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Han Lei、Hu Ang、Hellen Lucas Mzuka、Chen Xingting、Shen Ji和Wang Jianjun等作者，分别来自中国科学院南京地理与湖泊研究所（State Key Laboratory of Lake and Watershed Science for Water Security, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences）和南京大学地理与海洋科学学院（School of Geography and Ocean Science, Nanjing University）。该研究发表于2025年的Journal of Earth Science（在线发表），标题为《Molecular Properties of Dissolved Organic Matter Across Earth Systems: A Meta-Analysis》。论文链接为：https://doi.org/10.1007/s12583-024-0061-9。
学术背景
溶解有机质（Dissolved Organic Matter, DOM）是地球上最大的活性碳库之一，在多种生物地球化学过程和生态系统功能中起关键作用。然而，DOM的分子特性（如分子量、化学计量比和氧化状态）及其在陆地和水生系统中的关联性仍缺乏全球尺度的系统性研究。此前的研究多集中于单一生态系统（如冰川、海洋、河流或土壤），而DOM的特性受来源和环境条件（如温度、pH和气候极端事件）的显著影响。因此，本研究通过整合全球2,707个站点的数据（来自204篇文献），分析了DOM的四个代表性分子指标——分子质量（mass）、双键当量（Double Bond Equivalent, DBE）、修正芳香性指数（Modified Aromaticity Index, AImod）和碳名义氧化状态（Nominal Oxidation State of Carbon, NOSC），旨在揭示DOM分子特性在全球生态系统中的分布规律及其环境驱动因素。
研究流程
数据收集与筛选
- 通过Google Scholar和Web of Science检索关键词“organic matter”“FT-ICR MS”和“Van Krevelen”，筛选截至2022年6月的文献。
- 筛选标准包括：（1）需提供DOM的分子指标加权均值（H/C、O/C、mass、DBE、AImod、NOSC）；（2）需有傅里叶变换离子回旋共振质谱（Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry, FT-ICR MS）原始数据；（3）研究对象为自然生态系统中的DOM。最终纳入204篇文献的2,707个样本。
数据处理与分析
- 分子指标计算：基于FT-ICR MS数据，计算DOM的分子质量（mass）、DBE、AImod和NOSC等指标。其中，H/C和DBE反映分子饱和度，O/C和NOSC反映氧化状态。
- 环境变量提取：从WorldClim数据库获取每个站点的生物气候变量（如年均温、降水季节性等）和环境参数（pH等）。
- 统计分析：采用主成分分析（PCA）解析DOM分子指标的主要变异维度；通过随机森林模型（Random Forest）评估环境变量对DOM特性的相对重要性；使用线性混合模型（Linear Mixed Model）分析固定效应（如气候和地理变量）和随机效应（如研究样本差异）。
主要结果
DOM分子特性的系统间差异
- 水生系统中DOM的分子质量（m/z = 425）、DBE（均值10）和AImod（均值0.36）显著高于陆地系统。河流沉积物的分子特性值最高（mass = 447, DBE = 12, AImod = 0.46）。
- 氧化状态（NOSC）在废水中最高（NOSC = 0.226 ± 0.06），其次是海水（NOSC = 0.133 ± 0.06）。
分子指标间的关联性
- DBE和AImod与H/C呈显著负相关，表明不饱和度和芳香性与DOM的生物稳定性相关。
- 在陆地系统中，分子质量与氧化状态（如NOSC和O/C）的正相关性更强，而NOSC与生物可利用性指标（如DBE和AImod）的关系更显著。
纬度分布模式
- 水生系统中，DBE和AImod在30°–50°中纬度区域呈“驼峰形”分布，表明不饱和性和芳香性在此达到峰值。NOSC则随纬度升高单调增加。
- 陆地系统中，AImod随纬度升高单调下降，反映高纬度地区DOM的芳香性降低。
环境驱动因素
- 年均温和pH对DOM分子特性的影响最为显著。例如，酸性环境促进氧化不饱和化合物（如芳香族和羧酸类）的富集。
- 极端气候事件（如洪水或干旱）通过改变水文停留时间影响DOM的转化速率。
结论与意义
科学价值
- 首次在全球尺度上系统性揭示了DOM分子特性的空间分布规律，阐明了其与气候和地理变量的关联性。
- 提出中纬度水域是DOM不饱和性和芳香性的热点区域，为理解碳循环的区域差异提供了新视角。
应用价值
- 研究结果可用于预测气候变化下DOM生物地球化学过程的响应，例如升温可能导致高纬度DOM氧化程度增加。
- 为废水处理和水环境管理（如污染物降解效率优化）提供分子层面的理论依据。
研究亮点
创新性方法
- 采用负离子模式电喷雾电离FT-ICR MS（Negative-ion ESI FT-ICR MS）统一数据标准，减少质谱仪差异的干扰。
- 结合PCA和随机森林模型，量化了环境变量对DOM特性的相对贡献。
重要发现
- 揭示了DOM分子特性在中纬度水域的“驼峰形”分布规律，填补了全球DOM地理格局研究的空白。
- 明确了pH和极端气候对DOM氧化状态的关键调控作用。
其他价值
研究数据通过补充材料公开（ESM I–II），包括样本分布图（图S1–S3）和统计表格（表S1–S4），为后续研究提供了可扩展的分析框架。此外，论文提出了DOM分子特性与微生物代谢途径的潜在关联（如高NOSC DOM可能更易被降解），为未来研究指明了方向。
以上报告涵盖了研究的背景、方法、结果及其意义，适合向学术同行介绍该研究的核心贡献。