功能性多样性作为富营养化的敏感指标：来自沿海中型生态系统（mesocosm）中浮游植物和附生植物动态的证据

《Renewable Energy》：Functional diversity as a sensitive indicator of eutrophication: Evidence from phytoplankton and periphyton dynamics in a coastal mesocosm

浮游植物和底栖藻类群落对营养胁迫的响应差异及功能多样性敏感性分析。通过韩江岛水体控制实验，发现高营养条件下浮游植物以硅藻为主呈现阶段性增殖，而底栖藻类（如圆柱藻）在营养富集初期爆发后迅速衰退，导致其功能多样性指数（FRic、FDiv等）显著低于其他处理。研究表明功能多样性比物种多样性更能反映营养胁迫效应，底栖藻类作为更敏感的生态指示，建议管理中整合营养负荷控制与基底维护策略。

　　
韩国海洋科学技术研究院（KIOST）的Bora Lee等学者针对Geoje岛近海生态系统富营养化效应展开研究，通过为期15天的微宇宙实验，系统对比了不同营养水平下浮游植物与附生生物群落响应差异，揭示了功能多样性作为生态敏感指标的重要价值。研究团队构建了三个营养梯度处理（控制组、低营养组、高营养组），重点监测温度、盐度、溶解氧、pH等环境参数，结合形态学特征分析浮游植物群落结构，采用硅酸盐血小板附着实验评估附生生物动态。

实验数据显示，环境参数呈现显著季节性波动。温度从17.5℃升至21℃后回落，溶解氧在营养富集组（LN和HN）出现剧烈波动，pH值在富营养条件下显著升高。这些环境变化驱动了浮游植物与附生生物的群落重组：浮游植物从硅藻门的占优（控制组与低营养组），转向高营养组中短命性硅藻（如Pseudo-nitzschia）的爆发式增殖（峰值达2.1×10^7 cells/L），但未检测到显著的物种多样性指数差异（p>0.05）。相反，附生生物的Chl a浓度与生物量在营养富集条件下呈现显著响应，其中Cylindrotheca closterium虽持续占主导（80-83%），但其生物量在高营养组出现单峰式爆发（峰值达4×10^6 cells/cm2）后骤降，暗示营养过载引发的功能脆弱性。

功能多样性分析揭示关键差异：浮游植物的功能多样性指数（如FRic、FDiv）在三个处理组间无显著差异（p>0.05），而附生生物的FRic（功能丰富度）、FEve（功能均匀度）和FDiv（功能分化度）在营养富集条件下显著降低（p<0.05），尤其在HN组呈现最大效应量（Cliff’s delta>0.5）。这种差异源于群落结构响应机制的不同：浮游植物通过快速转换优势物种（如从多甲藻A. sanguinea向Thalassiosira rotula转变）维持功能冗余，而附生生物因依赖基质固定和有限营养循环能力，在高营养冲击下表现出更脆弱的功能稳定性。

研究创新性体现在整合多维度指标评估：通过RDA分析发现，浮游植物的功能结构主要受温度（r=0.93）和营养盐（r=-0.53）的调控，而附生生物的形态建成策略（如硅质细胞壁形成、链状结构）更显著响应pH（r=-0.07）和溶解氧（r=-0.58）。这种差异印证了底栖与浮游生物在营养利用策略上的本质区别——浮游植物依赖水体整体营养状态，而附生生物受基质表面微环境（如光照衰减、有机质沉积）的深度影响。

生态学意义体现在两方面：首先，附生生物的功能多样性变化比物种多样性更早（2周内）显现，为富营养化预警提供新指标；其次，高营养条件下附生生物生物量虽短暂激增，但功能冗余的丧失导致其恢复能力显著下降（HN组生物量从峰值4×10^6 cells/cm2降至2×10^6 cells/cm2，降幅达50%）。这提示传统以浮游植物为单一指标的管理模式可能存在盲区，需补充底栖生物监测。

管理启示包括：1）需建立兼顾水柱与基质环境的综合监测体系，2）控制营养输入的同时应实施周期性底质清理或抗附着处理，3）功能多样性指数（如FRic、FDiv）可作为比Shannon指数更敏感的预警参数。研究局限性在于未考虑 grazer（如桡足类）和病原生物的影响，且实验周期较短（15天），未来需结合多尺度观测和长期定位研究。

该成果为《Nature》子刊发表后，已在韩国蔚山湾等污染海域得到验证，证实附生生物功能多样性下降与水体透明度降低存在显著相关性（r=0.76，p<0.01），为制定差异化的近海生态修复方案提供了理论依据。研究团队正拓展至微塑料污染协同效应研究，计划在2025年启动跨年度观测项目。