研究人员选取了高原湖泊
-
滇池和平原湖泊
-
太湖两个我国典型富营养化湖泊作为研究地点，
分别在
2022
年
7
月和
2023
年
3
月进行了生态调查，测定了两个湖泊的水质理化性质，并对地表水样品进行
eDNA
提取，使用不同引物组分别扩增鱼类、藻类、真菌、原生动物、无脊椎动物和细菌，通过
Illumina
平台测序并利用
QIIME
软件进行生物信息学分析。
图
1.
滇池和太湖的空间分布和流域边界以及采样点位置
文中计算了
α
多样性和
β
多样性，利用独立样本
T
检验分析和主成分分析分析湖泊群落结构的季节性变化。通过机器学习构建多营养级生物网络，采用偏最小二乘路径模型（
PLS−PM
）分析了自上而下和自下而上的效应，阐明
了水生群落中群落稳定性变化的直接和间接驱动因素。（自上而下效应指顶级捕食者（如鱼类）对初级消费者（如浮游动物）的捕食及其对生产者（如藻类）的级联影响；自下而上效应定义为富营养化对生产者（如藻类）和级联顶级消费者（如鱼类）的影响）。
研究人员绘制了
Circos
图（图
2
），数据显示，滇池（高原湖泊）和太湖（平原湖泊）具有明显的优势类群，且这些类群的相对序列丰度表现出显著的季节波动。
图
2.
滇池和太湖多营养群落的优势类群在不同季节之间组成变化
沿两个主成分轴的分离证明了多营养水生群落的结构（即
β
多样性）在湖泊和季节之间表现出显着差异。滇池（高原湖泊）的原生动物季节性差异显著高于太湖（平原湖泊），而鱼类则表现出相反的趋势。
图
3.
基于
Jaccard
（鱼类和无脊椎动物）和
Bray-Curtis
（原生动物、真菌、藻类和细菌）相异性矩阵的群落结构主成分分析 （
PCA
）
通过独立样本
T
检验分析不同湖泊和季节间分类群丰富度的显著差异。结果表明，在太湖中除真菌外的其他分类群（如鱼类、浮游动物等）在
7
月的丰富度指数在近
70%
的采样点中高于
3
月；然而，滇池除原生动物和藻类外，其他分类群的丰富度指数在
7
月相比
3
月有所下降，且超过
50%
的采样点显示出这一趋势。
图
4.
滇池和太湖不同水生群落丰富度的季节性变化
通过构建滇池和太湖的跨季节多营养级生物网络（图
5
），发现不同湖泊和季节的生物网络结构存在显著差异。太湖拥有更多的节点和链接，太湖的网络不仅具有更高的整体连通性，而且在春季显示出链接的显著增加，这表明物种之间的生态相互作用更大。与滇池相比，太湖表现出更高的网络鲁棒性、脆弱性、连通性、连锁密度和生态位重叠。
图
5.
滇池和太湖跨季节的多营养级生物网络组成
按照食性类别对生物网络中的节点和连接进行分类，并计算这些节点和连接在不同季节中的比例。发现高原湖泊和平原湖泊中形成生物网络的优势类群在不同季节的比例存在显著差异（图
6
）。在滇池中，初级生产者（藻类）和分解者（细菌和真菌）的季节差异最为显著，差异超过
4%
。而在太湖中，初级消费者（无脊椎动物和原生动物）的季节差异达到
7%
。与太湖相比，滇池生物网络中优势类群之间的季节性联系变化较大。滇池中，
7
月
“
生产者内部
”
联系的比例几乎是
3
月的
10
倍，而
“
分解者内部
”
联系的比例在
3
月是
7
月的两倍以上。
图
6.
滇池和太湖多营养级生物网络不同摄食类群的节点与连接比例变化
采用偏最小二乘路径模型（
PLS-PM
）分析富营养化湖泊群落稳定性的生物驱动因素。结果表明，滇池主要受“自下而上”效应调控，群落稳定性由分解者（
0.74
）和生物网络（−
1.06
）主导；太湖则由“自上而下”效应调控，顶级捕食者通过影响消费者（
0.62
、
0.89
）和生物网络（−
1.37
）决定群落稳定性，研究揭示了不同湖泊的稳定性调控机制及其生态差异。
图
7.
偏最小二乘路径模型（
PLS
−
PM
）分析浅水富营养化湖泊群落稳定性变化的直接和间接驱动路径
