《Journal of Environmental Management》：River input and algae growth together determine the composition of dissolved organic matter in the large Lake Taihu
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本研究基于太湖及其周边河流同步监测数据，探讨河流输入与藻类生长对DOM组成及含量的协同影响。结果表明，西北河流输入的陆源腐殖质和酪氨酸显著提高西部太湖DOC浓度，而夏季暴雨导致南部Tiaoxi河DOM稀释，南部太湖DOC值较低。藻类生长产生的色氨酸在夏季促使DOC峰值达7.45 mg/L。这些发现揭示河流输入与藻类生长共同驱动DOM动态，对湖泊有机污染管理至关重要。
张晨雪|张飞|严诺晓|邱志强|闫瑶|刘东
中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全科学重点实验室，中国南京，210008
摘要
溶解有机物质（DOM）在湖泊中普遍存在，对维持湖泊生态系统的健康至关重要。对于受降雨和人类活动影响的富营养化湖泊而言，河流输入和藻类生长是DOM的重要来源。基于对中国典型富营养化湖泊太湖及其周边河流的同时监测数据，本研究探讨了这两个过程对DOM组成时空变化的综合影响。结果表明，河流输入具有显著影响。西北部的河流输送了大量的陆源腐殖质和酪氨酸，导致太湖西部溶解有机碳（DOC）浓度升高（5.39 ± 1.86 mg/L）。然而，夏季的强降雨稀释了苕溪河中的DOM含量，使得太湖南部的DOC浓度较低（6.26 ± 0.72 mg/L）。此外，湖泊中的藻类生长可能产生大量的内源性色氨酸。因此，河流输入和藻类生长应共同驱动太湖中的DOM动态变化，使DOC浓度在夏季达到峰值7.45 ± 1.44 mg/L。这些发现强调了需要考虑河流输入和藻类生长的共同影响，以便更好地监测和管理湖泊有机污染。
引言
溶解有机物质（DOM）在湖泊中普遍存在，是湖泊生态系统的重要组成部分（Minor和Oyler，2023）。DOM不仅在这些生态系统中的碳、氮和磷循环中起着关键作用（Zhou等人，2023a），还直接或间接影响湖泊的污染动态（Liang等人，2023）。例如，DOM会影响湖泊生态系统中重金属的吸附和传输（Rehman等人，2023, 2024）。在DOM中，有色DOM（CDOM）能够吸收紫外线-可见光并发生光降解（Vodacek等人，1997；Yamamoto等人，2024），从而影响水的透明度和水生植被的生长。因此，了解DOM的含量和组成对于维持湖泊生态系统的健康至关重要。
DOM由复杂的有机混合物组成，通常通过植物分解或光化学过程产生（Kowalczuk等人，2009；Li等人，2024；Zhang等人，2021）。根据DOM是否从湖泊外部输送，可以将其分为陆源输入和内源性产生两部分（Lü等人，2019）。河流输入通常会将大量陆源DOM输送到湖泊中（Zhang等人，2009）。通过研究碳氮比和光谱特征，Zhang等人（2023）发现湖仑湖82%的DOM是陆源的。此外，河流向湖泊输送的营养物质会导致富营养化，促进藻类生长和内源性DOM的产生（An等人，2024；Zou等人，2020）。因此，河流输入不仅增加了陆源DOM，还促进了内源性DOM的产生。
湖泊富营养化会改变DOM的含量和组成。水体富营养化会加速藻类生长，藻类通过细胞分泌和降解产生DOM（Du等人，2022）。藻类产生的内源性DOM通常具有较高的生物可利用性（Suo等人，2024）。通过结合DOM采样数据和气候实验结果，Zhou等人（2018）发现水体富营养化促进了全球湖泊中DOM的积累。此外，DOM的组成因其来源而显著不同。具体来说，藻类产生的DOM主要由色氨酸组成，而水下大型植物主要产生酪氨酸（Ren等人，2023）。与陆源DOM相比，内源性DOM通常具有较低的碳氮比和较高的生物可利用性（Huang等人，2023）。总之，湖泊富营养化不仅促进了内源性DOM的积累，还改变了DOM的组成，从而导致DOM的时空变化。
目前，已有许多研究探讨了湖泊DOM的时空变化。然而，以往的研究主要集中在河流输入或藻类生长的影响上，对其综合效应的理解有限。具体而言，关于河流输入的研究主要集中在洪水期间河口地区的DOM变化（Zhou等人，2020）；而关于藻类生长的研究则主要分析藻类繁殖阶段的DOM变化（Wang等人，2020；Ye等人，2011）。例如，Zhou等人（2023b）监测了两条流入太湖的大河，在强降雨期间发现大量陆源DOM的输入。Ye等人（2011）在蓝藻爆发后发现，藻细胞裂解产生了大量高分子量的DOM。因此，对河流-湖泊系统进行同步研究以阐明河流输入和藻类生长对湖泊DOM含量和组成的综合影响至关重要。
基于对太湖及其周边河流的同步采样数据，本研究的目标是：（1）在河流输入和藻类生长共同作用下，研究太湖中DOM含量和组成的时空变化；（2）量化河流输入和藻类生长对DOM组成的相对贡献。本研究有望揭示河流输入和藻类生长对湖泊DOM时空变化的共同影响，加深对湖泊DOM动态的理解，并为有机污染管理提供理论基础。
研究区域
太湖位于长江三角洲（图1），是中国第三大淡水湖（2338平方公里）（Lü等人，2019）。其流域的特点是年降水量超过1100毫米，年平均气温为16摄氏度（Guo等人，2015），人口密度较高（Qin等人，2018）。值得注意的是，人口密集的城镇和工业区主要分布在西北部子流域（Yao等人，2011）。此外，该地区有超过200条河流
EEMs-PARAFAC分析结果
根据PARAFAC分析，识别出四种DOM成分（图2）。其中，成分C1（激发/发射波长：275/320纳米）被认定为类似蛋白质的色氨酸物质，主要来源于藻类（Limberger等人，2019）。成分C2和C3的发射波长大于400纳米，被认定为腐殖质物质（Guéguen等人，2015）。具体来说，成分C2（<250/390纳米）被认定为与藻类生长相关的微生物腐殖质（Sondergaard
太湖与其周边河流之间的DOM差异
河流和湖泊在地形、水动力条件和水环境特征方面存在显著差异。在本研究中，河流中的总氮（TN）和总磷（TP）浓度普遍高于湖泊；同样，DOC浓度也表现出这一特征，冬季除外（表S6）。这些结果与其他研究的发现一致。例如，Zha等人（2018）报告称，周边河流的月平均TN和TP浓度较高
结论
本研究系统地分析了在河流输入和藻类生长共同作用下太湖中DOM含量和组成的时空变化。西北部的河流输送了大量陆源DOM，形成了可以扩散到远距离水域的DOM羽流。然而，夏季的强降雨稀释了苕溪河中的DOM含量，导致形成了可以延伸至整个太湖南部的低浓度DOM羽流。
CRediT作者贡献声明
张晨雪：撰写——初稿，可视化，方法学。张飞：撰写——审稿与编辑，正式分析。严诺晓：软件，调查。邱志强：资源，调查。闫瑶：调查，数据管理。刘东：撰写——审稿与编辑，监督，调查，资金获取，概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
感谢湖泊遥感与智能流域研究团队（项目负责人：段洪涛）在野外采样和实验室测量方面的帮助。本研究得到了国家自然科学基金（项目编号#42271376）、江苏省自然科学基金（项目编号#SBK20250100529）和中国科学院青年创新促进会（项目编号#2021313）的支持。
