湖泊是特大型和大中型城市的最重要集中式供应水源之一，湖泊中溶解性有机物（DOM）的来源组成会直接影响饮用水处理消毒剂的使用剂量、消毒副产物的产生及重金属等有毒有害物质的毒性和生物有效性，因而决定了饮用水处理工艺与流程。全球湖库等内陆水体每年承接、输移的碳通量高达5.1 PgC yr-1，而以溶解性有机碳为主要成分的DOM又是湖库水体中天然有机质最重要的赋存形态及活跃成分。因此，精确掌握DOM的来源与生物活性，对饮用水安全的保障至关重要。 降雨事件（尤其是暴雨事件）将陆源DOM及营养盐输出到溪流、河流和进而裹挟输入至下游湖泊，从而深刻改变了湖库DOM来源组成与活性。但当前常规湖库水质监测通常为逐周、逐月甚至逐季度开展周期性采样观测，该类方法往往无法捕捉到偶发暴雨事件中DOM组成的生物地球化学变化。目前也鲜有研究利用高频监测来探讨暴雨如何改变汇入河流中DOM汇入通量、组成和生物活性的报道。
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在太湖最重要的两条入湖支流大浦河和殷村港进行了为期三年的逐日观测（图1）。使用DOM光谱和傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）等技术，分析了暴雨前后DOM的分子组成变化特征（图2-图3），并通过室内好氧环境28天微生物培养实验完成DOM生物可利用性的测定，进一步揭示了暴雨对汇入河流中DOM的组成和生物活性的影响。
初步研究结果表明，暴雨事件提高了太湖入湖河流殷村港与大浦河DOM的芳香性水平和生物活性。大浦河汇入太湖的溶解性有机碳（DOC）和生物活性（BDOC）通量分别为1.15 ± 0.18×104 t C yr-1和0.23 ± 0.06×104 t C yr-1，而殷村港汇入太湖的DOC和BDOC通量分别为2.92 ± 0.42 × 103 t C yr-1和0.53 ± 0.07 × 103 t C yr-1。暴雨发生期间，大浦河入湖DOC通量变幅为34.0至62.3 t d-1，BDOC通量为10.3至25.5 t d-1，相较之下殷村港DOC汇入通量为11.3至18.2 t d-1，BDOC通量为3.1至4.6 t d-1。FT-ICR MS结果显示，暴雨事件发生期间多环和缩合芳香烃和多酚类化合物的相对丰度增加，高度不饱和和酚类及脂肪族化合物的相对丰度减少(图3)。通过对近60年来气象数据统计结果表明，太湖流域大雨及暴雨事件出现频次呈上升趋势，大雨降水强度亦存在上升趋势（图4）。
相关研究成果以Rainstorms drive export of aromatic and concurrent bio-labile organic matter to a large eutrophic lake and its major tributaries为题，发表在国际英文期刊Water Research上。该研究工作得到国家自然科学基金、江苏省优青、中国科学院青年创新促进会、研究所青年科学家小组项目、中国博士后科学基金的联合资助。
全文链接为：https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.119448
图1 2019年1月至2021年12月间大浦河与殷村港逐日水位、溶解有机碳（DOC）和DOC生物活性（即BDOC）变化特征。水位低于和高于洪水警戒水位时大浦河与殷村港两条河流水位与DOC和BDOC之间的关联性
图2 太湖主要入湖河流大浦河与殷村港在晴天和暴雨天气下的DOM相关参数的比较
图3 傅里叶变换超高分辨率质谱FT-ICR MS结果。不同水位下的DOM质谱特征及对应van-Krevelen图谱差异。DOM质谱峰相对丰度与陆源类腐殖酸和水位的Spearman秩相关分析结果。不同水位条件下的陆源类腐殖酸组分比例、DOM的H/C比率的相对丰度变化特征
图4 太湖流域近60年来大雨（≥25 mm d-1）与暴雨（≥50 mm d-1）出现的频次及降水强度
