters of plateau lakes and CDOM optical properties was also investigated. The implementation of the proposed project will promote our understanding and accumulate the knowledge of CDOM light absorption characteristics, sources and transformation process in plateau aquatic ecosystems. The potential findings from the study could be beneficial to evaluate the influence of photochemical and microbial processes on the fate of CDOM in inland water, and it also has significances to establish and perfect the source-migration pattern and transformation mechanism of DOM in inland water.

深入研究水体中CDOM的光化学及生物转化过程，对水生态系统研究及水质遥感精度估算都具有至关重要的作用。虽然关于内陆水体CDOM的光学性质及其遥感参数化研究都已大量开展，但对寒旱区高原湖泊，尤其是咸水湖的研究涉足较少，咸水湖的碳含量普遍高于淡水湖泊，在全球碳平衡估算中具有重要作用。内蒙古高原全区湖泊80%以上属咸水湖，本研究立足于内蒙古东北区域，结合现场分析和室内批次试验，分析高原强太阳辐照下，光化学反应对高原湖泊中CDOM时空分布、光学特性和荧光性质的影响及CDOM光解转化过程；明确高原湖泊的水质参数与CDOM光学特性的相关性；解析高原湖泊中，微生物作用对CDOM 组分及光学特性的影响。本研究对于深入理解高原湖泊中CDOM的光吸收特性、来源以及转化过程，探讨光化学和微生物反应作为CDOM降解转化途径的重要性，建立并完善内陆水体中DOM的吸收特性、源汇格局及循环转化机制具有至关重要的意义。

高原湖泊在全球碳平衡估算中具有重要作用，深入研究高原湖泊中CDOM的分布及光学特性，对水生态系统研究及水质遥感精度估算都具有至关重要的作用。本研究立足于内蒙古和青藏高原区域，分析高原湖泊中CDOM时空分布、光学特性和荧光性质，解析高原湖泊中CDOM的源汇格局。结果表明：（1）水体盐度会影响CDOM物质的分子结构及组成，内蒙古高原及青藏高原咸水湖泊中CDOM系数要明显高于淡水湖（p <0.01）；（2）内蒙古高原咸水湖中DOC浓度要明显高于淡水（p <0.01），且淡水中CDOM组成物质具有更高的芳香性和分子量，在淡水水体中木质素植物对CDOM的贡献要高于咸水湖；（3）咸湖水中的高分子量CDOM物质随着水停留时间的延长被光解，较长时间的水力停留和强光辐射会导致咸水湖由一个大分子量的CDOM储库转变成小分子量CDOM的储库；（4）内蒙古高原咸水湖色氨酸类C2峰Fmax明显高于淡水湖（p<0.05），可能与咸水湖中相对较弱的微生物降解作用有关；青藏高原淡水湖和咸水湖的CDOM总荧光强度φT差别不大，淡水湖CDOM物质腐殖化程度更高；（5）外源腐殖酸及富里酸物质是青藏高原湖泊CDOM的主要来源，蛋白类及酚类物质在CDOM中的比例相对较低；（6）内蒙古高原湖泊水体中的微生物群落结构主要组成为变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes），不同富营养化程度的湖泊其水体中细菌种群在门的分类水平上具有更加明显差异性；（7）微生物在高原湖泊水体CDOM的降解中具有重要作用，小分子量的CDOM组分会被微生物快速利用，同时微生物衰亡过程也可能向湖水中释放CDOM物质。本项目对于深入理解高原湖泊中CDOM的光吸收特性、来源以及转化过程，建立并完善内陆水体中DOM的吸收特性、源汇格局及循环转化机制具有至关重要的意义。