《Hydrology》：Spatiotemporal Patterns and Environmental Controls of Dissolved Organic Matter in Coastal Rivers of the Bohai Rim, China
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溶解性有机质（DOM）在沿海河流中对于陆海碳循环起着关键作用，然而其时空动态驱动因素仍鲜为人知。本研究调查了中国环渤海地区的五条典型河流，采用紫外线-可见光吸收光谱、荧光光谱和稳定碳同位素分析技术。荧光指数和双指标源解析表明，自生DOM（主要来源于浮游植物和微
溶解性有机质（DOM）在沿海河流中对于陆海碳循环起着关键作用，然而其时空动态驱动因素仍鲜为人知。本研究调查了中国环渤海地区的五条典型河流，采用紫外线-可见光吸收光谱、荧光光谱和稳定碳同位素分析技术。荧光指数和双指标源解析表明，自生DOM（主要来源于浮游植物和微生物代谢）主导了总体DOM库，而陆地C3植物输入作为次要但具有空间变异性的来源。在所有测得的环境变量中，水温与DOM光学性质表现出相对较强的相关性，而盐度的影响有限。Mantel检验和偏最小二乘路径模型进一步表明，水温通过调控浮游植物生物量和多样性间接塑造了DOM的时间变化，进而促进低芳香性自生DOM的产生。这一级联框架综合了热力、营养盐和微生物对河流DOM的控制作用，增进了对区域碳收支的理解，并为渤海沿海带的综合管理提供了科学支持。
一、研究背景与科学问题
溶解性有机质（dissolved organic matter, DOM）是水生有机碳库的基本组成部分，连接着有机碳矿化与无机碳生成等关键生物地球化学过程。其浓度、分子结构和光学性质的变化能够敏感反映水文情势、营养盐输入和盐度等环境条件的改变，因此DOM可作为表征流域碳循环和水生生态系统对全球变化响应的可靠指标。沿海河流处于陆地和近岸海洋系统的界面，持续接收陆地径流并经历周期性潮汐入侵，导致水体理化性质呈现显著时空异质性，是陆海间物质输运、能量传递和碳生物地球化学循环的关键过渡通道。洪水脉冲排放、河口潮汐混合以及水工建筑物引起的水体滞留等水文驱动因素共同改变DOM的浓度和分子组成，造成明显的时空分异。与此同时，城市化与农业活动引起的富营养化重塑了浮游植物和异养微生物群落，调节自生DOM的产生与分解速率，对沿海碳源汇动态产生显著控制。
然而，目前对沿海河流DOM的研究缺乏对来源、时空演化及多环境变量联合调控过程的系统认知。多数研究集中于单一河口或独立流域，缺少跨流域的协调对比监测，阻碍了自然水文条件与人为干扰信号的定量区分。此外，以往工作多评估温度、盐度等单变量的孤立影响，较少解析DOM组分对组合环境控制的集体响应。鉴于沿海河流通常具有宽阔的盐度梯度，可影响DOM絮凝、光降解和微生物转化，研究人员假设盐度和水温是控制沿海河流DOM组成时空格局的关键环境因子。环渤海入海河流涵盖山地森林、广袤农田和高密度城市建成区等多种土地利用类型，且近二十年来区域城市化加速，工业废水、生活污水和农业面源污染物持续进入河道，天然盐度梯度与人为污染沿空间梯度共存，使该区域成为揭示沿海河流系统DOM多尺度生物地球化学响应的适宜研究区。
二、研究内容与主要结论
为验证上述假设，研究人员在环渤海五条典型入海河流（辽河、滦河、黄河、潮白新河、独流减河）开展了野外调查，综合运用紫外-可见吸收光谱（UV–Vis）、激发-发射矩阵荧光（EEM）结合平行因子分析（PARAFAC）、溶解有机碳稳定碳同位素（δ13C-DOC）、颗粒有机物碳氮摩尔比（C:N）以及多元统计分析，旨在刻画这些河流系统DOM荧光信号的时空格局，识别影响DOM动态的关键环境因子。研究共采集84个表层水样品，其中2023年7月开展覆盖全部五条河流的空间调查，并在潮白新河和独流减河进行2023年7月（夏季）、2023年10月（秋季）、2024年1月（冬季）、2024年4月（春季）四个季度的时间序列采样。研究结果表明，所有采样点DOC浓度平均为5.11 ± 2.96 mg L?1，δ13C-DOC平均值为?27.03 ± 1.63‰。PARAFAC解析出五个荧光组分，其中类色氨酸组分C3占比最大（28.6% ± 9.1%），类富里酸组分C1占比最小（14.6% ± 4.9%）。荧光指数（FI）和生物源指数（BIX）及双指标源解析一致表明，约94%采样点的DOM库以自生来源为主，即主要来自浮游植物和微生物代谢；陆地C3植物输入为次要但具有空间变异性的来源。空间上，滦河、辽河和黄河下游高盐度区域呈现较强的C3植物输入信号，而潮白新河和独流减河下游表现为微生物主导的低腐殖化DOM特征。时间上，冬季两河展现出最新鲜的自生DOM信号，夏季和秋季潮白新河则出现明显的细菌和海源有机质信号。
Mantel检验和偏最小二乘路径模型（PLS-PM）揭示，在空间和时间尺度上，水温（WT）是与DOM光学性质相关性最强的环境因子，而盐度影响有限。水温通过调控浮游植物生物量和多样性间接塑造DOM的时间变异，促进低芳香性、低分子量、生物可利用的自生DOM产生。这种级联框架整合了热力、营养盐和微生物对河流DOM的控制作用。需要指出的是，研究未同步采集径流量和高分辨率降水数据，无法单独量化洪水脉冲输入、径流输运、地下水排放和滞留时间等物理驱动因素的相对作用；且观测性设计所识别的关联属于统计协变关系，尚需实验或过程模型验证。
三、关键技术与方法
本研究采用的主要关键技术方法包括：（1）紫外-可见吸收光谱，计算SUVA???和光谱斜率比（SR）以表征有色DOM（CDOM）芳香性和分子量；（2）激发-发射矩阵荧光结合平行因子分析（EEM-PARAFAC），解析出五个独立荧光组分，并计算FI、HIX、BIX和β:α等荧光指数；（3）稳定碳同位素分析，测定δ13C-DOC，并结合颗粒C:N摩尔比构建双指标源解析；（4）Mantel检验与偏最小二乘路径模型（PLS-PM），评估环境变量、浮游植物指标与DOM光学性质间的统计关联及直接间接路径。样本队列包括2023年7月五条河流的夏季空间调查，以及潮白新河与独流减河四个季节的时间序列采样，共计84个表层水样品。
四、研究结果
（1）理化与生物变量的时空异质性：各采样点WT、pH、DO、盐度等参数呈现显著时空分异，盐度范围0.10‰至30.20‰，覆盖淡水、咸水和盐水条件。潮白新河和独流减河的DO、Chl a和浮游植物多样性（Phyto H′）高于其他三条河流，夏季和秋季的Chl a和H′约为春季和冬季的两倍。
（2）DOC浓度与DOM光学特征：DOC浓度均值5.11 mg L?1，δ13C-DOC均值?27.03‰。荧光组分C3（类色氨酸）占比最高。空间上潮白新河和独流减河具有较高的DOC、BIX、FI、β:α和SUVA???；滦河DOC浓度最低且δ13C-DOC最贫化。时间上两河夏季DOC浓度约为其他季节的两倍，冬季BIX和β:α升高而蛋白类组分丰度降低。
（3）变量关联与DOM来源：Mantel检验显示空间尺度上CDOM性质与DIN、DIP和Chl a密切相关；时间尺度上WT是影响三类DOM光学性质的最关键因素。BIX-FI关系图和δ13C-DOC与C:N双指标源解析共同证明自生来源主导DOM库，黄河和辽河夏季样品具有显著C3植物输入信号，潮白新河夏秋季显示海洋来源有机碳特征。
（4）PLS-PM路径模型：空间和时间模型中，WT直接或通过调控浮游植物生物量和多样性间接影响DOM光学特征，证实了水温通过生物学中介路径控制DOM组成和属性的级联机制。
五、讨论与结论
讨论部分指出，环渤海沿海河流DOM的时空格局受自然强迫和人类活动共同影响。常规源解析方法难以区分人为输入，本研究采用荧光指数法和双指标源解析互补手段，有效约束了高度扰动系统中的DOM来源。空间上，流域土地利用和人类活动差异导致下游DOM组成的分异；时间上，温度驱动的代谢加速和营养盐供给共同维持了自生DOM的主导地位。特别值得关注的是，盐度作为沿海河流的关键水文变量，在本研究中对DOM特征影响微弱，这主要归因于研究河网中以淡水站点为主的采样布局。未来涵盖更宽盐度梯度的研究有助于进一步厘清温度和盐度的相对作用。
研究结论认为，环渤海五条沿海河流的DOM库在约94%采样点由自生生产主导，陆地输入为次要但空间可变的来源。水温在时空尺度上与DOM光学性质紧密相关，其对时间变化的控制强于空间异质性；盐度在所有时空维度上对DOM特征影响可忽略。具体而言，水温升高可能促进低分子量、高生物可利用性自生DOM的产生，进而调节沿海水生环境中的微生物碳循环。将温度效应纳入沿海DOM动态预测模型，对于评估近岸碳汇潜力及其对全球变化的响应具有重要意义。
