半封闭高原湖泊的水文气候季节性、细菌浮游生物与溶解性有机物

《Journal of Hydrology》：Hydroclimatic seasonality, bacterioplankton, and dissolved organic matter in a semi-enclosed plateau lake

　　

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  发现了CDOM和细菌浮游生物的阶段性水气候转变
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  CDOM在湿季末期达到峰值，同时营养盐浓度升高。
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  内源性和微生物CDOM在全年周期中占主导地位。
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  细菌α多样性和β多样性与CDOM来源之间存在差异性的关联。
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  冬季Ca²⁺富集与较低的色氨酸类CDOM同时出现。

引言

内陆湖泊通过接收来自周边集水区的溶解性有机质（DOM）并通过湖内初级生产生成DOM，积极参与陆地碳循环（Minor和Oyler，2023）。DOM随后可通过相互关联的水文过程、光化学过程和微生物过程被储存、转化、矿化或向下游输送（Cole等，2007；Wen等，2022；Xenopoulos等，2021）。尽管湖泊仅覆盖大陆表面的极小部分，但它们却是碳的输送、生产、转化和储存的重要场所，从而对区域和全球生物地球化学循环产生不成比例的影响（Mendon?a等，2017；Tranvik等，2009）。作为内陆水体中主要的活性有机碳库，DOM在碳循环、营养盐输送、食物网动态和湖泊生态系统整体功能中发挥着核心作用（Kellerman等，2014；Lynch等，2019）。先前的研究表明，DOM的组成、分子多样性和反应活性随水文和气候条件而变化（Ejarque等，2018；Zhou等，2026）。然而，季节性水气候变异性、DOM来源与光学组成以及细菌浮游生物群落之间的关联仍不明确，尤其是在半封闭高原湖泊中更为如此。

微生物群落在湖泊生态系统中DOM的转化和降解过程中发挥着关键作用（Kajan等，2023；Tao等，2025）。初级生产者（如浮游植物）向水体系统中释放易降解的蛋白类DOM，为异养细菌提供易获取的碳和营养盐底物，从而支撑微生物食物网（Creed等，2018；Jiao等，2014）。结构复杂、分子量高的有机化合物可能首先被胞外酶解聚为更小、更易生物利用的分子，随后被微生物细胞吸收。因此，微生物加工可导致易降解DOM的优先去除，同时产生或积累更持久、源自微生物的组分，从而改变DOM的分子大小、组成和反应活性（Zheng等，2019）。反过来，DOM组成也强烈影响微生物群落结构和功能，因为细菌依赖DOM作为能量和营养盐的关键来源（Ren等，2023）。这些生物过程可能与光化学氧化和其他非生物过程（如吸附、聚集和金属离子络合）相互作用，共同影响DOM的芳香性、腐殖化和荧光特性（D'Andrilli等，2019；Zhang等，2026）。DOM的微生物加工还受环境条件的影响，包括温度、营养盐可利用性、氧状态和水文变异性，这些条件可影响微生物活性和群落组成。营养盐富集通常伴随初级生产和微生物活动的增加，从而对DOM的生产、组成和积累产生影响。温度、pH等理化变量可影响微生物代谢和DOM反应活性（Bambakidis等，2024；Chen等，2025），而离子条件可能进一步塑造DOM与微生物之间的相互作用。例如，Ca²⁺与微生物群落结构的转变有关，并可能影响内源性DOM的稳定性（Xia等，2024）。细菌群落与DOM组成之间的关系已在海洋、河流和湖泊生态系统中得到广泛研究，但这些关系的强度和方向在不同生态系统与环境条件下存在差异（de Melo等，2020；Kajan等，2023；Osterholz等，2016）。然而，季节性变化的环境梯度如何与细菌浮游生物群落和DOM组成共同关联，目前仍了解不多，在高原湖泊中尤为如此。

高原湖泊是区域碳循环的重要组成部分，由于强太阳辐射和显著的水气候季节性变化，它们对环境变化尤为敏感（Huang等，2026；Liu等，2025）。降水、水文条件和温度的季节性变化可改变外部有机物输入、湖内生物生产和微生物加工过程，从而影响DOM组成和生物地球化学循环的变化（Liu等，2025）。本研究选择琼海湖作为具有代表性的半封闭高原湖泊，探讨在不同水气候条件下CDOM含量和组成的季节变化及其与细菌浮游生物群落的关联。通过整合水气候和理化指标测量、CDOM光学特征表征以及细菌浮游生物群落高通量测序，我们考察了环境条件、细菌浮游生物群落结构与CDOM组成之间的关联。具体而言，本研究旨在（i）表征水气候条件、CDOM组成和细菌浮游生物群落的季节变化；（ii）评估环境变量与细菌浮游生物群落及CDOM组分之间的关联；（iii）评估细菌浮游生物多样性与来源特异性CDOM库在全年周期中的关系。

章节摘要

研究区域

琼海湖（27°49′N，102°18′E）是位于中国西南部的大型半封闭淡水高原湖泊（图1a）。该湖面积约32 km2，平均水深14 m，最大水深34 m。其周边集水区包括森林、草地、灌丛、农田和城市不透水面，相对密集的人类土地利用集中在盆地的西部和西北部（图1b）。该湖主要接纳来自若干条

水气候条件与理化特征

四次采样涵盖了单个年周期内对比鲜明的水气候条件（图1d）。2024年3月至2025年2月的总降水量为808.4 mm，比琼海地区10年年平均降水量（988.79 mm）低约18%。尽管年总量较低，降水仍保留了明显的季风模式，6月至11月的湿季贡献了723.3 mm（89.5%）。湖水位从春季到夏季上升，

琼海湖CDOM组成的季节变异性与环境关联

琼海湖主要为中营养型，秋季和夏季的营养状态高于春季和冬季。四次采样之间对比鲜明的水气候和湖泊学条件伴随着CDOM含量和组成的显著变化。荧光指数和PARAFAC组分始终显示出强烈的内源性和微生物特征，蛋白类组分的贡献略高于腐殖质类组分。然而，CDOM

结论

琼海湖主要为中营养型，在水气候条件、水化学、细菌浮游生物群落和CDOM特性方面表现出明显的季节变化。尽管存在这种变异性，CDOM始终显示出强烈的内源性和微生物特征，蛋白类组分的贡献略高于腐殖质类组分。CDOM丰度在秋季达到峰值，此时aCDOM(355)达到1.94 ± 0.24 m^?1，同时TN、NH₄⁺-N和微生物

CRediT作者贡献声明

Wei Zheng（郑伟）：撰写——初稿撰写，方法论，调查研究。Fan Xia（夏凡）：方法论，形式分析，数据整理。Qian Bao（鲍倩）：方法论，调查研究，形式分析，数据整理。Yalan Zhu（朱亚兰）：方法论，调查研究，数据整理。Muzi Li（李慕慈）：方法论，资金获取。Xiaoyan Tang（唐小燕）：撰写——审阅与编辑，项目管理，资金获取，概念框架。

利益冲突声明

作者声明他们不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

我们感谢国家自然科学基金（基金编号：31901187）的资助支持。

Wei Zheng|Fan Xia|Qian Bao|Yalan Zhu|Muzi Li|Xiaoyan Tang