長江口不同來源溶解有機(jī)質(zhì)光化學(xué)/微生物降解作用及機(jī)制研究?

王新科， 金 紅， 梁生康??， 馬浩陽， 郭金強(qiáng)， 李?yuàn)檴櫍?呂浩然

(1.中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院， 山東 青島 266100； 2.中國海洋大學(xué)海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 青島 266100；3.山東省青島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心, 山東 青島 266003)

溶解有機(jī)質(zhì)(DOM)是海洋生態(tài)系統(tǒng)中最大的活性碳儲(chǔ)庫之一，被認(rèn)為是海洋生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量的重要載體。河口區(qū)作為陸海交互界面，該區(qū)域DOM的源-匯作用和生物地球化學(xué)過程對(duì)全球碳循環(huán)有著重要影響。據(jù)估計(jì)，每年全球大約有0.25×1015g溶解有機(jī)碳(DOC)[1]通過河流從陸地轉(zhuǎn)運(yùn)到海洋，而在這個(gè)過程中，大部分陸源DOM會(huì)在河口區(qū)被移除。光化學(xué)反應(yīng)和微生物降解被認(rèn)為是控制河口區(qū)DOM轉(zhuǎn)化、降解和循環(huán)的主要作用[2]。

實(shí)際水體中，DOM的光化學(xué)反應(yīng)和微生物作用是同時(shí)發(fā)生并相互交織。河口區(qū)的陸海相互作用復(fù)雜，兩種過程對(duì)河口DOM去除的相對(duì)貢獻(xiàn)因DOM的來源不同而有很大差異。對(duì)于密西西比河[3]與亞馬遜河口區(qū)[4]的陸源DOM，光化學(xué)去除作用要高于微生物降解；而對(duì)于海源DOM的去除，微生物降解則占主導(dǎo)，而光化學(xué)降解作用并不明顯[5]。這是由于光化學(xué)作用和微生物作用對(duì)DOM的成分會(huì)有選擇性的移除。陸源DOM中，含有大量有色溶解有機(jī)物(CDOM)，其主要成分為芳香族化合物，易于吸收紫外線(UV)而發(fā)生光化學(xué)作用[3]；微生物則易于吸收利用中性糖和氨基酸等物質(zhì)，這些往往是海源DOM的重要組成部分。研究表明，光化學(xué)作用不僅可以將DOM直接轉(zhuǎn)化為各種無機(jī)態(tài)[6-7]，而且也可以通過改變DOM化學(xué)構(gòu)成，將大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易于被微生物利用的小分子有機(jī)物，從而間接增強(qiáng)DOM的微生物礦化作用[8-10]。也有研究表明，光化學(xué)過程中UV會(huì)損傷微生物，降低其豐度，從而導(dǎo)致DOM的微生物礦化作用被抑制[11-12]。由于河口區(qū)陸海交互作用強(qiáng)烈，DOM來源和構(gòu)成復(fù)雜多樣，光化學(xué)降解和微生物降解作用在DOM去除中是協(xié)同還是競(jìng)爭關(guān)系，尚缺乏系統(tǒng)認(rèn)知。

本文以長江口為研究區(qū)域，同步開展陸源、海源及混合源的DOM的光降解、微生物降解、光-微生物聯(lián)合降解以及光-微生物依次降解的現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)試驗(yàn)。通過比較分析不同來源DOM和不同降解體系中DOC濃度，DOC重要組分TDAA以及CDOM特征參數(shù)的變化，探討長江口不同來源DOM的光/微生物降解作用及其機(jī)制。

1 材料和方法

1.1 樣品采集與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2018年8月長江口，根據(jù)水體鹽度， 分別在A1、B1和C1位置采集表層水樣，三個(gè)站位的鹽度分別為0.01、17.34和33.25(見圖 1)，分別代表陸源、混合源和海源。水樣被采集后，分別經(jīng)過孔徑 1.2 μm GF/C 濾膜(Whatman UK)和 0.2 μm 聚碳酸酯濾膜(Mil-lipore)過濾， 得到接種水和無菌水。培養(yǎng)試驗(yàn)分為四組(見表1)，分別考察不同來源的DOM的光降解、微生物降解、光-微生物聯(lián)合降解、光-微生物依次降解作用。除了光-微生物依次降解培養(yǎng)體系外，均為雙樣平行培養(yǎng)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)過程中，通過自吸水泵不斷抽取現(xiàn)場(chǎng)海水注入培養(yǎng)箱中以維持培養(yǎng)溫度與現(xiàn)場(chǎng)海水水體溫度一致，在長江口附近海域進(jìn)行培養(yǎng)以保證光照強(qiáng)度和性質(zhì)與實(shí)際水體光照條件接近，現(xiàn)場(chǎng)記錄溫度、光照等參數(shù)。光-微生物依次降解培養(yǎng)為實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)箱恒溫條件下(25 ℃)進(jìn)行的培養(yǎng)。培養(yǎng)第0、3、5、8和 12 d分別取各培養(yǎng)體系樣品。

圖1 長江口不同來源溶解有機(jī)質(zhì)的取樣和光/微生物降解培養(yǎng)站位Fig.1 Sampling and photo-/microbial degradation incubation stations of dissolved organic matter from different sources in Changjiang estuary

所取水樣立即用GF/F 濾膜(0.7 μm，Whatman UK)過濾，然后分裝于入40和60 mL的棕色色譜瓶中，分別用于測(cè)定CDOM、DOC和TDAA等參數(shù)。其中，用于測(cè)定CDOM的水樣0～4 ℃保存，用于DOC和TDAA測(cè)定的水樣在-20 ℃下保存。所有的棕色色譜瓶和玻璃濾器在使用前，都先經(jīng)過鹽酸浸泡 24 h，然后用Milli-Q清洗3～6次，再在馬弗爐中450 ℃下灼燒4 h。玻璃濾膜使用前在馬弗爐中450 ℃下灼燒4 h。

1.2 樣品分析方法

DOC是用高溫催化氧化(HTCO)方法進(jìn)行測(cè)定[13]，所用儀器是日本島津公司的TOC-VCPH型TOC分析儀。將過濾后的水樣加入6 mol·L-1的鹽酸酸化到pH為2左右，然后用高純氧除去無機(jī)碳，進(jìn)樣后在溫度為680～700 ℃和以Pt/Al2O3作催化劑的條件下，將有機(jī)碳氧化成CO2分析測(cè)定。每個(gè)樣品平行進(jìn)樣3～5次保證分析誤差通常低于2%。

CDOM樣品從冷藏室取出后，首先避光自然恢復(fù)至室溫，然后經(jīng)孔徑 0.2 μm 的聚碳酸酯濾膜(Millipore)再次過濾方可用于測(cè)定。CDOM測(cè)定儀器為日本島津公司3600 Plus型紫外可見雙光束分光光度計(jì)，將過濾后的水樣置于 10 cm石英比色皿，Milli-Q水作為空白參比，在 250～800 nm波長下掃描測(cè)定[14]。

表1 長江口光/微生物降解培養(yǎng)試驗(yàn)設(shè)置

總?cè)芙獍被?TDAA)應(yīng)用鄰苯二甲醛(OPA)柱前衍生法進(jìn)行測(cè)定[15]。所用儀器為美國安捷倫公司的1260型高效液相色譜儀，檢測(cè)器為熒光檢測(cè)器，其激發(fā)波長和發(fā)射波長分別設(shè)定為330和450 nm，檢測(cè)的精密度為3%～5%。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氨基酸樣品的保留時(shí)間確定氨基酸種類，而根據(jù)氨基酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線和樣品峰面積可以定量的計(jì)算氨基酸濃度，共測(cè)定13種氨基酸，分別為Asp(天冬氨酸)、Glu(谷氨酸)、Ser(絲氨酸)、His(組氨酸)、Arg(精氨酸)、Gly(甘氨酸)、Thr(蘇氨酸)、Ala(丙氨酸)、Tyr(酪氨酸)、Val(纈氨酸)、Phe(苯丙氨酸)、Ile(異亮氨酸)和Leu(亮氨酸)。

1.3 數(shù)據(jù)處理和特征參數(shù)計(jì)算方法

CDOM在350 nm波長處具有最高的吸收率[16]，因此通常用在波長350 nm處的吸收系數(shù)(a350)表征CDOM濃度。a350可根據(jù)公式(1)計(jì)算[17]：

aλ=2.303Aλ/L。

(1)

其中：Aλ為吸光度；λ為波長；L為比色皿長度。

光譜斜率(S)可以指征DOM平均分子量的大小，其值與DOM的加權(quán)平均分子量呈負(fù)相關(guān)[18]。 S可由公式(2)計(jì)算[17]：

aλ=aλ0eS(λ0-λ)。

(2)

aλ和aλ0分別為水樣在波長λ和λ0處的吸收系數(shù)，而在本研究中所使用的光譜斜率范圍為275～295 nm，即 S275-295。

TDAA(%DOC)為總?cè)芙鈶B(tài)氨基酸的碳摩爾占比，其值可用于表示DOM被微生物可利用性程度的高低，其值越大，DOM的微生物可利用性越高。TDAA(%DOC)根據(jù)公式(3)計(jì)算[19]：

TDAA(%DOC)=(TDAA-C)/DOC×100%。

(3)

2 結(jié)果與分析

2.1 不同來源DOC組成和光學(xué)特征

A1、B1和C1的鹽度分別為0.01、17.34和33.25，根據(jù)長江口水體分區(qū)[20], 分屬于河口端、混合區(qū)和外海區(qū)，其水文和化學(xué)參數(shù)相差較大(見表2)。A1、B1和C1站位水體DOC的初始濃度依次減小，分別為149.75、113.40和94.52 μmol·L-1，與Yu等[20]的報(bào)道結(jié)果基本一致。CDOM光學(xué)特征參數(shù)a350值從陸源到海源減小。其中A1站位CDOM的a350值為2.04 m-1，呈現(xiàn)出顯著的陸源特征[21]；C1站位a350值為0.27 m-1，呈現(xiàn)出明顯的海源特征[22-23]。

表2 長江口培養(yǎng)站位的水文與化學(xué)參數(shù)

TDAA的濃度從陸源到海源減小，但不同來源TDAA的構(gòu)成有所差異(見圖2)。對(duì)于A1站位，其中Gly摩爾占比最高，達(dá)到33%；然后依次為Ala、Asp，摩爾占比在10%以上，再次為Glu、Thr、Ser、Phe、Leu，摩爾占比在5%～10%之間，其余氨基酸摩爾占比較低，不足5%，表明該站位具有明顯的陸源DOM特征[24]。對(duì)于C1站位，盡管Gly摩爾占比最高，為17%，但遠(yuǎn)低于陸源DOM；其次為Ser、Thr、Leu、Val、His、Ile，摩爾占比在5%～10%之間，其余氨基酸摩爾占比較低，不足5%，表明該站位具有顯著的浮游植物自生的海源DOM特征[25]。 對(duì)于B1站位，Gly在TDAA中的摩爾占比則介于陸源DOM和海源DOM之間，具有混合源的特征。

2.2 光化學(xué)/微生物降解過程中DOC濃度和組成及特征光學(xué)參數(shù)的變化

2.2.1 培養(yǎng)期間光照和溫度等環(huán)境因子的變化 船基不同來源DOM的光降解、微生物降解、光-微生物聯(lián)合降解培養(yǎng)試驗(yàn)在8月9～21日進(jìn)行，溫度為23～27 ℃，在午間(10:00～15:00)光照強(qiáng)度和光合有效輻射(PAR)分別保持在100 000～160 000lux和949～1 440 μmol·m-2·s-1之間。隨后在8月22日～9月3日進(jìn)行的光-微生物依次降解培養(yǎng)周期內(nèi)，溫度基本保持在(25±1) ℃。

圖2 長江口陸源、混合源和海源溶解有機(jī)質(zhì)中氨基酸摩爾占比Fig.2 The molar ratio of amino acids in the terrestrial, mixed and marine dissolved organic matter of the Changjiang estuary

2.2.2 DOC濃度變化 長江口不同培養(yǎng)試驗(yàn)體系中DOC變化如圖3所示。對(duì)于光降解培養(yǎng)體系，在12 d的光照試驗(yàn)中，陸源DOC濃度均值從149.75 μmol·L-1降低到138.38 μmol·L-1，降解率為(7.6±5.2)%；而海源和混合源的DOC濃度在整個(gè)培養(yǎng)試驗(yàn)周期中變化不大。對(duì)于微生物降解培養(yǎng)體系，陸源、混合源和海源DOC都發(fā)生明顯降解，降解率依次增大，分別為(3.8±2.0)%、(17.4±7.8)%和(17.5±4.3)%。對(duì)于光-微生物聯(lián)合降解培養(yǎng)體系，混合源DOC濃度明顯降低，降解率為(10.2±2.0)%；海源和陸源DOC濃度則沒有呈現(xiàn)明顯變化。對(duì)于光-微生物依次降解培養(yǎng)體系，陸源、混合源和海源DOC濃度均明顯降低，降解率依次為8.5%、7.0%和6.7%。

(“PD”和 “BD”分別表示光降解體系和微生物降解體系；“PD+BD”表示光-微生物聯(lián)合降解體系；“PD→BD”表示光-微生物依次降解體系?！癙D” and “BD” stand for photodegradation system and microbial degradation system, respectively; “PD+BD” represents a synchronous system of photo-and microbial degradation.“PD→BD” represents the sequential system of photo-and microbial degradation.)

2.2.3 CDOM特征參數(shù)的變化 不同培養(yǎng)試驗(yàn)體系中a350值的變化如圖4所示。對(duì)于光降解培養(yǎng)體系，陸源、混合源和海源的a350值均隨著培養(yǎng)時(shí)間增加顯著下降，表明各培養(yǎng)體系中CDOM發(fā)生顯著降解。其中，陸源CDOM降解率最高，達(dá)到(70.2±1.6)%，混合源和海源的CDOM降解率相近，分別為(48.8±4.8)%和(46.2±1.7)%；光-微生物聯(lián)合降解培養(yǎng)體系中a350變化與光降解培養(yǎng)體系相似，陸源、混合源和海源CDOM的降解率依次降低，分別為(70.3±1.6)%、(52.8±7.1)%和(26.8±14.8)%。與光降解培養(yǎng)體系和光-微生物聯(lián)合降解培養(yǎng)體系不同，對(duì)于微生物降解和光-微生物依次降解培養(yǎng)體系，無論是陸源，還是混合源和海源，其a350值沒有明顯降低，表明CDOM濃度也未明顯變化趨勢(shì)。

(“PD”和 “BD”分別表示光降解體系和微生物降解體系；“PD+BD”表示光-微生物聯(lián)合降解體系；“PD→BD”表示光-微生物依次降解體系?！癙D” and “BD” stand for photodegradation system and microbial degradation system, respectively; “PD+BD” represents a synchronous system of photo-and microbial degradation.“PD→BD” represents the sequential system of photo-and microbial degradation.)

進(jìn)一步分析不同培養(yǎng)體系中CDOM的特征光譜參數(shù)S275-295的變化(見圖5)?？梢钥闯觯瑢?duì)于光降解和光-微生物聯(lián)合降解培養(yǎng)體系，隨著CDOM濃度下降，陸源、混合源、海源的CDOM光譜斜率S275-295均明顯上升，表明這些體系中DOM的分子量顯著降低；對(duì)于微生物降解和光-微生物依次降解培養(yǎng)體系，不同來源的CDOM光譜斜率S275-295值均無明顯的變化，表明這兩個(gè)培養(yǎng)體系中DOM分子量未發(fā)生顯著變化。

(“PD”和 “BD”分別表示光降解體系和微生物降解體系；“PD+BD”表示光-微生物聯(lián)合降解體系；“PD→BD”表示光-微生物依次降解體系?！癙D” and “BD” stand for photodegradation system and microbial degradation system, respectively; “PD+BD” represents a synchronous system of photo-and microbial degradation.“PD→BD” represents the sequential system of photo-and microbial degradation.)

2.2.4 氨基酸構(gòu)成和濃度的變化參數(shù) 不同培養(yǎng)體系中氨基酸濃度的變化如圖6所示。對(duì)于光降解培養(yǎng)體系，陸源、混合源和海源DOM中TDAA濃度都有所降低，降解率分別為27.8%、9.3%和16.2%，TDAA的降解主要發(fā)生在3～8 d，即培養(yǎng)周期的中后期。對(duì)于微生物降解培養(yǎng)體系，陸源、混合源、海源DOM中的TDAA降解率明顯高于光降解培養(yǎng)體系，分別為25.5%、24.4%和40.3%， TDAA的降解主要發(fā)生在培養(yǎng)前期，即0～5 d內(nèi)。對(duì)于光-微生物聯(lián)合降解培養(yǎng)體系，僅有海源DOM中的TDAA濃度明顯降低，降解率為42.4%，而陸源和混合源DOM中的TDAA濃度則未明顯降低。對(duì)于光-微生物依次降解培養(yǎng)體系，陸源、混合源和海源DOM中的TDAA濃度也都顯著降低，降解率分別為46.3%、33.6%和19.9%。

不同培養(yǎng)體系中TDAA(%DOC)的變化特征基本上與TDAA相似(見圖7)。對(duì)于光降解、微生物降解和光-微生物依次降解培養(yǎng)體系，隨著培養(yǎng)時(shí)間增長，陸源、混合源、海源的TDAA(%DOC)均明顯降低。光-微生物聯(lián)合降解培養(yǎng)體系中，陸源和混合源DOM中的TDAA(%DOC)值無明顯變化，而海源DOM中TDAA(%DOC)值則明顯下降。

(“PD”和 “BD”分別表示光降解體系和微生物降解體系；“PD+BD”表示光-微生物聯(lián)合降解體系；“PD→BD”表示光-微生物依次降解體系?！癙D” and “BD” stand for photodegradation system and microbial degradation system, respectively; “PD+BD” represents a synchronous system of photo-and microbial degradation.“PD→BD” represents the sequential system of photo-and microbial degradation.)

(“PD”和 “BD”分別表示光降解體系和微生物降解體系；“PD+BD”表示光-微生物聯(lián)合降解體系；“PD→BD”表示光-微生物依次降解體系?！癙D” and “BD” stand for photodegradation system and microbial degradation system, respectively; “PD+BD” represents a synchronous system of photo-and microbial degradation.“PD→BD” represents the sequential system of photo-and microbial degradation.)

進(jìn)一步分析不同培養(yǎng)體系中氨基酸構(gòu)成變化(見圖8)。對(duì)于微生物降解培養(yǎng)體系，陸源和海源的TDAA中Gly摩爾占比上升，Glu、Thr、Val的摩爾占比下降。對(duì)于光降解培養(yǎng)體系，陸源和混合源的TDAA中Phe摩爾占比出現(xiàn)明顯的下降。

(“PD”和 “BD”分別表示光降解體系和微生物降解體系；“PD+BD”表示光-微生物聯(lián)合降解體系；“PD→BD”表示光-微生物依次降解體系?！癙D” and “BD” stand for photodegradation system and microbial degradation system, respectively; “PD+BD” represents a synchronous system of photo-and microbial degradation.“PD→BD” represents the sequential system of photo-and microbial degradation.)

3 討論

3.1 不同來源溶解有機(jī)質(zhì)的光降解和微生物降解及影響因素

長江口為典型的大河控制下的河口區(qū)域。本研究培養(yǎng)試驗(yàn)在長江口所采集的A1和C1站位的水樣中DOM具有明顯的陸源和海源特征，而B1站位DOM則既受到陸源又受到海源的影響，可以作為混合源。不同來源DOM對(duì)光化學(xué)降解和微生物降解作用的敏感性不同，這與其化學(xué)構(gòu)成密切相關(guān)。

對(duì)于陸源DOM，DOC的光降解明顯高于微生物降解，表明陸源DOM對(duì)光降解更為敏感，這與Amon和Benner[4]在亞馬遜河的研究結(jié)果一致。在12 d光照過程中，約70%陸源CDOM被移除，遠(yuǎn)高于DOC的移除比例，表明在光降解中CDOM是被主要移除組分。這是由于陸源河流DOM主要來自土壤中老化的維管植物的被分解物[26]，已經(jīng)經(jīng)過長時(shí)間的礦化作用，殘留物以難被微生物降解的芳香族化合物為主，如木質(zhì)素、腐殖質(zhì)等，這些物質(zhì)具有苯環(huán)及共軛結(jié)構(gòu)等光敏基團(tuán)，易吸收紫外光而發(fā)生光化學(xué)漂白。光降解過程中，光輻射能夠破壞CDOM 的高分子聚合結(jié)構(gòu)，使其裂解形成小分子量化合物或者分解為無機(jī)物，如CO、CO2等[27]。Spencer等[28]在剛果河57 d的長期光降解實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，CDOM降解主要發(fā)生在0～15 d，之后隨降解周期增長略有增大，最終約85%～95%的CDOM被光解，表明CDOM的光降解率與培養(yǎng)時(shí)間密切相關(guān)。在陸源DOM光降解過程中，除CDOM外，氨基酸構(gòu)成和含量也發(fā)生明顯變化，約有28%的TDAA被降解，證明氨基酸也對(duì)光降解敏感。其中，具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的Phe是CDOM重要組分，其摩爾占比下降顯著，表明在光照過程中Phe吸收紫外線而被降解[2]。

對(duì)于海源DOM，DOC的微生物降解明顯高于光降解，表明海源DOM對(duì)微生物降解更為敏感。海源DOM主要來主自于細(xì)菌分解顆粒有機(jī)物(如衰敗后的藻類細(xì)胞、藻類排泄物等)及浮游植物的初級(jí)生產(chǎn)[29]，含有較多的氨基酸和碳水化合物，芳香性類化合物含量較低[30]，不易發(fā)生光化學(xué)降解[31]但易被微生物降解。在12 d的微生物降解培養(yǎng)中，(17.5±4.3)%的海源DOC被降解，與Gan等[32]在長江羽狀流區(qū)進(jìn)行的DOM微生物降解結(jié)果基本一致，表明海源DOM具有較高的微生物可利用性。在12 d的培養(yǎng)周期中，TDAA的降解率高于DOC，TDAA(%DOC)的值持續(xù)減小，這與張桂成[33]在長江口的DOC微生物降解試驗(yàn)結(jié)果一致，表明氨基酸作為DOM中易被降解組分，較其他組分優(yōu)先被微生物利用。TDAA中Gly摩爾占比高于降解前，表明Gly相對(duì)于其它氨基酸難于降解而相對(duì)被富集，這是由于Gly為革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁的重要組成成分[34]，難于被微生物所降解[35]；而Glu、Thr、Val摩爾占比低于降解前，表明這類氨基酸相對(duì)易被微生物降解移除，這與Cowie 和 Hedges[36]研究結(jié)果基本一致。

對(duì)于混合源的DOM，其組成兼具海源和陸源特征，發(fā)生明顯的光化學(xué)降解和微生物降解。其中，微生物降解培養(yǎng)體系中，混合源DOC降解率與海源接近，TDAA(%DOC)顯著降低，表明微生物降解是混合源DOM的重要去除過程。這是由于長江口富營養(yǎng)化嚴(yán)重，初級(jí)生長力旺盛[37]，新鮮生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)占比較高，易于被微生物降解。在光降解培養(yǎng)體系中，雖然混合源DOC總濃度未明顯降低，但a350顯著減小，表明CDOM被降解；另外，S275-295值增大，表明光化學(xué)作用可將大分子量的DOM轉(zhuǎn)化為小分子的有機(jī)質(zhì)。從氨基酸構(gòu)成看，與陸源類似，Phe摩爾占比下降，表明光化學(xué)反應(yīng)可以優(yōu)先移除芳香氨基酸。

3.2 DOM光化學(xué)/微生物降解過程間的相互作用(DOM光降解作用對(duì)微生物降解作用的影響)

實(shí)際海水中，DOM同時(shí)經(jīng)歷光化學(xué)和微生物轉(zhuǎn)化及降解作用。兩者在DOM降解中存在相互競(jìng)爭或協(xié)同的關(guān)系。這與DOM的來源和溫度光照等環(huán)境因子密切相關(guān)。

本研究中，對(duì)于光-微生物聯(lián)合降解培養(yǎng)體系，陸源和海源DOC濃度未明顯降低，而混合源的DOC降解明顯低于單獨(dú)的微生物降解培養(yǎng)體系，表明此體系中，DOM的微生物降解被光化學(xué)反應(yīng)所抑制，這與Benner和Biddanda[11]的研究結(jié)果基本一致。這一方面是由于日光中UV-B輻射會(huì)損傷水體中微生物[38]；另一方面，光化學(xué)降解產(chǎn)生的活性氧物質(zhì)直接損害生物的細(xì)胞膜，從而降低微生物活性[39]。與單獨(dú)的光降解培養(yǎng)體系相似，不同來源DOM的光-微生物聯(lián)合降解培養(yǎng)體系中CDOM濃度顯著下降，分子量明顯降低，表明光化學(xué)作用可以將DOM大分子有機(jī)物降解成小分子有機(jī)物。同時(shí)，海源的DOM中TDAA濃度在光-微生物聯(lián)合降解培養(yǎng)過程中大幅下降，表明海源TDAA等具有高微生物可利用性，即使微生物在光抑制下，也可以利用和降解。Matallana-Surget等[40]發(fā)現(xiàn)海洋表層細(xì)菌對(duì)紫外線有較強(qiáng)的抵抗力，在光照下仍具有一定的活性。

對(duì)于光-微生物依次降解培養(yǎng)體系，陸源和混合源的DOM中CDOM含量及DOM分子量大大降低， TDAA的降解率大大高于微生物降解培養(yǎng)體系，表明光化學(xué)過程與微生物過程對(duì)DOM的降解具有協(xié)同作用。陸源DOM含有大量對(duì)光敏感的芳香族化合物，經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)可以轉(zhuǎn)化成易被生物利用的小分子有機(jī)物，光化學(xué)轉(zhuǎn)化促進(jìn)了陸源DOM的微生物降解作用。這與Obernosterer 和 Benner[5]在石壁濕地的研究結(jié)果基本一致，他們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)后，陸源DOC微生物可利用性提高了7%。對(duì)于光-微生物依次降解培養(yǎng)體系中海源的DOM，由于CDOM含量低，對(duì)光化學(xué)轉(zhuǎn)化和降解并不敏感，光化學(xué)作用并未促進(jìn)DOM的微生物降解。

上述分析表明，光化學(xué)作用對(duì)DOM的微生物降解作用存在雙重作用[12, 41]，一方面光化學(xué)過程能將大量的難以被微生物降解的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成小分子化合物促進(jìn)微生物降解；另一方面光化學(xué)過程中的紫外輻射和所生成的光活性自由基對(duì)微生物種群和豐度又具有抑制作用。光化學(xué)過程和微生物過程對(duì)DOM降解是相互抑制還是協(xié)同作用，不僅與DOM的來源和組成密切相關(guān)，而且與光化學(xué)-微生物作用方式密切相關(guān)。在實(shí)際河口區(qū)的表層水體中，光化學(xué)作用和微生物作用是同步發(fā)生同時(shí)進(jìn)行的。隨鹽度梯度增大，不僅DOM的來源和組成變化顯著改變，而且水體中顆粒物組成和含量、微生物種群和豐度等也會(huì)顯著不同。這對(duì)DOM的光/微生物降解作用都有重要影響。其中，對(duì)于水體中顆粒物，隨含量增大，會(huì)通過散射、吸收等過程減小水體中光透射率，在降低DOM的光化學(xué)作用的同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致表層水體中紫外線殺菌作用的減弱。需要將現(xiàn)場(chǎng)受控培養(yǎng)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果密切結(jié)合，進(jìn)一步深入分析DOM的光/微生物降解作用及機(jī)制。

4 結(jié)論

(1)不同來源DOM對(duì)光化學(xué)降解和微生物降解作用的敏感性不同，這與其化學(xué)構(gòu)成密切相關(guān)。陸源DOM因富含難被微生物降解的芳香族化合物，易發(fā)生光降解而難微生物降解；海源DOM含有較多的氨基酸和碳水化合物，芳香性類化合物含量較低，易被微生物降解而難光降解；混合源DOM組成兼具陸、海源特征，光化學(xué)過程和微生物過程對(duì)其轉(zhuǎn)化降解作用都較為明顯。

(2)光化學(xué)過程和微生物過程同步作用體系中，陸源、混合源、海源DOM微生物降解被光化學(xué)反應(yīng)抑制，這主要是由于光化學(xué)過程中的紫外輻射和所生成的光活性自由基抑制了微生物活動(dòng)。光化學(xué)作用然后微生物降解體系中，光化學(xué)反應(yīng)先將陸源和混合源中的大分子有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成易被生物利用的小分子有機(jī)物，促進(jìn)了DOM的微生物降解作用，二者對(duì)DOM的降解具有協(xié)同作用。

致謝：感謝趙美訓(xùn)教授提供這次長江口共享航次，讓我們有機(jī)會(huì)進(jìn)行樣品采集和培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)；感謝潘曉駒老師和張亞龍同學(xué)在測(cè)定CDOM時(shí)提供的幫助和支持。