武汉工程-李思悦团队-ACS ES&T Water||DOM荧光引爆湖泊富营养化诊断革命!31个亚热带城市湖泊488样本大数据破解营养状态密码

导语：近期，ACS ES&T Water（IF=4.3，JCR一区）近日发表一项题为“Fluorescence as an Indicator of Dissolved Organic Matter Sources in 31 Subtropical Urban Lakes at the Lower Yangtze River”的论文，通过荧光光谱与机器学习技术系统解析亚热带浅水湖泊溶解性有机质（DOM）来源与营养状态关联机制。

摘要：本研究针对武汉城市群31个亚热带浅水湖泊，在冷干季和暖湿季采集488个水样，采用激发-发射矩阵平行因子分析（EEM-PARAFAC）和机器学习技术，揭示DOM荧光特性与营养状态的关联规律。研究发现湖泊DOM以自源为主，暖湿季外源贡献显著增加（p<0.001）。色氨酸类组分C1在冷干季占比更高（21.72% vs 19.96%），而酪氨酸类C2和陆源腐殖质类C4在暖湿季更丰富（29.30% vs 27.69%；18.10% vs 16.67%）。营养状态指数与微生物腐殖质类、色氨酸类DOM组分及新鲜度指数（β:α）显著相关。XGBoost模型预测精度达R²=0.87-0.92，证实DOM荧光特征可有效指示湖泊营养状态，为富营养化治理提供新指标。

亮点

• 自源DOM主导湖泊，暖湿季外源贡献增

• 机器学习模型预测营养状态

• 荧光指数成富营养化新型指示剂

• 亚热带浅水湖泊DOM动态机制揭秘

文中图片一览

图 1. 中国中部武汉都市圈 31 个研究湖泊的地理位置。

图 2. 31 个研究湖泊在冷干季和暖湿季的水体理化参数及营养状态。

图 3. 中国武汉 31 个湖泊在冷干季和暖湿季的溶解性有机质（DOM）荧光光谱特征。

图 4.中国武汉 31 个湖泊水体中的 DOM 成分。

图 5. 开发的极端梯度提升（XGBoost）模型的性能。

作者简介

第一作者：Ping Jiang，武汉工程大学环境生态与生物工程学院研究生，主要研究方向为水环境地球化学、溶解性有机质生物地球化学循环。在Water Research等期刊发表论文多篇。

通讯作者：李思悦，武汉工程大学环境生态与生物工程学院教授，博士生导师，副院长。湖北省“楚天学者计划特聘教授”。其研究聚焦流域生态学、水环境地球化学及环境科学领域，核心方向包括河流-水库生物地球化学过程、内陆水体溶存性温室气体产生机制与调控、变化环境下流域生态水文过程及碳中和策略等。先后主持中国科学院“百人计划（A类）”择优项目、国家自然科学基金青年，面上项目，科技部基础性工作专项课题等国家级及省部级项目多项。在 Global Change Biology、Water Research、Journal of Hazardous Materials 等期刊发表论文百余篇，其中ESI高被引论文5篇、热点论文1篇；获湖北省科技进步二等奖及三等奖各1项。兼任中国科学院水库水环境重点实验室副主任，2020年入选全球前2%顶尖科学家“年度影响力”榜单。

声  明