近日，水保学院王浩副教授在降雨径流过程中农田土壤“明”“暗”溶解性有机质迁移转化机制方面取得新进展。相关研究成果以“Overlooked dark dissolved organic matter reveals the migration and transformation of carbon exports in surface and subsurface flows from cropland during rainfall” 为题，发表于环境领域国际期刊 Water Research。水土保持与荒漠化整治全国重点实验室为第一完成单位，西北农林科技大学水土保持科学与工程学院研究生陈果为论文第一作者，王浩副教授和香港科技大学何丁教授为通讯作者，西北农林科技大学李明、张庆玮、王健等老师共同参与了该项研究。
溶解性有机质（dissolved organic matter, DOM）是土壤有机碳中最活跃、最易迁移的组分之一，也是连接土壤碳库与水环境的重要介质。降雨过程中，农田土壤中的 DOM 可随地表径流快速输出，也可随入渗水分进入壤中流，并经历进一步的土水作用和微生物转化。不同径流路径不仅影响 DOM 的输出量，也决定其分子组成、转化过程及进入下游水体后的潜在环境效应。因此，阐明农田降雨径流过程中 DOM 的迁移转化特征，对于理解农业生态系统碳输出过程、评估农田养分流失和面源污染风险具有重要意义。
近年来，随着傅里叶变换离子回旋共振质谱（Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry, FT-ICR MS）等超高分辨率分析技术的发展，研究者已经能够从分子尺度识别 DOM 的组成特征，为揭示土壤碳迁移和转化过程提供了重要手段。然而，现有研究通常主要关注能够被明确分子式归属的溶解性有机质，即本文所称的“明”溶解性有机质（assigned DOM, ADOM）。相比之下，质谱分析中大量无法在现有分子式规则下准确归属的信号峰，往往被作为“未解析信息”而排除在后续分析之外。这部分“暗”溶解性有机质（dark DOM, DDOM）虽然长期处于研究视野之外，却可能记录着复杂的分子转化、组分混合和微生物作用信息，是理解降雨径流过程中土壤碳输出机制不可忽视的潜在组成部分。
基于此，王浩副教授团队以缓坡耕地降雨径流过程为研究对象，围绕“地表径流和壤中流如何调控土壤 DOM 的分子组成与转化过程”“长期被忽略的 DDOM 是否具有独立的分子生态学信息”以及“DOM 分子组成与多营养级微生物群落之间如何耦合”等科学问题，开展了系统研究。研究团队设置裸地、玉米、马铃薯和大豆等处理，同步采集不同作物生长期降雨过程中的地表径流和壤中流样品，综合采用溶解性有机碳测定、紫外—荧光光谱、FT-ICR MS 超高分辨率质谱和扩增子测序等技术，系统比较了地表径流和壤中流中 ADOM 与 DDOM 的分子组成、化学多样性、组装过程及其与多营养级微生物群落的关联。
研究发现，地表径流和壤中流在 DOM 输出特征上存在明显差异。地表径流更容易快速携带低氧化态、低分子量且相对活性的脂肪族有机组分，反映了降雨过程中表层活性碳的快速释放；壤中流则更倾向于富集分子量较高、氧化程度较高且不饱和特征更强的有机组分，体现了入渗、土水接触和颗粒界面作用对 DOM 组成的进一步调控。
研究进一步表明，DDOM 并非可以忽略的背景信号，而是农田径流 DOM 分子体系中的重要组成部分。与传统可解析的 ADOM 相比，DDOM 具有更高的化学多样性，尤其在壤中流中表现出更丰富的分子组合和更宽的质荷比分布。地表径流和壤中流共享大量 DDOM 分子，但其信号强度在不同分子量区间发生明显偏移，说明 DDOM 能够提供传统 ADOM 难以完全反映的分子尺度信息。在分子组装过程方面，研究发现 ADOM 的组成变化更多受到环境筛选和定向转化过程影响，而 DDOM 则表现出更强的随机过程特征，尤其在壤中流中随机性进一步增强。这说明 DDOM 可能来源于多种非定向转化、分子混合和官能团组合过程，是记录降雨径流过程中复杂碳转化过程的重要分子信息源。
此外，研究还发现 DOM 分子组成与细菌、真菌和原生生物等多营养级微生物群落之间存在显著关联。其中，ADOM 与细菌群落在壤中流中的耦合关系更加紧密，说明细菌可能是农田径流过程中可解析有机质转化的重要参与者；而 DDOM 与微生物群落之间呈现出更加复杂的正、负关联格局，可能反映了共同迁移、资源竞争和多营养级互作等复杂生态过程。
该研究从长期被忽略的“暗”溶解性有机质视角，拓展了对农田降雨径流过程中碳输出的认识。研究表明，如果仅关注传统可解析分子，可能低估农田降雨事件中 DOM 输出的分子多样性和转化复杂性。将 DDOM 纳入农田碳迁移研究框架，有助于更加全面理解降雨驱动下土壤碳迁移转化过程，也可为农业生态系统碳输出评估、农田养分流失识别和面源污染风险评价提供新的分子尺度证据。
该研究得到国家自然科学基金（U25A20812、32425038）、香港特别行政区研究资助局相关项目、深港澳科技计划项目以及香港澳门海洋研究中心（CORE）等项目支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.126051。
图1 不同径流路径中DOM含量、光学性质及ADOM分子组成差异
图2 地表径流和壤中流中DDOM与ADOM的化学多样性和分子组成特征
图3 不同径流路径中ADOM与DDOM核心分子库的组成差异
图4 基于βNTI的ADOM与DDOM分子组装过程分析
图5 DOM 分子组成与多营养级微生物群落组成的耦合关系
图6 ADOM/DDOM与微生物群落的跨域关联网络特征
编辑：王容娜
终审：李小梅
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