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本研究的主要作者包括Huiyu Xie、Xiaowei Jin、Wenpan Li、Kun Cai、Guangli Yang、Kai Chen、Jian Xu和Andrew C. Johnson。研究由中国国家环境监测中心、江苏环境监测中心、淮安环境监测中心、江西省生态环境监测中心、洞庭湖生态环境监测中心等机构合作完成。该研究于2025年2月25日发表在《Environmental Science & Technology》期刊上，卷号为59，页码为5431-5442。
本研究的主要科学领域为淡水湖泊生态系统保护，重点关注土地利用对水生生物多样性的影响。随着全球快速城市化，特别是发展中国家的经济活动加剧，淡水生态系统退化问题日益严重，水生生物多样性丧失引发了广泛关注。尽管土地利用梯度对水生群落的空间变化已有较多研究，但针对淡水湖泊的生态阈值（ecological thresholds）尚未明确，这阻碍了可持续发展目标的实现。因此，本研究旨在通过分析中国六个代表性淡水湖泊的底栖无脊椎动物群落（macroinvertebrate communities）作为生物指示物，结合土地利用模式，确定其对生态系统健康的影响阈值，为土地利用规划提供科学依据。
研究分为以下几个主要步骤：
研究区域选择与数据收集
研究选取了中国六个代表性湖泊：滇池（Dianchi）、洞庭湖（Dongting）、鄱阳湖（Poyang）、巢湖（Chaohu）、洪泽湖（Hongze）和太湖（Taihu）。这些湖泊涵盖了从高原到洪泛平原的不同生态梯度，且受到不同程度的人类活动影响。研究在2019年至2020年间，从67个采样点收集了底栖无脊椎动物和水质数据。
底栖无脊椎动物与水质采样
底栖无脊椎动物采样采用Petersen抓斗法（Petersen grab method），每个采样点重复三次，样本通过0.5 mm筛网现场筛选，并用10%福尔马林溶液保存。水质采样则在同一地点进行，分析包括pH、化学需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、总氮（TN）等参数。
土地利用数据提取
土地利用数据基于2020年30米分辨率的中国土地覆盖数据集（CLCD）提取。研究采用两种方法：一是以采样点为中心创建0.5至10公里的圆形缓冲区（circular buffers）；二是在0.5至10公里范围内创建扇形缓冲区（fan-shaped buffers），并排除湖泊水体。土地利用类型包括耕地、森林、灌木、草地、水体、裸地、不透水表面和湿地。
数据分析与生态阈值确定
研究计算了48个生物指标，涵盖分类多样性（taxonomic diversity）、功能多样性（functional diversity）和污染耐受性（pollution tolerance）。通过广义加性模型（GAM）和分段回归（piecewise regression）分析土地利用强度与生态指标的关系，确定生态阈值。
底栖无脊椎动物群落与水质空间分布
研究记录了167种底栖无脊椎动物，分属3门、7纲、21目、45科和72属。不同湖泊的物种组成差异显著，高度城市化和富营养化系统中以耐污染类群为主。水质方面，鄱阳湖和洞庭湖水质较好，而长江三角洲和云南地区的湖泊水质较差，表现为中度至重度富营养化。
土地利用强度与生态响应
研究发现，底栖群落对城市土地利用的敏感性高于农业用地，其响应阈值分别为2-10%和15-40%。研究还引入了一个新的土地利用强度指标——非生态用地与生态用地比例（NEL/EL），发现小型或高度城市化的湖泊在NEL/EL为0-0.6时生态变化显著，而大型或河流连接的湖泊在NEL/EL超过1.5时生态变化显著。
生态阈值与空间尺度
生态响应在1-5公里范围内最为显著，圆形缓冲区的效果优于扇形缓冲区。研究还发现，湖泊生态条件在非生态用地占15-30%时变化显著，水体覆盖率达到30-60%时生态条件波动明显。
本研究通过定量分析土地利用对湖泊生态系统的影响，确定了关键的生态阈值，为湖泊保护与恢复提供了科学依据。研究结果表明，城市土地利用对湖泊生态系统的负面影响尤为显著，特别是在1-5公里范围内。此外，研究提出的NEL/EL指标为土地利用规划提供了新的量化工具。这些发现不仅有助于制定更有效的湖泊管理策略，还为全球淡水生态系统保护提供了重要参考。
研究还通过结构方程模型（SEM）分析了土地利用、营养盐负荷与底栖群落之间的响应路径，发现不透水表面和农业用地通过增加营养盐浓度间接影响生态健康。这一发现为进一步研究土地利用与生态系统关系的机制提供了新的视角。
这篇研究通过系统的数据收集、创新的分析方法和全面的结果解读，为湖泊生态系统保护提供了重要的科学支持，具有较高的学术价值和应用前景。