Photochemical mineralization of DOM in high humic tropical aquatic ecosystems: ambiguous regulation by watercolor  

高腐殖质热带水生生态系统中溶解有机质的光化学矿化：水色的模糊调控作用  

来源：Acta Limnologica Brasiliensia, 2024, vol. 36, e39  

《巴西湖沼学学报》2024年第36卷e39期  

 

摘要内容

 

摘要指出：光化学矿化是水生生态系统中溶解有机碳（DOC）完全氧化的重要途径。DOC浓度、水色（由腐殖质导致）、太阳辐射强度、DOC的成岩状态和氧气可用性是已知的调控因素。本研究首次在极端DOC浓度和水色条件下评估这些因素的重要性，目标包括：  

优化热带腐殖/超腐殖水生生态系统光降解研究方法；  

 

评估调控因素的相对重要性；  

 

测量20个热带腐殖/超腐殖沿海生态系统的光化学矿化速率并与全球数据比较。  

 

研究目的

优化热带高腐殖水域光化学矿化的实验方法；  

 

量化DOC浓度、水色、辐射强度和氧气可用性对矿化速率的调控作用；  

 

测定热带腐殖质沿海生态系统的矿化速率并对比全球数据。  

 

研究思路

三类暴露实验设计：  

 

(i) 同一样品暴露于不同太阳辐射强度（表2-4）；  

 

 

 

(ii) 同源DOC样品梯度稀释后暴露（表1、5-6）；  

 

 

 

 

(iii) 20个不同特征环境样品暴露于自然光照（表7）。  

 

方法优化：针对高盐度环境，验证氧气消耗（O₂）与无机碳生成（DIC）的1:1关系（图1），解决高碱度水体DIC检测难题。  

 

数据分析：通过线性回归、方差分析比较调控因素的作用，并结合文献数据评估热带腐殖生态系统的全球意义。  

 

测量数据及其研究意义

溶解氧消耗（O₂ consumption）与DIC产量（DIC production）  

数据来源：图1、表2-4（时间梯度实验）、表7（20个生态系统）  

 

意义：验证光化学矿化的化学计量关系（O₂消耗: DIC生成 ≈ 1:1），为高盐度湖泊提供可靠检测方法；揭示超腐殖系统（如Atoleiro）中氧气快速耗竭（4小时消耗>80%）是矿化过程的关键限制因素（图3）。  

水色参数（a430，430 nm吸收系数）  

 

 

数据来源：表1（稀释实验）、表5（相关性）、表7（生态系统梯度）  

 

意义：量化水色对矿化的"模糊调控"作用——低色度水体中，增加水色提升矿化速率（增强光吸收）；高色度水体中，进一步增加水色因自遮蔽效应抑制矿化（图4, 图5）。  

 

 

 

意义：明确DOC浓度是矿化的主要驱动因子（图5），但超腐殖系统（DOC >6 mM）因自遮蔽效应导致单位DOC矿化效率下降（图4）。  

太阳辐射强度  

数据来源：表2-4（辐射累积值）  

意义：证实辐射强度与矿化速率正相关，但极端高DOC下因氧气限制和自遮蔽减弱辐射利用效率（图2）。  

 

 

Unisense电极测量数据的研究意义

 

使用丹麦Unisense金微电极（连接皮安计）高精度测量溶解氧消耗，其研究意义包括：  

解决高盐环境检测难题：在碳酸盐丰富的沿海潟湖中，传统DIC检测因背景值高难以捕捉微小变化。O₂消耗的1:1比例关系（图1）为这类生态系统提供了可靠替代方案。  

 

揭示瞬时动态限制：电极的高时空分辨率捕捉到超腐殖系统（如Atoleiro）中O₂浓度在4小时内骤降>80%（图3），证明氧气是矿化的关键瞬时限制因子，这对实验设计（暴露时间<4小时）和自然系统（依赖风力复氧）有重要启示。  

 

量化反应效率：通过O₂消耗速率直接计算矿化速率（如Preta潟湖高达147.856 μM O₂ 6h⁻¹，表7），支持了"热带腐殖水域具有全球最高光化学矿化速率"的结论。  

结论

方法学贡献：验证O₂消耗法适用于高盐腐殖水域，且O₂:DIC转换率为1:1（图1）。  

 

调控机制：  

水色对矿化有双重作用：低色度水体中增强矿化，高色度水体中因自遮蔽抑制矿化（图4-5）。  

DOC浓度>6 mM时自遮蔽效应显著，单位DOC矿化效率降低（图4）。  

超腐殖系统中氧气是矿化的关键限制因子（图3）。  

生态意义：  

热带腐殖质沿海潟湖（如Preta潟湖）的光化学矿化速率达147.856 μM O₂ 6h⁻¹（表7），为文献记载最高值。  

热带生态系统的平均矿化速率显著高于温带（图6），凸显其在全球碳循环中的重要性。