《Environmental Research》：Molecular-weight-dependent responses of DOM to hydrological seasonality and nutrient ratios
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•不同操作滤液间的溶解性有机质（DOM）荧光组分及季节变化存在差异。•两种分子量小于10 kDa的类蛋白组分表现出相反的环境关联特征。•DOM与环境因子的关联关系在不同操作滤液间存在差异。引言溶解性有机质（DOM）在水环境中普遍存在，并在生态系统功能和生物地球化学循环中发挥着
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不同操作滤液间的溶解性有机质（DOM）荧光组分及季节变化存在差异。
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两种分子量小于10 kDa的类蛋白组分表现出相反的环境关联特征。
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DOM与环境因子的关联关系在不同操作滤液间存在差异。
引言
溶解性有机质（DOM）在水环境中普遍存在，并在生态系统功能和生物地球化学循环中发挥着核心作用（D'Andrilli等，2022）。DOM并非仅作为被动的碳库，它积极参与营养物质、金属元素及有机污染物的循环，影响水下光照条件，调节微生物代谢，并影响水生食物网的生产力和稳定性（Zhang等，2025）。同时，其组成和性质受到水文变率、流域输入、初级生产力、微生物降解过程以及人类活动扰动的塑造（Qu等，2024）。因此，DOM与水生环境之间的关系本质上是相互作用的：环境条件调控DOM的来源、输送、转化和持久性，而DOM则通过影响碳可利用性、光化学反应活性、营养盐可获得性和污染物行为来改变关键生态过程（Kellerman等，2018）。这种相互耦合作用在河流系统中尤为重要，因为外源输入和内源转化往往在空间和季节上同时发生变化。由于DOM具有高度异质性，其生态功能和环境意义在很大程度上取决于其不同组分的性质（Mostovaya等，2016）。从这一角度来看，通过操作尺寸分级考察DOM，有助于刻画DOM对环境变化的响应，补充仅靠总量测量所能提供的信息。
尽管DOM在水系统中已被广泛研究，但其与尺寸相关的异质性及环境关联关系仍理解不足（Amon和Benner，1996）。分子量（MW）分级为探究DOM组分差异和潜在反应活性提供了一个互补的框架（Benner和Amon，2015）。然而，低分子量DOM不应自动被解读为经过更充分降解或具有更高生物可利用性，因为这些特性还取决于化学组成和环境条件（Kujawinski，2011）。以往研究主要从生物降解性、光学和分子特征以及与金属和有机污染物的相互作用等方面考察尺寸分级DOM（Stedmon等，2003）。重要的是，过滤操作所定义的是操作性分类而非独立的分子量类别：＜0.45 μm滤液由粒径截断定义，而＜10 kDa和＜1 kDa渗透液属于嵌套的累积滤液。它们之间的差异还可能反映胶体缔合、聚集状态以及与膜相关的分离效应。然而，关于这些操作滤液之间以及同一宽泛荧光类别内的各组分之间，其季节模式和环境关联是否存在差异以及具体如何不同，目前所知甚少。这一问题在受季节性环境变率影响的水系统中尤为重要，因为在这些系统中，季节性径流、营养盐输送、悬浮颗粒物和内源转化可能以不同方式影响DOM组分（Battin等，2008）。
除季节变率外，营养盐条件也可能与DOM的产生和转化过程相关。氮和磷的可获得性可影响浮游植物生产力和DOM释放，而碳供应与营养盐可得性之间的平衡可能影响异养细菌生长和营养盐再生（Thornton，2014；Scott等，2012）。这些过程为在解释DOM组成变化时同时考察营养盐条件与季节变化提供了依据。然而，营养盐条件与DOM荧光组成之间的关联关系在操作定义的各分级和单个荧光组分之间是否一致，目前尚不清楚。回答这一问题有助于判断宽泛的DOM类别所捕捉到的环境关联是否在不同分级之间或同一荧光类别内的各组分之间存在差异。
解析此类与特定滤液相关的模式和环境关联，需要能够解析高维DOM数据集中潜在结构的分析方法。其中，自组织映射（SOM）是一种有效的无监督学习工具，可用于探索和可视化复杂的多变量数据。SOM通过将高维输入向量投射到低维输出空间中，同时保持其拓扑关系，能够揭示仅依靠传统线性方法难以捕捉的非线性模式（Principe等，1998）。这对于荧光光谱和PARAFAC衍生组分数据集尤为有用，因为这些数据本质上是多维的，且通常与DOM来源、组成和环境条件的变异性相关。近年来，SOM在环境科学和水质研究中得到了越来越多的应用，包括荧光数据分类、水质建模和水文过程表征（Lee等，2005；Bowden等，2005；Hsu等，2002；Kalteh等，2008）。以往研究也证明了其在解析DOM组成、分布和来源相关模式差异方面的效用（Cuss等，2014；Yang等，2019）。
本研究以干季和湿季收集的三种操作性累积DOM滤液（＜0.45 μm、＜10 kDa和＜1 kDa）为对象，表征了溶解性有机碳（DOC）浓度、荧光组成和环境关联的季节性差异。通过整合DOC测量、紫外-可见光谱以及激发-发射矩阵光谱与PARAFAC、SOM、典范冗余分析（RDA）、变异分解分析（VPA）和偏最小二乘路径建模（PLS-PM），我们回答了三个问题：（1）各滤液内部，DOC浓度和荧光组成在季节间如何不同；（2）季节模式和环境关联在各滤液间是否一致或存在差异；（3）同一宽泛荧光类别内的各组分是否表现出相似或相反的环境关联。解答这些问题不仅对于区分碳数量的变化与光学组成的变化具有重要意义，也为在变化的水文条件和水质波动背景下，以分级为基础框架来解读水生碳循环、水质动态和生物地球化学过程提供了支撑。特别是，该方法可以揭示总量DOC测量或汇总荧光类别可能掩盖的季节性和组分特异性关系。
章节摘要
样品采集
水样于2023年4月至2024年3月间的11个日期从一个固定采样点采集，该点位于黄河中下游、毗邻河南省开封市刘园口湿地公园（34°55′N，114°22′E）；2024年2月未进行采样。每个日期使用取水器在约0.5 m深度采集三个表层水子样，并混合为一个总容量约5 L的混合样品。
水质参数
主要水质参数的分析显示，湿季和干季之间存在明显的季节差异。pH值在干季（8.42±0.19）显著高于湿季（8.25±0.14；p < 0.001）（图1a）。相比之下，悬浮固体（SS）（图1b）和叶绿素-a（Chl-a）（图1c）在湿季显著高于干季（p < 0.01和p < 0.0001）。总氮（TN）在季节间无显著差异（p > 0.05）（图1d），而总磷（TP）
DOM浓度和荧光组成的季节变化
DOM的季节变化并未表现为浓度的一致增加，而是各操作性累积滤液在DOC浓度和荧光组成方面表现出差异。湿季DOC浓度在＜0.45 μm和＜10 kDa渗透液中升高，但在＜1 kDa渗透液中与干季浓度相似（图1l–n），表明总溶解组分的季节趋势并不代表较小滤液的响应。这一区别
结论
本研究揭示了在三种嵌套的操作性定义滤液中，DOC浓度和荧光组成存在显著的季节模式差异。湿季DOC浓度在＜0.45 μm和＜10 kDa渗透液中较高，但在＜1 kDa渗透液中与干季浓度相似，表明DOC浓度的季节变化在各滤液间并不一致。在＜1 kDa渗透液中，季节间相似的DOC浓度平均值与
CRediT作者贡献声明
焦志强：写作——审阅与编辑，监督。王鹏龙：写作——审阅与编辑，监督。白文浩：调查。王杰华：写作——审阅与编辑，监督。窦慧点：调查。赵冰：写作——审阅与编辑，监督。任秀波：写作——审阅与编辑，监督。张松伟：监督。张平萍：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，形式分析，数据管理。白秀玲：写作——审阅与编辑，
未引用参考文献
Lawaetz和Stedmon，2009；Yang等，2026。
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些可能影响本文所报告的工作。
利益冲突声明
? 作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究受河南省自然科学基金（编号：252300421829）资助。
Pingping Zhang|Bing Zhao|Xiubo Ren|Huidian Dou|Wenhao Bai|Jiehua Wang|Zhiqiang Jiao|Penglong Wang|Xiuling Bai|Jinyue Fan|Songwei Zhang
