蓝藻水华驱动富营养化湖泊微生物碳泵机制：太湖梅梁湾难降解溶解有机碳积累与全球碳汇意义

本研究通过整合荧光DOM（FDOM）、核磁共振（1H NMR）与细菌群落分析，揭示了太湖梅梁湾蓝藻水华期间难降解溶解有机碳（RDOC）显著积累（CRAM浓度提升17%），证实微生物碳泵（MCP）机制在富营养化湖泊碳汇中发挥关键作用，为重新评估内陆水体碳封存潜力提供科学依据。

　　

引言

全球富营养化加剧导致蓝藻水华频发，但其对碳循环的长期影响尚未明确。传统观点认为内陆湖泊多为CO₂源，但近年研究发现富营养化湖泊可通过藻类固碳形成潜在碳汇。微生物碳泵（MCP）理论提出微生物能将易降解溶解有机碳（LDOC）转化为难降解溶解有机碳（RDOC），后者可存续数千年。然而，该机制在动态的浅水富营养化湖泊中是否成立仍待验证。

材料与方法

研究选取太湖梅梁湾（典型蓝藻水华区）开展全年月度监测，结合荧光光谱、¹H NMR与16S rRNA测序技术，量化了羧基富集脂环分子（CRAM）作为RDOC分子标志物的变化。通过扩散编辑NMR（DE-NMR）区分大分子组分，并分析细菌群落与DOM组成的关联。

结果

1. 1.
   DOM组分动态：水华期CRAM占比显著提升（29-43%），且CRAM浓度从非水华期51.86±11.22 μM C增至60.80±8.21 μM C。DE-NMR显示CRAM含大分子聚集体，印证其抗降解特性。
2. 2.
   细菌群落演替：水华期^{Acidimicrobiia}与^{Actinobacteria}丰度上升，^{CL500-29 marine group}和^{hgc1 clade}与CRAM积累显著正相关，证实其驱动RDOC形成。
3. 3.
   光学特性：水华期腐殖化指数（HIX）升高，新鲜度指数（β:α）下降，表明DOM转化程度加深。

讨论

蓝藻水华通过三重机制促进RDOC积累：① 释放类异戊二烯等脂环前体；② 富集特异性细菌（如^CL500-29）重构分子结构；③ 光化学与微生物协同作用增强CRAM稳定性。富营养化湖泊CRAM占比（~16%）显著高于海洋（8%），提示其碳汇潜力被低估。

结论

研究证实蓝藻水华通过MCP机制显著提升富营养化湖泊RDOC储量，且该碳库可经水文输送形成长期碳封存。随着全球水华面积扩大（覆盖31.3万平方公里湖泊），此类“脉冲式碳泵”对碳循环的贡献亟待纳入气候模型。