《Ecological Engineering》：Multi-measure ecological restoration drives phytoplankton succession and shifts community assembly in an urban eutrophic lake
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本研究通过分析湖北省黄石市青山湖实施多措施生态修复前后的浮游植物群落变化，发现总生物量增加156.6倍，物种数从120种增至242种，新增硅藻门、绿藻门等，蓝藻占比虽仍最高但有所下降，α/β多样性及功能群丰富度显著提升，群落稳定性增强，但驱动因素从营养盐转向有机污染，需综合调控污染源以维持清澈水质。
林晓文|吴晓东|葛旭光|范勋|任伟翔|周梦蝶|钟晨鑫|肖春燕|雷琳琳
湖北师范大学城市与环境科学学院，黄石435002，中国
摘要
生态修复是全球管理富营养化城市湖泊的重要策略。青山水库是中国长江中游典型的浅水富营养化城市湖泊，面临多种挑战，包括污水泄漏、内部污染、频繁的藻类暴发以及沉水植物的减少。然而，针对此类富营养化城市湖泊的综合生态修复措施对浮游植物演替和群落组成的影响仍缺乏充分研究。本研究考察了实施多措施生态修复（如基质改善、水生植被恢复和生态围护建设）前后浮游植物的变化。生态修复前，青山水库的浮游植物群落以绿藻门（22.15%）和蓝藻门（45.66%）为主，特征是单一优势物种和较低的总生物量。生态修复后，浮游植物群落结构得到优化。尽管绿藻门的比例下降，但仍占主导地位（41.99%）。物种总数从7门的120种增加到8门的242种，金藻门和黄藻门出现。优势物种数量显著增加。虽然细胞丰度仍以蓝藻门为主，但总细胞丰度下降了89.25%，而总生物量增加了156.6倍。生态修复增强了浮游植物的α多样性、β多样性和功能群丰富度。同时，随机过程减弱，确定性过滤作用变得更加重要。修复后，生态系统多样性和稳定性提高，不同浮游植物门之间的共现关系得到加强。尽管主要驱动因素从营养物质转变为有机污染，但未来的管理应优先控制营养物质和有机污染，并有效管理沉水植物，以保持青山水库的清澈水质。
引言
浮游植物是水生生态系统中最重要的初级生产者，影响这些生态系统的稳定性和功能。它们的群落结构对水环境变化极为敏感（Iadtem等人，2025年），是水质的关键指标（Dembowska，2022年）。水质和栖息地的变化直接影响浮游植物群落（Gao等人，2024年）。与非城市湖泊相比，城市湖泊由于频繁的污染物输入而受到外部和内部污染的影响，导致水柱和沉积物中的营养物质浓度升高。因此，城市化显著影响城市湖泊中的浮游植物生物量（Zhao等人，2024年；Zheng等人，2024年），因为污染增加改变了物种组成（Alfalahil和Aldhamin，2025年）。过量的污染物负荷进一步降低城市湖泊中的浮游植物多样性和稳定性，导致水生生态系统的结构异常和功能退化。因此，监测城市湖泊中浮游植物群落的空间和时间动态并识别关键环境因素对于水质评估和富营养化控制至关重要。
城市湖泊的生态修复包括多种措施，如外部污染拦截、内部负荷控制、沉水植物建设和鱼类管理。这些修复措施通过降低营养物质水平、改善水下光照环境和触发营养级联效应来调节浮游植物群落结构（Liu等人，2022a；Liu等人，2022b）。沉水植物建设通过营养竞争、化感物质释放和提供浮游动物栖息地来抑制藻类生长（Chao等人，2022年）。在印度班加罗尔的两个接收污水的城市湖泊中，通过建造湿地进行三级处理循环利用废水降低了营养物质水平（Jamwal等人，2023年）。然而，仅靠外部营养物质减少可能不足以持续维持城市湖泊的水质，还需要有效控制内部负荷（例如美国的明尼阿波利斯湖泊链（Huser等人，2016年））。Anwaier等人（2025年）报告称，宣武湖的生态修复措施增加了浮游植物物种丰富度和生物多样性。然而，生态修复后浮游植物群落的稳定性可能会受到影响，需要较长的演替期来稳定生态系统（Liang等人，2021a；Liang等人，2021b）。功能群（FGs）基于浮游植物的形态、生理和行为特征（Reynolds等人，2002年）。它们与环境条件更为相关（Wijewardene等人，2021年），并且比分类学更能有效说明这些条件的影响（Liu等人，2024年）。同时，生态修复改变了环境因素和异质性，从而显著影响浮游植物的组装过程和共现网络。因此，对于正在接受多措施生态修复的受损城市湖泊中的浮游植物群落组装和演替的研究需要进一步关注。
先前的研究考察了单独的生态修复措施（包括大规模沉水植物恢复（Chao等人，2022年）和污水分流（Leruste等人，2016年）对浮游植物群落变化及其驱动因素的影响。然而，浮游植物的生长受多种环境因素的影响。综合修复措施在改善水生条件方面更为有效，从而更有效地调节浮游植物群落结构和抑制有害藻类暴发（HABs）（Pu等人，2012年；Hu等人，2024年）。目前关于生态修复对浮游植物影响的研究主要集中在基于分类群的群落结构及其驱动因素上（Zhu等人，2020年；Chao等人，2022年），而功能群受到的关注相对较少。青山水库是中国长江中游典型的浅水富营养化城市湖泊，历史上经常发生藻类暴发。近年来，当地政府实施了一系列生态修复项目，水质和水下光照条件得到改善（Lin等人，2024年）。然而，关于多措施修复后浮游植物群落变化、演替机制及其关键驱动因素的知识仍存在空白。
在这项以理论为指导、以管理为导向的案例研究中，我们通过整合功能群动态、中性群落理论和网络共现分析，研究了青山水库在多措施生态修复前后的浮游植物群落变化和演替模式。在推进理论理解的同时，本研究为未来富营养化城市湖泊的管理提供了实践指导，阐明了浮游植物动态和演替如何响应小型城市浅水湖泊中的多种生态修复措施，从而有助于有效预防和控制藻类暴发。具体而言，本研究旨在：（1）探讨生态修复前后浮游植物群落结构和多样性的变化；（2）确定生态修复是否驱动了浮游植物群落组成机制和共现网络的变化；（3）明确影响浮游植物演替的关键环境因素。
研究区域
青山水库（东经115°03′ 08″，北纬30°14′09″）位于湖北省黄石市的黄石港区（图1）。作为该市第二大天然内湖，它由五个从西向东排列的子湖组成。本研究重点关注1#湖，这是最大的湖泊，面积为0.9平方公里，平均水深为1.0米。湖泊周围有湖滨大道（西侧）、青山水库公园（北侧）、住宅区（东侧）和湖北师范大学（南侧）。
位于
生态修复前后青山水库的水质
2017年至2022-2023年间，青山水库的水质发生了显著变化（图2）。与2017年生态修复前相比，浊度从24.97厘米显著增加到99.52厘米（图2a）（p < 0.01）。其他水质指标也呈现下降趋势，其中总磷（TP）下降最多（79.67%），其次是化学需氧量（CODMn）（71.83%）、总氮（TN）（70.48%）、磷酸盐（PO43?）（65.45%）和叶绿素a（Chl-a）（67.98%）（表S1）。亚硝酸盐（NO3-N）和铵态氮（NH4+-N）的下降幅度相对较小，
生态修复对青山水库浮游植物群落和功能群的影响
浮游植物的生长受温度、营养物质、水位和光照等多种因素的影响（Xiong等人，2021年；Melo等人，2025年）。浮游植物群落结构是水环境变化的敏感指标（Ugya等人，2025年），并影响生态系统结构和功能（Yang等人，2021年）。尽管我们的研究没有包括未修复的湖泊作为对照，但2017年至2023年的气候变化也可能影响浮游植物动态。
结论
本研究强调了结合多种措施的生态修复在青山水库浮游植物演替和组装过程中的关键作用。生态修复显著改变了浮游植物群落结构并增加了多样性，产生了更强的时空异质性。尽管绿藻门和蓝藻门仍占主导地位，但群落得到了优化：硅藻门的比例增加，金藻门和黄藻门出现。总
作者贡献声明
林晓文：撰写——原始草稿、可视化、验证、软件使用、调查、正式分析。吴晓东：撰写——审阅与编辑、监督、方法论、资金获取。葛旭光：监督、方法论、概念化。范勋：撰写——审阅与编辑、正式分析。任伟翔：可视化、调查、正式分析。周梦蝶：可视化、调查。钟晨鑫：软件使用、调查。肖春燕：数据管理。雷琳琳：数据整理
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了教育部湖北工业大学河流与湖泊智能健康感知与生态修复重点实验室的开放项目资助（HGKFYBP03）、资源枯竭城市转型与发展研究中心的开放基金会（湖北师范大学）（KF2024Y07）以及湖北师范大学研究生教育教学改革研究项目（2025JY02）的资助。
