《Water Research》：Phytoplankton community convergence and divergence driven by river-lake connectivity and pond isolation in the eutrophic plain Taihu Basin, China
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本研究對太湖流域河流、湖泊及池塘中浮游植物群落進行季節調查（2023.5-2024.1），基于NMDS、OMI、XGBoost和LMMs模型分析發現：水文連通性導致河流與湖泊浮游植物群落趨同（低多樣性、高空間穩定性），而孤立池塘因低連通性呈現高多樣性、季節穩定性強但空間異質性顯著。OMI分析表明池塘物種niche重疊度最高（40%），藍藻生物量對氣溫敏感（湖泊+0.51 mg/L，河流+0.43 mg/L，SSP5-8.5情景下），提示需針對不同水體制定管理策略。
譚秋月|張慶吉|朱琳|劉博藝|張潤宇|郭超軒|山坤|秦博強|史文清
江蘇省大氣環境與設備技術協同創新中心，江蘇省大氣環境監測與污染控制重點實驗室，南京信息科學技術大學環境科學與工程學院，中國南京210044
摘要
在富營養化壓力下，浮游植物群落的多樣性通常會降低，同質性會增加。然而，水文連通性的變化可以重塑群落結構，可能導致同一富營養化區域內出現差異。我們在2023年5月至2024年1月期間，對中國太湖流域內的117個河流、湖泊和池塘中的浮游植物群落進行了季節性調查，并使用非度量多維尺度分析（NMDS）、OMI生態位分析、XGBoost和線性混合效應模型（LMMs）來分析群落組成、多樣性、穩定性和環境響應。結果表明，水文連通的河流和太湖中以 bacillariophyta 和 cyanophyta 為主，具有較低的多樣性和較高的空間穩定性；而孤立的池塘則以 euglenophyta 和 pyrrophyta 為主，多樣性較高，季節穩定性較強，但空間異質性明顯。OMI分析顯示，池塘中的生態位重疊度（40%）高于太湖（19%）或河流（23%），這反映了它們對穩定環境的趨同適應。浮游植物多樣性在總氮（TN）約為2.7 mg/L時達到峰值，超過這一濃度后，cyanophyta 的優勢會抑制多樣性。太湖和河流中的cyanophyta生物量對空氣溫度非常敏感，而池塘中的cyanophyta生物量變化較小；根據SSP5-8.5情景預測，到2100年，太湖中的cyanophyta生物量將增加0.51 mg/L，河流中的cyanophyta生物量將增加0.43 mg/L。即使在高富營養化壓力下，水文連通性也能影響浮游植物的組成及其對環境變化的敏感性，因此這些地區需要采取針對特定水體的管理策略。
引言
浮游植物是水生生態系統中分布最廣的初級生產者，在維持能量流動和養分循環方面起著關鍵作用，從而支持生態系統的穩定性和健康（Ho等人，2019年）。目前，富營養化在許多水生生態系統中普遍存在，浮游植物群落的多樣性下降，同質性增加，導致對環境變化的響應趨同（Naderian等人，2025年；Wang等人，2025年）。然而，盡管存在這種總體趨同，水文連通性可能會調節這些響應，并在不同水體類型之間產生差異，因為物理特征（如水動力）強烈影響棲息地條件和生物交換，從而影響浮游植物群落的組成、多樣性和生態功能（Hui等人，2023年）。在富營養化壓力下，水文連通性的變化可能導致這些群落具有不同的結構和功能特征。
在人類活動密集的平原地區，河流、湖泊和池塘等多樣的水體廣泛分布，這些系統經常遭受嚴重的富營養化（Hui等人，2023年）。盡管面臨類似的富營養化壓力，這些水體在物理性質上存在差異，這些差異調節了它們的養分動態。河流和湖泊通常具有較強的水文連通性，水流快速，水體更新迅速，養分循環加快；而池塘往往孤立且靜止，水體交換有限，容易導致養分積累和分層（Nhan等人，2006年；Zheng等人，2025年）。這些差異可能影響浮游植物群落的組裝過程，包括物種篩選、擴散動態和環境過濾，從而影響它們對環境變化的響應（Mihaljevi?等人，2013年）。例如，靜水條件有利于cyanophyta的優勢，因為它們具有浮力調節能力和對低湍流的耐受性；流水環境通過硅酸鹽的可用性和湍流混合促進bacillariophyta的繁殖；有機物的積累通常促進具有特殊適應策略的類群，如混合營養的chlorophyta和運動性的pyrrophyta（Bergstr?m等人，2008年；Jalil等人，2021年）。因此，在富營養化壓力下，水文連通性可能調節同一區域內浮游植物的不同結構特征和環境響應。填補這一科學知識空白對于在富營養化地區實施針對特定水體的水質管理至關重要。
在這項研究中，我們調查了太湖流域內河流、太湖和池塘中的浮游植物群落，包括分類組成、功能群、生物量和多樣性。我們使用非度量多維尺度分析（NMDS）、異常均值指數（OMI）分析和偏最小二乘回歸（PLSR）來評估群落結構，并確定關鍵的環境驅動因素。極端梯度提升（XGBoost）和線性混合效應模型（LMMs）用于量化這些環境因素對浮游植物多樣性和生物量的影響。本研究的目標是：（i）描述浮游植物分類和功能組成的趨同和差異模式；（ii）確定塑造這些模式的關鍵環境驅動因素；（iii）探討在同一富營養化區域內，水文連通的河流和太湖以及孤立的池塘中的浮游植物多樣性和生物量是否以及如何對環境變化作出不同響應。這些發現可能為在富營養化地區制定針對特定水體的管理策略提供科學依據。
研究區域
太湖流域（北緯30°05′-32°08′，東經119°08′-121°55′）位于長江三角洲的南部邊緣，是中國人口最密集、經濟發展最快的地區之一，其水生生態系統受到強烈的人為影響（圖1）。該流域屬于亞熱帶季風氣候，年降水量為800-1500毫米，其中約60%發生在5月至9月的雨季（Hu等人，2019年）。該流域覆蓋面積約
浮游植物群落組成和功能群
太湖、河流和池塘中的浮游植物群落組成存在差異（圖2a，b），每種水體類型都表現出不同的分類結構和明顯的季節性動態。在太湖中，全年以 bacillariophyta 為主（60%），尤其是在春季、秋季和冬季；而在河流中，bacillariophyta 也占主導地位（57%），但季節性變化更明顯：bacillariophyta 在春季和冬季占優勢浮游植物群落的趨同與差異
河流和太湖中的浮游植物群落非常相似，都以 bacillariophyta 和 cyanophyta（C、D 和 MP 組）為主，而池塘中的群落則以 euglenophyta 和 pyrrophyta（W1 和 M 組）為主（圖2a，c）。河流和太湖之間的強水文連通性可能通過兩種機制驅動組成趨同：雙向擴散同質化和湍流混合（Zhao等人，2024年）。結論
太湖流域具有“河流-湖泊連通性和池塘孤立”的獨特水文特征，這可能驅動浮游植物群落及其對環境變化的響應的趨同和差異。在這項研究中，我們調查了這一水文異質性流域內的浮游植物組成、多樣性和功能特征，確定了塑造這些模式的關鍵環境驅動因素，并模擬了不同條件下的群落響應
CRediT作者貢獻聲明
譚秋月：撰寫——初稿，方法學。張慶吉：撰寫——審稿與編輯，撰寫——初稿，調查，數據管理。朱琳：軟件，調查。劉博藝：調查，正式分析，數據管理。張潤宇：方法學，數據管理。郭超軒：撰寫——審稿與編輯，軟件。山坤：撰寫——審稿與編輯，正式分析。秦博強：撰寫——審稿與編輯，監督，資源管理。史文清：撰寫——審稿與編輯，
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文所述的工作。
致謝
本研究得到了國家自然科學基金（編號42422605、42277060、42477073）、國家重點研發計劃（編號2024YFC3214500）和江蘇省自然科學基金（BK20240142）的支持。我們感謝南京信息科學技術大學的Zuqiang Zhang和Xueru Mao在樣本分析和圖表制作方面的幫助。同時，我們也感謝南京信息科學技術大學的高性能計算中心的支持。
