水生系统中溶解性有机质(DOM)的时空命运：驱动因素、模式及其对全球碳循环的启示

本研究针对全球变化下溶解性有机质(DOM)动态响应机制不明的科学问题，通过整合50项全球流域数据，结合随机森林(RF)和偏最小二乘结构方程模型(PLS-SEM)，揭示了DOC浓度、a254和HIX的时空分异规律，证实气候、地理和水质（如Chl.a、TN）对DOM质量与数量的直接/间接调控作用，为理解碳"源-汇"转换机制提供了全球尺度证据。

　　

在全球气候变化与人类活动双重压力下，水生系统中的溶解性有机质(DOM)如同一位神秘的"碳信使"，其动态变化直接牵动着全球碳循环的神经。作为连接陆地与海洋碳库的关键载体，DOM通过微生物介导的CH₄
生成和CO₂
矿化等机制，持续调控着温室气体收支平衡。然而，现有研究多局限于单一流域，对全球尺度下DOM时空分异规律及其驱动机制仍缺乏系统认知。更棘手的是，DOM三大关键指标——表征数量的溶解有机碳(DOC)、反映芳香度的吸收系数(a254)，以及指示腐殖化程度的HIX，如何响应气候变暖、土地利用变化等环境压力，始终是悬而未决的科学难题。

为破解这一困局，研究人员开展了一项跨越全球水域的"DOM解密计划"。通过荟萃分析50项已发表研究数据，结合机器学习与结构方程模型等先进手段，首次绘制出DOM质量与数量的全球分布图谱。研究发现，农业主导流域的DOC浓度和a254值显著高于其他区域，而森林流域则展现出最高的HIX值。这种空间异质性背后，隐藏着气候-地理-水质的精妙调控网络：叶绿素a(Chl.a)作为"空间导航器"主导DOC变异，总氮(TN)则像"芳香度调节阀"掌控a254动态，而年均温(MAT)则通过改变水体生产力间接左右HIX波动。尤为关键的是，地理因素不仅通过改变气候条件间接影响DOM质量，还存在直接调控路径；气候变暖则通过"水温-生物代谢"级联反应重塑DOM特性。这些发现为预测碳循环对全球变化的响应提供了理论基石。

研究团队采用多管齐下的技术路线：通过系统检索中英文数据库构建全球DOM参数数据库；运用随机森林(RF)识别关键驱动因子；采用偏最小二乘结构方程模型(PLS-SEM)解析因子间相互作用路径。样本覆盖河流、湖泊等不同生态系统，涵盖森林、农业等多元土地利用类型。

时空分布特征
数据分析显示，DOM参数呈现显著空间分异：农业流域因化肥输入导致DOC浓度(均值28.5 mg/L)和a254值较自然流域提升40%，而森林流域因木质素输入使得HIX均值达12.8，凸显陆源有机质腐殖化特征。季节动态上，冬季低温抑制微生物活动，导致HIX升高15%，揭示温度对DOM转化的调控作用。

DOM数量驱动机制
RF模型指出，Chl.a解释DOC浓度变异的32%，证实浮游生物代谢的核心地位。PLS-SEM进一步显示，MAT通过提升水温促进藻类生长，间接增加DOC产量，而农业径流中的TN则直接刺激微生物降解活性。

DOM质量调控路径
a254的变异主要受TN驱动(β=0.41)，反映氮负荷对芳香族化合物形成的促进作用。HIX则呈现"双通道调控"：MAT通过Chl.a产生间接效应(β=0.28)，同时纬度梯度带来的太阳辐射差异直接光降解腐殖质(β=0.35)。

这项研究犹如拼齐了全球碳循环拼图的关键板块：首先，建立了DOM参数与环境因子的定量响应关系，为预测气候变化下碳通量变化提供模型基础；其次，揭示了人类活动通过改变氮循环干扰DOM特性的新机制，警示农业面源污染的深远影响；更重要的是，发现了MAT通过"温度-生物代谢-DOM转化"级联效应放大碳循环反馈的放大效应。这些认识将助力完善地球系统模型中的碳循环模块，为达成"双碳"目标提供科学依据。正如作者所言，DOM作为"生态系统的脉搏"，其动态变化终将成为解码全球碳命运的重要密匙。