《Process Safety and Environmental Protection》：Salinity-associated variation in DOM composition and phytoplankton community in an arid inland lake
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摘要干旱地区的湖泊日益受到盐化威胁，然而目前对盐化、溶解性有机物（DOM）特性与水生物群落格局之间关系的理解仍十分有限。本研究考察了历史上中国最大的沙漠淡水湖——红碱淖湖中不同考察期间 DOM 特征的差异及其与浮游植物群落的关联性。我们采用激发-发射矩阵荧光光谱结合平行因子分
摘要
干旱地区的湖泊日益受到盐化威胁，然而目前对盐化、溶解性有机物（DOM）特性与水生物群落格局之间关系的理解仍十分有限。本研究考察了历史上中国最大的沙漠淡水湖——红碱淖湖中不同考察期间 DOM 特征的差异及其与浮游植物群落的关联性。我们采用激发-发射矩阵荧光光谱结合平行因子分析（EEM-PARAFAC）以及偏最小二乘路径建模（PLS-PM）来探讨环境因子与生物响应之间的关联。结果表明，夏季强烈的蒸发与较高的盐度以及 DOM 库的变化相关，包括由升高的 C3 信号所反映的类腐殖质特征增强。与此同时，浮游植物群落呈现出多样性急剧下降，并向由胶质浮球藻（Planktosphaeria gelatinosa）大量繁殖的单优势种状态转变。至关重要的是，PLS-PM 分析揭示了盐度、DOM 光学特性与浮游植物多样性之间的关联。这些发现强调了在解释相对高盐度条件下的浮游植物群落格局时 DOM 特性的相关性，为面临干旱化的内陆湖生态系统监测与管理提供了生物地球化学视角。
引言
干旱和半干旱地区的湖泊是全球气候变化和区域水文循环的关键哨兵（Cheng et al., 2025）。在气候变暖引起的蒸发和人为取水协同压力下，这些脆弱的生态系统正经历普遍的水域萎缩和盐化加速（Zhao et al., 2025, Jeppesen et al., 2020）。盐度传统上被认为是通过施加与渗透调节相关的生理约束来构建水生生物多样性的主要环境过滤器（Hébert et al., 2023）。然而，现有文献主要集中在高盐度对水生生物的生理毒性方面（Li et al., 2025, Wersebe et al., 2023）。与盐化相关的更广泛生物地球化学变化，特别是离子强度增加与化学栖息地变化及群落组建之间的关联，仍缺乏充分的探索。
溶解性有机物（DOM）构成了水生生态系统中基本的生物地球化学库，在调节水下光环境、调节养分生物有效性以及驱动微生物食物网方面发挥着关键作用（Hu et al., 2022, Creed et al., 2018）。DOM 的化学多样性对水化学改变高度敏感。盐度升高已被发现会通过引起高分子量腐殖质的絮凝（盐析效应）、抑制陆地输入或改变微生物代谢途径，从而导致 DOM 库发生变化（Chen et al., 2025, Burns et al., 2024）。尽管已知这些化学相互作用，但盐度相关 DOM 变化对初级生产者群落的生态意义尚未完全理解。DOM 可能是与初级生产者所经历的环境状况相关的水体化学环境的重要组成部分（Wen et al., 2022）。
浮游植物位于湖泊食物网的基部，对物理化学扰动表现出快速反应，使其成为监测生态系统轨迹的理想指标（Li et al., 2026）。在沙漠湖泊中，显著的水文季节性，其特征为蒸发、降水和地下水补给的不同阶段，创造了盐度和养分有效性的自然动态梯度（Zhang et al., 2024）。这些季节性波动为考察物理胁迫与生物响应之间的关联提供了独特的自然背景。研究浮游植物群落如何跨越这些水文阶段进行演替，对于理解干旱水生生态系统的响应及其潜在恢复力至关重要（Zhang et al., 2024, van der Nagel et al., 2025）。
红碱淖湖历史上是中国最大的沙漠淡水湖，它 exemplifies 一个目前正经历快速荒漠化驱动的盐化转变的脆弱生态系统（Naeem et al., 2025, Zhang et al., 2024）。虽然湖泊的物理萎缩已得到充分记录，但其水化学与生物群落之间的关系尚未完全理解。本研究将野外采样与激发-发射矩阵荧光光谱（EEMs）以及偏最小二乘路径建模（PLS-PM）相结合来解决这一问题。具体而言，我们的目标是：(1) 表征水体物理化学性质和 DOM 组成的季节变化；以及 (2) 考察 DOM 光学特性、盐度和浮游植物群落之间的关联。本研究为盐化沙漠湖泊中的生物多样性变化提供了生物地球化学视角。
章节片段
研究区域与采样点
红碱淖湖（38°59′~39°10′ N, 109°45′~109°59′ E）位于陕西省与内蒙古自治区交界处，地处毛乌素沙漠与鄂尔多斯高原之间的敏感生态交错带。它曾是中国最大的沙漠淡水湖，作为重要的生态屏障和迁徙水鸟的关键繁殖地，特别是对濒危的遗鸥（Larus relictus）而言（Cheng et al., 2022）。该地区以典型的大陆性
红碱淖湖水化学因子的季节异质性
红碱淖湖水化学参数表现出显著的季节性变化，而同一年内空间异质性可忽略不计。具体而言，夏季的盐度、总溶解固体（TDS）和电导率（EC）明显高于秋季（p < 0.001）。平均盐度从夏季的 7.42‰（范围：6.57–7.68‰）降至秋季的 5.11‰（范围：5.01–5.18‰）；TDS 从 8,393 mg/L（范围：7,523–8,666 mg/L）降至 6,965 mg/L（范围：6,260–7,560 mg/L）；
水化学模式的水文驱动因素
在红碱淖湖观察到的显著季节异质性，其特征为夏季盐度、TDS 和 EC 值达到峰值，随后在秋季显著下降，这与半干旱地区典型的水文预算主导影响一致（Liu et al., 2025a）。尽管夏季通常与地区的雨季重合，但本研究记录的同时高温可能促进了强烈的蒸发速率，该速率可能超过了
结论
本研究证明，水文季节性从根本上塑造了红碱淖湖的物理化学和生物动态。我们确定了一个明显的季节机制，其中相对高盐度的夏季伴随着表现出增强类腐殖质特征的 DOM 积累，这反映为升高的 C3 信号和腐殖化指数。这种模式与胶质浮球藻（Planktosphaeria gelatinosa）的大量繁殖相吻合，表明时间上的共现于
未引用参考文献
(Zou et al. (2025))
CRediT 作者贡献声明
潘保柱：撰写 – 审阅与编辑，方法论。李殿宝：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原稿，可视化，软件，方法论，调查，资金获取，形式分析，概念化。马宝成：撰写 – 审阅与编辑，方法论，调查，形式分析。郭山松：调查，形式分析。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本论文报告的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（批准号：52209099）的支持。作者衷心感谢所有帮助野外样本采集的工作人员和学生。
李殿宝|潘保柱|郭山松|马宝成
