河流、湖库等水体每年传输转化的陆源碳通量可达5.1PgC yr-1，其中排放的CO2通量可达3.9PgC yr-1，是陆地有机碳迁移和转化的枢纽和要冲。溶解性有机物（DOM）是天然有机质最重要的赋存形态和活跃成分。DOM分子组成的改变直接影响其活性和生物可利用性，进而影响水生态系统能量传输过程。流域城市化与农业开发会增加陆源生源要素向河流输出（图1），可能会给下游河流系统带来大量富含蛋白质和高生物活性的DOC，而森林区以富含芳香性物质的DOM为主。尽管DOM分子组成的变化对环境影响很大，但关于城市与农业非点源输入对DOM的组成、生物可利用性影响的研究依然鲜见报道。
鉴于此，中国科学院南京地理与湖泊研究所张运林研究员研究小组周永强等人通过研究我国东部地区不同城市和农业用地占比梯度下76条河流（流域面积1-4850km2）（图2），采用DOM光谱结合傅里叶变换离子回旋共振质谱技术（FT-ICR MS）分析了不同人类活动强度梯度下河流DOM的分子组成变化特征（图3），在此基础上通过进一步室内好氧环境28天微生物培养实验完成DOM生物可利用性的测定，从而揭示了城市和农业用地比重梯度对河流DOM组成和生物可利用性的影响机制（图4）。
研究结果表明，随着城市和农业用地占比的升高，溶解性有机碳(DOC)浓度升高，脂肪族和多肽类DOM以及含N和含S有机物组分占比升高，相较之下土壤淋溶腐殖酸类组分输入占比减少。FT-ICR MS结果显示随着城市用地占比上升，含CHO分子式的有机质占比降低而含CHOS分子式的有机质占比增加。城市化水平不断提升，河流DOC生物可利用性不断升高，加速了下游河流有机碳代谢进程。这意味着城市与农业用地比重的增加显著改变了下游河流DOM的化学组成与生物可利用性特征，对下游河流生态系统中的有机碳的迁移转化产生了深刻影响，人类活动加速了有机碳的生物地球化学迁移转化过程。
相关研究成果以Urban and agricultural land use regulates the molecular composition and bio-lability of fluvial dissolved organic matter in human-impacted Southeastern China为题，发表在国际英文期刊Carbon Research上，文章通讯作者为周永强副研究员，第一作者为胡晓思。该研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、研究所青年科学家小组项目、江苏省自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究项目、中国博士后科学基金的联合资助。
全文链接为：https://link.springer.com/article/10.1007/s44246-022-00020-6
图1 河流DOM组成与活性对人类活动强度的响应特征示意图
图2 我国东部76条河流采样点及对应流域分布图
图3傅里叶变换超高分辨率质谱FT-ICR MS结果。不同人类活动强度下的DOM质谱特征及对应van-Krevelen图谱差异。DOM质谱峰相对丰度与城市及农业用地比重的Spearman秩相关分析结果。不同城市用地比重梯度下的含CHO类、CHOS类组分的相对丰度变化特征
图4 研究区76条河流DOC生物活性与比紫外吸收SUVA254的关系
