中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室俞文正研究组在土壤溶解性有机质环境效应方面取得重要进展，相关成果以“Spatial patterns and environmental functions of dissolved organic matter in grassland soils of China”为题，发表于Nature Communications期刊。
土壤溶解有机质（DOM）是土壤生态系统中最易变和流动性最强的有机碳组分，其与生态系统碳循环、水环境乃至饮用水密切关联。草地土壤约占中国国土面积的40%，在全国尺度草地土壤溶解有机质的地球化学特征及其潜在环境影响目前尚不清楚。本研究从中国 30 个省份采集了共 89 个旱季草地土壤样本，并对DOM的数量、分子组成及消毒副产物生成势进行了分析。
研究结果发现草地土壤是巨大的DOM库，但中国南北地区草地土壤的DOM 地球化学性质存在差异（图1）。南方地区蛋白类组分 (Protein-like) 和小分子组分 (<1.2 kDa) 的比例高于北方地区；北方地区腐殖酸类组分（Humic-like）和大分子组分 （3.4-25 kDa）的比例高于南方地区；而西部地区，尤其是亚洲水塔区域（青藏高原），DOM具有较高的氯反应活性。
图1. 中国草地土壤溶解性有机质的组成差异
中国南北地区草地土壤DOM在当地生态系统和环境过程中扮演不同的角色（图2）。3.4-25 kDa 和腐殖类组分与土壤呼吸作用和生态系统净生产力呈负相关，在中国北方有助于抑制碳排放并保留生态系统生产力，而1.2 kDa 和蛋白质类组分在中国南方地区作用与之相反。回归分析和偏最小二乘路径模型结果表明，低分子量和蛋白类组分与当地鼻咽癌发病率和死亡率存在显著的统计相关性（P < 0.01），而高分子量和腐殖类组分与胰腺癌发病率和死亡率存在显著的统计相关性（P < 0.05）。而且，草地土壤DOM的分子组成与当地饮用水水水质存在显著相关性，因而土壤DOM可能通过饮用水与人体健康产生联系。需要指出的是，本研究仅强调土壤DOM与人体健康的潜在关系，不能由此推断其是致病因子。
图2. 溶解有机质的组成与生态系统交换和人类健康之间的联系
本研究构建了土壤-水源水-饮用水/人类健康间的联系，为了解土壤 DOM 对当地和下游水环境及饮用水安全的潜在影响提供了新视角。从可持续发展的角度出发，本研究呼吁应通过生态管理或工程措施最大限度地减少土壤 DOM 在更广泛的生态系统和过程中的不利影响，包括采用针对性的工艺去除相关的有害化合物以及防止有害产物（如消毒副产物）的产生。此外，DOM与癌症病例之间的联系有助于进一步识别环境中对人体健康不利的风险因子。
该论文的第一作者为直博生周鹏，通讯作者为俞文正研究员、耶鲁大学Menachem Elimelech教授和厦门大学吕永龙教授。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50745-8
环境水质学国家重点实验室
2024年7月30日