溶解性有机物（DOM）是水体中最活跃、最复杂的碳库之一，在陆地与海洋之间的碳传输和转化过程中起着关键作用。长期以来，科学界对不同生态系统中DOM的组成差异已有较多认识，但其在从冰川、山地河流、沿海到开阔海洋的连续梯度上如何转化与重组仍不清楚。特别是在气候变暖加剧冰川消融、改变河流径流与海洋生产力格局的背景下，DOM的来源、命运及其对全球碳循环的反馈机制亟需深入研究。
为揭示DOM在地球主要水体连续体中的分子演化规律，中国科学院青藏高原研究所环境变化与多圈层过程团队联合厦门大学、中国科学院南京地理与湖泊研究所、中国石油大学等单位，系统采集了青藏高原及西太平洋区域的141个样品，覆盖冰川、山地河流、近海与开阔海洋四类典型生态系统，并利用超高分辨率傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）、水化学分析和16SrRNA微生物测序等多技术手段，从分子、环境和生物三个层面解析DOM的组成特征及其驱动机制。
研究发现，DOM的分子组成在冰川到海洋的梯度上表现出显著变化（图1）。总体上，分子数量由冰川的约1.8万个逐渐减少至开阔海洋的约0.6万个，而平均分子质量和芳香性指标则呈上升趋势，表明DOM由低分子量、易降解组分向高分子量、结构复杂且难降解组分演化。沿连续体上“普适分子”（在所有生态系统中均出现的DOM组分）比例从冰川的65%增加至海洋的97%，主要由木质素类分子主导，而“非普适分子”比例显著下降（由82%降至3%）（图2），显示DOM在迁移过程中趋于同质化与稳定化。
不同生态系统中，DOM的形成机制存在明显差异。普适DOM主要受环境条件和陆源输入调控：冰川和山地河流的DOM受矿物离子、土壤侵蚀及植被覆盖影响，而河流中富含木质素类多酚的陆源有机质增加了普适DOM的相对丰度。近海和开阔海洋中，潮汐混合、沉积物再悬浮及营养盐输运调节普适DOM，而水体温度、溶解氧和硝酸盐等因素进一步塑造其分布。非普适DOM则主要受微生物群落驱动：在冰川，微生物通过分解可降解组分维持非普适DOM的多样性；在开阔海洋，藻类和微生物代谢持续向非普适DOM投入可降解组分并维持其转化网络；而在河流和近海，由于水动力强烈，微生物对非普适DOM的影响相对有限。总体来看，陆源输入和环境选择主导普适DOM的形成，而微生物活动塑造特定生态系统中的非普适DOM组成（图3）。
该研究首次以DOM分子水平贯通冰川—河流—海洋四大生态系统，揭示了物理化学过程主导的DOM同质化与微生物作用驱动的分子异化这两种相互作用机制。陆源DOM的输入及水体理化过程将共同推动DOM向更稳定形态转化，而生物过程的区域差异，可能强化碳在不同生态系统间的分配差异。这一发现为理解全球碳循环中从陆地到海洋的碳迁移与转化提供了新的分子证据，也为改进地球系统碳循环模型提供了重要科学基础。
该成果以“Environmental and microbial factors shape dissolved organic matter across multiple ecosystems”为题，发表于国际环境科学领域期刊《Communications Earth & Environment》。中国科学院青藏高原研究所郭泌汐博士后为论文第一作者，刘勇勤研究员为通讯作者，该研究获国家自然科学基金委青年基金和海洋负碳排放国际大科学计划的等项目的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s43247-025-02848-3
图1 研究区采样点分布，涵盖冰川、山地河流、近海与开阔海洋
图2 DOM 普适与非普适分子比例沿冰川—海洋连续体的变化
图3 环境因子、细菌群落组成与 DOM 不同组分之间的关系
