气候变暖和人类活动正在加速改变生物群落结构，导致生态系统从一种稳态向另一稳态转变，两种稳态之间快速变化的转折点即为生态阈值。泥炭地在全球碳循环和生物多样性保护中发挥核心作用，但气候变暖和人为排水等干扰加速了泥炭地退化。在评估泥炭地退化状态和生态修复效果时，确定科学的生态阈值至关重要。硅藻是指示水质和水量变化的有效生物指标，近年来国内外学者对泥炭地硅藻关注日益增多，然而目前对硅藻群落对泥炭地生态水文的阈值响应特征了解甚少。
基于上述背景，本文的科学问题是：硅藻属种组成和功能群（生活型、个体大小和生态类群）沿水位、pH值和电导率梯度如何变化，能否通过量化分析准确识别硅藻属种组成和功能群发生突变时的生态阈值。
本文选取神农架大九湖泥炭地作为研究对象，在2014年至2020年的生长季，采集了150个表层样品，涵盖洼地、藓丘等不同微生境，同时测试水位埋深（Depth to the water table, DWT）、pH值和电导率。
▲2014-2020年采样点地下水位埋深、pH和电导率的均值与标准差
▲鄂西泥炭地中常见硅藻扫描电镜照片：(a) Aulacoseira; (b) Navicula; (c) Tabellaria; (d) Decussata; (e) Meridion和 (f) Eunotia。白色横线代表10μm
▲沿地下水位梯度的主要硅藻属种和功能群组合百分含量变化
结果显示，硅藻属种组成的梯度长度大于2个标准差（2.64 SD），数据符合单峰分布，可用了典范对应分析（CCA）揭示物种与环境因子关系；而功能群组合的梯度长度小于2（1.65 SD），因而采用冗余分析（RDA）揭示功能群与环境因子关系。
结合前向选择和蒙特卡洛置换检验，剔除共线性干扰，发现水位和pH是解释属种组成变化的显著变量，而水位和电导率是解释功能群组成变化的显著变量。
▲硅藻属种和功能群与显著环境因子的典范对应分析(CCA)与冗余分析(RDA)双轴图
进一步采用阈值指示分类群分析（TITAN，Threshold Indicator Taxa Analysis），通过计算每个物种或特征沿环境梯度的指示值（IndVal）得分，准确捕捉单个分类群同步发生显著变化的转换点。计算随环境梯度变化而含量下降的属种/功能群（z-）和含量上升的属种/功能群（z+），并通过500次Bootstrapping重抽样严格检验阈值的准确性。
▲基于TITAN分析的硅藻属种(A,B)和功能群(C,D)沿环境变化的累积频率分布及阈值
TITAN分析结果表明，硅藻属种和功能群拥有相似的水位阈值（12-12.5 cm），属种组合在pH=4.58时发生突变，而功能群组合在电导率为17.8mS/cm发生突变。
（1）泥炭地中硅藻属种组成主要受到水位和pH值的影响；而硅藻功能群（如细胞大小、生活型）组成则与水位和电导率表现出显著的相关性。
（2）硅藻属种组合在DWT大于12 cm或pH大于4.58时发生突变；而功能群组合突变发生在DWT大于12.5 cm或电导率大于17.80 μS/cm时。上述数值即为基于硅藻分析得出的生态阈值。
（3）硅藻功能群对电导率变化更为敏感，能够补充硅藻属种未捕获的环境信息。将二者结合应用，可有效提升对泥炭地复杂生态水文过程的监测与评估能力。
本研究采样集中在每年生长季的少数月份，考虑泥炭地的水文条件在月际间波动较大，未来需要开展长期连续监测，有助于厘清生物对环境变化的响应机制。其次，当前阈值估算主要基于大九湖一处泥炭地的结果。未来有必要进一步扩展亚热带泥炭地表层数据库，测试多水环境参数进行综合验证。
该研究成果于2026年5月在《Journal of Hydrology》发表。h次元
（武汉）h次元
和神农架大九湖湿地关键带野外科学观测研究站陈旭教授、黄咸雨教授、曾令晗副教授、彭佳博士后、李俊璐硕士、徐双余博士、何军硕士、乔淑敏硕士为论文共同作者。该研究工作得到国家自然科学基金（42171166 和U20A2094）共同资助。
Chen Xu, Li Junlu, Peng Jia, Xu Shuangyu, He Jun, Qiao Shumin, Zeng Linghan, Huang Xianyu. 2026. Threshold responses of diatom community to hydrological changes in an alpine peatland based on long-term (2014–2020) monitoring data. Journal of Hydrology 675, 135613.
