近日，地球科学领域Nature Index期刊《Geophysical Research Letters》刊发了我校生物地质与环境地质国家重点实验室有关“不同盐度湖泊沉积物中外源和内源有机质输入引起的正向激发效应”的研究成果-Positive priming effects induced by allochthonous and autochthonous organic matter input in the lake sediments with different salinity。论文第一作者为杨渐老师，韩明贤博士为共同第一作者、蒋宏忱教授为通讯作者。
湖泊生态系统是有机碳矿化和储存的重要场所，是全球碳循环的重要组成部分。湖泊每年均要接收大量新鲜有机碳的输入，探究新输入有机碳对湖泊碳循环过程的影响是地球科学的热点问题。新输入有机碳通常会加速本地有机碳矿化，即正向激发效应（priming effect，PE）。微生物是驱动正向PE发生的关键因素；同时，正向PE直接影响着本地有机碳储存的稳定性。因此，探究微生物驱动的正向PE对于理解湖泊有机碳矿化和储存具有重要意义。
湖泊有机碳根据其来源可分为内源和外源有机碳。内源有机碳包括湖泊藻类和水生植物分泌或其分解后释放的有机碳等；外源有机碳包括由水动力作用输送至沉积物的陆源植物残体和土壤有机碳等。大量前期研究证实内、外源有机碳均可引发正向PE，但是它们输入湖泊产生正向PE的强度和差异一直不甚清晰。近年来，全球气候变化对湖泊环境造成了显著影响。其中，盐度是湖泊重要的环境变化因素之一。盐度影响着湖泊微生物有机碳矿化的活力，进而影响湖泊正向PE的强度。因此，探究盐度变化对湖泊正向PE强度的影响，对于理解湖泊碳循环响应或反馈气候变化十分重要。
该项研究以青藏高原的小柴旦盐湖沉积物作为研究对象，在不同盐度（1、40和120 g L -1）条件下，模拟研究内源（小球藻）和外源（羊茅草）有机碳输入对湖泊沉积物有机碳矿化的影响及其响应盐度变化的规律。研究显示：内源（藻）和外源（草）有机碳输入显著（p < 0.05）增加了湖泊沉积物CO2产生的速率；相较于内源有机碳，外源有机碳输入导致湖泊沉积物的CO2产生速率较高（图1）。由于盐度对微生物矿化活力的限制，高盐度（120 g L-1）沉积物样品的CO2产生速率显著低于其它低盐度（1和40 g L-1）样品（图1）。
图1 不同盐度条件下，内源（藻）与外源（草）有机碳添加实验组和对照组样品的CO2产生速率
内源与外源有机碳均可引发湖泊沉积物的正向PE，外源有机碳引发的正向PE强度显著高于内源有机碳（图2）。内源和外源有机碳引发的正向PE强度均随盐度的降低而增加；相较于内源有机碳，外源有机碳引发的正向PE强度响应盐度变化更加敏感（图2）。细菌和真菌参与了湖泊正向PE的发生。其中，放线菌(Actinomycetia)、α-变形杆菌纲(Alphaproteobacteria)、芽孢杆菌(Bacilli)、拟杆菌(Bacteroidia)、梭状芽胞杆菌(Clostridia)和γ-变形杆菌(Gammaproteobacteria)相关细菌类群在驱动湖泊沉积物正向PE生成方面发挥着重要作用。
图2 内源（藻）与外源（草）有机碳引发的正向PE强度与盐度的线性关系
通过研究可以发现：内、外源有机碳输入将加速湖泊本地有机碳的矿化；相对于内源有机碳，外源有机碳输入可能造成更多本地有机碳的矿化；而且盐度降低会加速该过程。在近年来持续的气候变化条件下，青藏高原湖泊环境受到显著影响。例如：盐湖淡化，湖泊水域面积不断扩张，湖泊藻类频繁爆发等环境问题。湖泊扩张将会导致大量陆源有机碳（如陆生植被残体）输入到湖泊；藻类爆发后分解产生的有机碳也会进入湖泊系统。这些新输入的有机碳不仅会导致湖泊CO2排放增加，而且还会引发正向PE，直接影响本地有机碳的矿化和储存。因此，在当前气候持续变化的条件下，评价青藏高原湖泊碳循环亟需考虑内、外源有机碳输入导致的正向PE对湖泊有机碳矿化和储存的影响。
该项研究得到了国家自然科学基金（No. 41972317, 91751206, 41521001)与“111”引智计划（B18049）等资助。
论文信息：
Title: Positive priming effects induced by allochthonous and autochthonous organic matter input in the lake sediments with different salinity.
Authors: Yang, Jian, Han, Mingxian, Zhao, Zhuoli, Jiang, Hongchen
Source: Geophysical Research Letters
First published: 21 February 2022
DOI: 10.1029/2021GL096133
论文链接：https://doi.org/10.1029/2021GL096133
