近期，西北农林科技大学水土保持科学与工程学院（水土保持研究所）王浩副教授在降雨-径流过程中生物结皮层溶解性有机质（DOM）流失规律、微生物迁移特征及二者关系方面取得系列进展。研究成果先以“The loss of dissolved organic matter from biological soil crust at various successional stages under rainfall of different intensities: Insights into the changes of molecular components at different rainfall stages”为题发表于 Water Research 期刊，该论文系统分析了不同降雨强度及历时下，不同演替阶段生物结皮层DOM随地表径流的迁移流失特征。王浩副教授为论文第一作者，西北农林科技大学资源环境学院李明教授和香港科技大学何丁教授为通讯作者，水保学院王健教授、张庆玮副教授等参与了该项研究。

在此基础上，王浩副教授研究团队进一步针对降雨-径流过程中微生物的迁移特征及其与DOM的联系展开系统探究，并先后发表于 Journal of Hydrology 、 Catena 、 Land Degradation & Development  、  Journal of Hydrology: Regional Studies 期刊。研究生陈果为论文第一作者，王浩副教授为通讯作者。

全球干旱半干旱区约占陆地总面积的35%，这些地区虽然年降水量较少，但降雨事件往往集中且强度大，容易形成地表径流。径流在迁移过程中携带大量碳、氮等生源要素进入受纳水体，驱动着重要的物质循环过程。作为土壤有机碳中最活跃的组成部分，DOM通过降雨-径流过程的迁移，直接影响着区域碳平衡。值得关注的是，这些区域的裸露地表在生态恢复过程中会逐渐形成生物结皮：从初期的藻结皮，逐步演替为藻-苔藓混合结皮，最终发展成苔藓结皮。在此过程中，微生物群落通过复杂的代谢活动维持着生态系统的功能稳定性。但目前对于两个关键问题仍缺乏深入认知：生物结皮演替和降雨特征如何影响地表径流中DOM和微生物群落的迁移规律？这些微生物的迁移过程与DOM的动态变化存在怎样的内在联系？

针对上述问题，研究团队结合紫外光谱、荧光光谱及傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）技术，系统分析了不同降雨强度及历时下，不同演替阶段生物结皮覆盖坡面DOM随地表径流的迁移流失特征。同时利用高通量测序技术，从丰度、多样性、群落构建过程、网络复杂度和功能潜力等多方面研究径流中细菌与和原生生物迁移规律，并在此基础上探究了径流中DOM和微生物群落在分子水平上的关联。

研究结果显示：（1）与裸地相比，生物结皮覆盖坡面的地表径流中DOM含量更高，且随生物结皮演替阶段逐渐增高。肽类化合物和不饱和脂肪族化合物较高度不饱和化合物更容易被冲刷流失。降雨历时对DOM分子组成影响显著，降雨初期地表径流中富含高分子量、芳香性强的有机物组分，后期逐步向低分子量、亲水性化合物转变。（2）相比于混合结皮和苔藓结皮覆盖坡面，裸地与藻结皮覆盖坡面的地表径流中微生物丰度与多样性指数表现出截然不同的特征。细菌的网络复杂度在降雨过程中随时间呈显著降低趋势，但随生物结皮的演替阶段增加而增强。相较于裸地，降雨历时对生物结皮覆盖坡面处理下的细菌功能群影响更为明显。降雨-径流过程中不同营养方式的原生生物群落特征也呈现出显著差异。（3）DOM-微生物关联分析显示，径流中DOM所有化合物类或元素组合的成分差异随着生物结皮演替阶段的增加而显著降低，尤其在混合结皮覆盖径流小区中，DOM与细菌群落的协同变化更为强烈。此外，DOM与微生物的相互作用依赖于分子特性：当DOM分子的H/C或O/C比值更接近时，其与微生物类群的相关性亦更为一致。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121719