我院关于河流流域浅层地下水DOM组分的空间变化及其与微生物群落的相互作用的研究成果在Water. Res. 发表

点击蓝字关注中国环科院

第一作者：丁鸿羽

通讯作者：郑明霞&席北斗

通讯单位：中国环境科学研究院

论文DOI：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121797

文章介绍

中国环境科学研究院在Water Research上发表了题为“Insight into spatial variations of DOM fractions and its interactions with microbial communities of shallow groundwater in a mesoscale lowland river watershed”的研究论文。本工作识别了地表水和浅层地下水中DOM组分空间分布差异，并进一步加深对DOM与微生物生态系统稳定性的相关认识。

地表水补给提高了地下水中DOM的生物利用度。

酪氨酸样峰仅出现在受河流影响小的地下水组（IGW）中，指示最近的微生物活动。

微生物指标对地表水补给更敏感。

DOM与微生物的强相关性推动了有机物的转化。

溶解性有机物(DOM)在浅层地下水系统驱动生物地球化学过程中扮演重要角色，并且地下水DOM易受地表水流量动态的影响。沙颍河历史上经历了长期的污染问题，对水质、DOM和微生物群落构成了严重影响，特别是对河流下游的浅层地下水造成了强烈干扰。因此，本研究采用荧光激发-发射矩阵(EEM)光谱结合主成分系数、平行因子分析(PARAFAC)、共现网络分析和结构方程模型(SEM)，分析了沙颍河流域下游区域从地表水到浅层地下水中DOM组分的分异特征及其与微生物群落的响应变化。

研究结论

图1. 地表水和地下水样品中水化学参数的主成分分析（负荷得分图）（a）。使用SIMMIR计算的地表水贡献（SW%）（b）、地下水贡献（GW%）（c）和降水贡献（P%）（d）的空间分布

图2.（a）通过总绝对主成分系数对所有EEM数据进行变量识别；（b）PC1和PC2载荷对样本进行变量识别

图3.（a） PARAFAC组分荧光强度的变化；（b） PARAFAC组分荧光强度的相对丰度；（c） 不同水样组中荧光成分相对丰度的比较。显著性水平：*，p<0.05

图4. DOM荧光指数（FI、BIX和HIX）的变化

图5. 门水平（a）和属水平（b）细菌群落的分类丰度。门水平（d）和属水平（c）微生物群落组成的主成分分析图

图6. 基于Spearman相关性分析的SW（a）、IGW（b）和UGW（c）中微生物OTU和DOM成分之间的关联。实心点表示微生物OTU，五角星表示荧光成分。粉红色的线表示正相关，绿色的线表示负相关

（3）对于SW组，蛋白质样和微生物相关的腐殖物质受到微生物代谢的积极影响，表明微生物在代谢过程中有助于蛋白质类和微生物相关腐殖物质的产生。然而，蛋白质类物质对DOM的腐殖化程度表现出显著的负面影响。对于IGW组色氨酸样来源可能来源于微生物活动，并且微生物活动可能促进腐殖酸物质的生物利用度。对于UGW，微生物可能会在有限的地表水干扰下分解蛋白质物质以维持代谢活动，并增加地下水中的腐殖物质的相对丰度。结果表明，外部碳源和营养物质可以刺激旺盛的微生物活动，促进蛋白质类物质的产生，并有助于降低腐殖化程度；而对于地表水补给程度较低的情况，微生物活性可以降解类蛋白质物质，从而提高腐殖物质的相对丰度。

图7. DOM组分与SW（a）、IGW（b）和UGW（c）的腐殖化程度相关的结构方程模型