盐湖通常指湖水含盐量大于海水平均盐度即>3.5%的湖泊。盐湖作为湖泊发展的末期阶段，形成于特定的自然地理、地质环境中，富含各类矿物元素以及盐生生物，湖泊颜色一般呈现无色、粉红色、红色、绿色等多种颜色。其中粉红色或红色湖泊被称为“玫瑰湖”。玫瑰湖存在于世界许多国家，国外的玫瑰湖大多分布于沿海地带，冬季气温0~10 ℃，属于温暖型盐湖。中国的玫瑰湖则主要分布于西北内陆的干旱、半干旱地区，冬季气温较低，属于凉冷型盐湖。

有关粉色盐湖的最早记录出现于《本草纲目》，其中记载了制盐所用卤水久置后会变红的现象。而针对此类湖泊的科学研究则开始于19世纪，其中杜氏藻最初被认为是造成盐湖变粉的原因，在地中海沿岸红色盐池中被分离出，由Teodoresco将其命名并归类为杜氏藻属（Dunaliella）^［1-2］。杜氏藻（D.salina）可在体内积累较多的β-胡萝卜素，最高可达细胞干重的16%，因此细胞呈现粉红色^［3］。研究者也分别从光照、盐度以及水中氮磷含量等角度研究了影响杜氏藻积累类胡萝卜素的原因^［4-5］。此后有学者认为水体中的嗜盐细菌与嗜盐古菌是造成水体变粉的主要原因。对以色列红色盐水的研究表明，红色盐水中以嗜盐古菌及杜氏藻所含的菌红素以及类胡萝卜素为主^［6-8］。同时证明虽然杜氏藻所含β-胡萝卜素占比较大，但因其在叶绿素内密集堆叠，光学面积小，因此嗜盐古菌的存在才是导致盐水变红的主要因素。而1999年通过荧光原位杂交技术（FISH）在西班牙盐池发现一种名为Salinibacter的红色细菌在盐池生态系统中占主导地位，证明嗜盐古菌不是唯一造成盐湖变粉的菌类，并在2002年实现菌种分离^［9-11］。而对Salinibacter培养物的实验室研究证明，杜氏藻光合作用的产物甘油易被Salinibacter吸收并刺激其生长^［12］。因此造成高盐水体变粉的微生物往往不止一种，可能是杜氏藻、嗜盐古菌与嗜盐细菌的共同作用。

上述研究集中在国外常年表现出粉色的盐湖，且将其颜色成因仅仅归结于微生物因素，也并未对湖泊颜色随时间变化原因进行深入研究。巴丹吉林沙漠沙山间分布着众多湖泊，多为高含盐量的内陆盐湖，其中就有许多玫瑰湖且湖泊随季节变化呈现不同颜色，然而缺乏对这些湖泊的系统描述及研究。本研究选取该沙漠中的典型玫瑰湖达格图盐湖为研究对象，通过实地考察、观测以及室内高通量测序、X射线衍射等实验方法，对不同时期湖泊颜色以及样品进行了分析研究，并对颜色变化原因进行了讨论，以期为更深入研究玫瑰湖形成因素提供参考。

巴丹吉林沙漠作为中国第二大流动性沙漠，地势南高北低、东高西低。沙漠处于中纬度干旱区，具有典型的大陆性气候特征。多年平均降水量40~80 mm，湖区一带最大不超过90 mm，且降水集中在6—8月，多年平均潜在蒸发量超过1 000 mm，因此沙漠严重缺水^［13-14］。夏季和冬季的平均气温分别为25.3 ℃和-9.1 ℃，被称为“寒冷的沙漠”^［15］。年平均风速为2.8~4.6 m·s^-1，由南向北逐渐递增，每年4、5月风速最大^［16］。

巴丹吉林沙漠以世界上最高大的沙山与沙山间的众多湖泊闻名，现共有湖泊146个，常年有水湖泊119个，主要分布在沙漠东南部的沙丘背风坡丘间地^［17］。这些湖泊多为盐湖，湖水含盐量10~450 g·L^-1［18］。达格图（39°48′40″N、102°19′58″E，图1）位于沙漠东南部，是巴丹吉林沙漠最为著名的粉色湖泊。

湖泊整体颜色是由湖水颜色与其他因素（如湖底沉积物）共同作用而成。为了观测湖泊颜色季节变化情况，分别于2020年10月与2022年6月前往巴丹吉林沙漠进行现场考察与样品采集。在2020年10月收集达格图结晶盐样品，采集湖底表层至淤泥上部结晶盐，并迅速装入塑封袋避光保存带回实验室，储存于冰箱以供晶体矿物组成分析。为了对夏季湖水变粉原因进行研究，于2022年6月在达格图与邻近无色湖泊超浩日毛日图采集水样。在达格图西部、东部及北部3个方位及湖中心设置水样采样点。用透明瓶装满湖水以便观察水体颜色；用棕色采样瓶装满湖水，并用干冰保存寄回实验室，进行物化参数分析与微生物DNA提取。在超浩日毛日图设置4个采样点，用棕色瓶装满水样，低温恒温带回实验室进行物化参数分析。样品检测在陕西师范大学实验室以及上海派森诺生物科技有限公司进行。

2022年6月野外实地观测中，运用德国WTW公司Multiline P3型水质检测仪现场测量盐湖的pH值。所采集水样带回实验室后加入过硫酸钾氧化，再经高温加热测定总磷（TP）、总氮（TN）。其余水样经过0.45 μm孔径的滤膜过滤，经蒸干称重计算湖水全盐量。将过滤后的水样再经硝酸酸化测定K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺含量，未经酸化的样品进行Cl^-、SO42-、NO3-含量测定。水样离子以及TP、TN均采用美国戴安DX-600型离子色谱仪进行检测。水样的CO32-和HCO3-含量用盐酸进行酸碱滴定测试。盐湖水质类型通过AqQA软件对水样阴阳离子进行水化学分析得出。

水样经0.22 μm 滤膜抽滤后，将滤膜剪碎放入DNA试剂盒，并按照生产商提供的方法进行DNA提取，随后使用Nanodrop NC2000分光光度计检测DNA浓度并定量分析，测定完成后将DNA保存于-80 ℃冰箱。使用16S rRNA通用引物338F（5'-ACT CCT ACG GGA GG CAG CA-3'）和806R（5'-GGA CTA CHV GGG TWT CTA AT-3'）扩增细菌V3-V4区域 。PCR反应条件为：98 ℃下预变性2 min，98 ℃下变性15 s，55 ℃下退火30 s，72 ℃下延伸30 s，共25~30个循环，最后在72 ℃下延伸5 min。反应产物用2%琼脂糖凝胶电泳检测后，将PCR扩增回收产物进行荧光定量。高通量测序委托上海派森诺生物科技有限公司完成。

测序采用Illumina平台对群落基因片段进行双端测序。使用QIIME2软件 （2019.4）切除序列的引物片段，去除不匹配引物的序列；通过DADA2进行质控、去噪、拼接、去嵌合体得到特征序列ASVs （amplicon sequence variants）。随后合并ASVs和ASV表格并去除singletons ASVs。最终采用Greengenes数据库对基因序列进行分类与注释，获得在微生物门、纲、目、科、属水平获得物种分类信息及其相对丰度。水样编号分别为D1、D2、D3和D4。

对于2020年10月所采湖底结晶盐，由于其每层的颜色差异，因此对不同颜色结晶盐进行分层剥离并研磨为粉末。晶体粉末采用德国布鲁克公司的D8 AdvanceX射线衍射仪进行矿物学组成测定。仪器工作条件：铜靶X光管，光管功率2.2 kW，工作电压40 kV，电流40 mA。2θ范围10°~80°，步长0.02°，扫描每步时间19.2 s。结果采用MDI jade 9.0版本进行全谱拟合法进行定性定量分析，以此确定样品所含组分及含量。

达格图秋季10月总体呈现较淡的粉色且湖水清透，夏季6月则变为颜色均匀且亮丽的粉色，远处与近处观测颜色相同，与秋季颜色存在明显差异。

不同季节使湖泊呈现粉色的原因不同。取秋季达格图湖水置于透明瓶后发现水样透明度高，但基本表现出无色，与湖泊整体呈现出的淡粉色差异较大（图2）。此时湖底存在多层结晶盐，盐层构造紧密、层理明显，颜色由上而下依次表现为粉色、紫色、无色透明（图3）。表层粉色结晶盐与观测到的湖泊颜色相近且布满整个湖底。较厚的表层盐使下层结晶盐颜色难以显露，因此对湖泊颜色产生影响较小。而夏季湖泊具有典型的玫瑰湖特征，湖泊粉色浓郁亮丽、分布均匀。将湖水取出后仍表现为相同颜色，且透明度较低。湖底存在少量结晶盐，层理结构不明显，且各层结晶盐均无明显颜色，因此对湖泊颜色贡献较小。上述观测结果表明，达格图秋季与夏季湖泊颜色存在差异。其中秋季观测到的粉色主要来自湖底粉色结晶盐，夏季湖泊颜色则主要为湖水自身颜色。

为探究达格图夏季湖水呈现粉色的原因，对采集的湖水样品进行了理化性质分析，同时在周边无色湖泊超浩日毛日图采集水样进行对比研究。水样部分物理化学参数见表1。

达格图湖水pH、全盐量、总磷含量、总氮含量分别为9.4、392 g·L^-1、26.28 mg·L^-1、109.46 mg·L^-1；超浩日毛日图pH、全盐量、总磷含量、总氮含量分别为9.3、246 g·L^-1、5.64 mg·L^-1、8.67 mg·L^-1。两个湖泊pH均在9以上，且含盐量较高。达格图湖水全盐量、总磷含量和总氮含量均显著高于超浩日毛日图（P<0.05）。

根据水样的Piper三线图（图4）可以看出两个湖具有相似的水化学组成。阳离子中Na⁺、K⁺含量占优，Ca²⁺、Mg²⁺含量较低；阴离子中Cl^-含量占绝对优势，NO₃^-含量最低。因此两个湖泊均属于氯化物型盐湖。两个湖泊中，达格图湖中Na⁺、K⁺略高于超浩日毛日图；Ca²⁺、Mg²⁺含量则相反，超浩日毛日图有着更低的Ca²⁺、Mg²⁺含量。但Cl^-、NO3-、SO42-以及CO₃^2-等阴离子均在达格图中含量更高。

对达格图4个湖水样品16S rRNA高通量测序，共得到1 325条ASV，样品D1、D2、D3、D4种包含的ASV数目分别为449、670、220、470。维恩图（Venn）可以直观地表现不同湖水样品中细菌群落的ASV数目组成相似性、重叠情况以及特异性（图5）。达格图盐湖4个不同采样点之间共有细菌ASV数目为70，D1、D2、D3、D4中特有的ASV数目分别为265、413、83、272。

从表2可以看出，4个采样点多样性测序结果覆盖率均在99.96%以上，表明当前测序深度下，测序文库接近饱和，数据有效可靠。通过比较4个采样点细菌多样性指数可以看出，D2中ASV数量与Chao1指数均高于其他样品，但其Shannon指数较低，Simpson指数为4个样品中最低，说明D2中细菌群落多样性较低且分布不均^［19］。因此，D2中虽然具有最多的细菌种类，但其群落多样性较其他采样点较差，表明其细菌群落优势种具有明显的优势性。

对ASV利用Qiime 生成从门到属依次进行分类，共获得达格图湖水细菌群落235门、67纲、159目、254科、408属。从图6可知，达格图盐湖细菌门类群多集中于拟杆菌门Bacteroidetes （54.99%）、变形菌门Proteobacteria （27.11%）、盐厌氧菌门Halanaerobiaeota （9.22%）以及厚壁菌门Firmicutes （2.92%）。古菌集中于广古菌门Euryarchaeota （2.63%）和Nanoarchaeaeota （1.65%）。无法归类与丰度过低的细菌门所占比例相对较少（1.48%）。

通过纲分类层次统计分析，发现达格图盐湖以Rhodothermia （53.61%）为主，其次为γ-变型菌纲Gammaproteobacteria（22.98%）、Halanaerobiia （9.22%）、δ-变形菌纲Deltaproteobacteria （3.13%）与梭菌纲Clostridia （2.76%）。其中古菌主要为Halobacteria （2.63%）和Nanohaloarchaeia （1.65%）。Halobacteria纲成员多次在以往粉色盐湖研究中被确认为优势种。

通过种属分类水平上的统计分析，确定达格图盐湖的优势种群为Salinibacter （53.49%）、嗜盐红螺菌属Halorhodospira （20.83%）和Halarsenatibacter （7.93%）。古菌中盐红菌属Halorubrum （1.03%）占比最大。在所有优势种中，Salinibacter与Halorhodospira占比最大，具有明显的优势性，且这两种细菌都可积累类胡萝卜素使细胞呈现红色。有些细菌类群仅在特定的样品中出现，如Natronomonas仅在D2和D4出现；盐单细胞菌属Halomonas仅在D1和D2出现等，但这些菌群的相对丰度通常较低。

对秋季湖底结晶盐X射线衍射峰图（图7）进行全谱拟合（表3）。结晶盐主要成分为氯化钠（NaCl），其次包括赤铁矿（Fe₂O₃）、方解石（CaCO₃）、氢氧化钙（Ca（OH）₂）以及白云石（CaMg（CO₃）₂）。结晶盐矿物组成中，氯化钠含量最高，占比均在80%以上。氯化钠在无色透明结晶盐中含量最高，占比93.7%；其次是紫色结晶盐，占比85.7%；粉色结晶盐含量最小，为80.1%。除氯化钠外，赤铁矿含量在结晶盐矿物组成中占据优势。其含量在各层结晶盐中表现为紫色层>粉色层>透明层。在含量最高的紫色结晶盐中，赤铁矿占比达9.2%；其次是表层粉色结晶盐，含量占比6.9%；无色透明结晶盐中赤铁矿含量仅为0.6%。氢氧化钙、方解石以及白云石分布规律类似，在表层粉色盐晶中含量最高，紫色以及无色结晶盐中含量接近。粉色结晶盐中氢氧化钙含量占比5.9%，紫色以及无色结晶盐中分别只有0.9%和0.7%。方解石在粉色盐晶中占比3.9%，紫色与无色盐晶中为2.1%和2.5%；白云石在粉色盐晶中占比3.2%，紫色与无色盐晶中为2.0%和2.5%。

盐通常是白色的，但若夹杂了其他矿物，即使是在微量水平也可能会改变它的颜色^［20］。以上所有矿物中除赤铁矿外，其余矿物通常表现为白色或无色，而赤铁矿通常表现为红色，且其含量变化与结晶盐颜色变化规律类似。因此掺杂了赤铁矿可能是造成结晶盐变粉的主要原因。

达格图湖泊春季与秋季整体上都呈现出粉色，但在秋季颜色较浅，夏季较为明亮。秋季湖泊颜色主要来源于湖底粉色结晶盐，而夏季湖泊颜色来源于湖水。

夏季湖水中微生物优势种群为Salinibacter、Halorhodospira与Halobacteria，其中Salinibacter与Halorhodospira占比最高，具有明显的优势性。Salinibacte对于高光照环境具有较强的耐受性，这种特性源于其含有的胡萝卜素salinixanthin与视网膜色素xanthorhodopsin，这两类色素的存在使细胞呈现红色^［21-22］。同属细菌的Halorhodospira属光合厌氧菌，光合色素包含类胡萝卜素，因此其细胞悬液可表现为粉红色。Halobacteria几乎所有成员都因可以合成并积累C50类胡萝卜素（菌红素），而使菌落呈现橙色或亮粉色^［23］，因此这三类微生物被认为是造成湖水变粉的主要原因^［24-25］。Salinibacter、Halorhodospira与Halobacteria生长发育都需要较高的盐浓度。Salinibacter无法在15%的盐浓度以下生长，在37 ℃、20%~25%直至盐度饱和情况下生长情况最好^［26］。Halorhodospira主要存在于高盐度至极端盐度环境中，可忍受轻度至较高碱性（pH最高可达12）^［26］。而Halobacteria中嗜碱类群生存需要高浓度Na⁺和Cl^-、高pH值和低浓度的Mg^2＋，它们的生长至少需要1.5 mol·L^-1 NaCl，大多数菌种在3.5~4 mol·L^-1 NaCl条件下生长最好^［27］。达格图夏季湖水pH可达9.3以上，全盐量236~443 g·L^-1，水中离子以Na⁺和Cl^-为主，同时又具有较低的Mg^2＋浓度，属于高盐高碱的氯化物型盐湖；湖中全年存在NaCl结晶，说明水体常年盐度饱和。适宜的水环境条件与夏季较高水温，为以上嗜盐嗜碱微生物生存创造适宜的环境^［28］，因此这类有色微生物在夏季湖水中大量繁殖，造成水体变粉。超浩日毛日图湖水无色透明，表明有色微生物无法大量生存。湖中无结晶盐析出，湖水盐度及总氮、总磷含量较达格图低，Ca²⁺、Mg²⁺浓度较高，说明Salinibacter、Halorhodospira与Halobacteria的生长繁殖除需较高的NaCl浓度外，充足的N、P等营养物质会对其产生促进作用，而Ca²⁺、Mg²⁺等金属阳离子会抑制生长^［29］。

秋季达格图湖水盐度仍处于饱和状态，但随着温度降低NaCl溶解度有所下降，湖水盐度较夏季减小。盐度与温度的改变使环境不再适宜Salinibacter与Halobacteria生长繁殖，因此水中有色微生物减少或消失，水体变为无色透明。同时湖泊水量随季节变化逐渐减小^［30］，大量氯化钠结晶析出并在湖底形成较厚盐层，其中因掺杂赤铁矿使盐晶变为粉色，这些结晶盐透过无色透明的水面使湖泊整体呈现淡粉色。

巴丹吉林沙漠湖泊主要依靠地下水源补给^［31-32］，外源矿物主要依靠风力作用携带进入湖泊中^［33］。沙漠表层风积砂中存在赤铁矿，随风进入湖泊后因密度较大沉淀于湖底并在碱性环境下保持化学性质稳定，后随氯化钠一同析出。夏季湖水中厌氧微生物Halorhodospira的大量存在证明湖中为缺氧环境。缺氧条件下可能发生异化铁还原反应^［34］，使得湖中赤铁矿的Fe（Ⅲ）被还原为Fe（Ⅱ），因此湖中赤铁矿浓度减小。而秋季微生物数量减少造成水中氧浓度升高，Fe（Ⅱ）再次被氧化为Fe（Ⅲ），同时伴随湖泊水量的减少，赤铁矿浓度因此增大，进入氯化钠结晶盐数量随之增多，使结晶盐颜色更深。

由此可见湖水有色微生物与湖底结晶盐作为影响湖泊颜色的主要因素，分别主导了夏季与秋季湖泊颜色。在后续的研究中，仍需增加不同时期湖泊样品采集与观测工作，并架设气象站观测气温、降水等气象要素对湖中有色微生物以及结晶盐含量的影响，对这两类因素对湖泊颜色的影响进行更深入研究。除此之外，进行不同浓度赤铁矿盐溶液析出实验，可更直观反映其对于结晶盐颜色的影响。

巴丹吉林沙漠盐湖达格图在夏季呈现浓郁的亮粉色。此时湖泊高盐高碱、Mg^2＋浓度较低以及富含营养物质的水环境与夏季高温共同为Salinibacter、Halorhodospira与Halobacteria提供适宜的生存条件，使其成为群落优势种。这三类微生物细胞颜色为橙红色或红色，他们的大量繁殖将达格图夏季湖水渲染为亮粉色。此时湖中为缺氧环境，Fe（Ⅲ）被还原为Fe（Ⅱ），造成水中赤铁矿含量变少，结晶盐颜色较淡。

秋季达格图湖泊水温降低与盐度减小造成有色微生物难以生存、湖水变为无色透明。湖泊水量的减小使含有赤铁矿的氯化钠结晶盐大量析出，在湖底形成较厚的粉色盐层。结晶盐颜色透过透明水面，使湖泊整体上也表现出淡粉色。此时水中溶解氧含量高，Fe（Ⅱ）被氧化为Fe（Ⅲ），赤铁矿含量增大，进入结晶盐数量增多，盐晶颜色更深。