《Journal of Contaminant Hydrology》：How do stabilized river meanders affect microbial communities and water quality in urban rivers?
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•稳定的蜿蜒河道在城市河流中形成了独特的底栖微生物栖息地。•水质变化模式与外部氮、磷输入密切相关。•沉积物微生物群落表现出明显的与弯道位置相关的分化。•环境异质性与沉积物细菌系统发育周转相关。•弯道后段的沉积物显示出更大的异质性选择贡献。引言河流生态系统是生物地球化学循环的重
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稳定的蜿蜒河道在城市河流中形成了独特的底栖微生物栖息地。
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水质变化模式与外部氮、磷输入密切相关。
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沉积物微生物群落表现出明显的与弯道位置相关的分化。
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环境异质性与沉积物细菌系统发育周转相关。
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弯道后段的沉积物显示出更大的异质性选择贡献。
引言
河流生态系统是生物地球化学循环的重要通道，为维持生物多样性和人类社会提供必需的生态系统服务（Deng等，2021；He等，2025）。然而，快速的经济增长和加速的城市化对这些系统施加了巨大的压力，导致水质普遍恶化及生态功能丧失（Wang等，2023a）。在众多普遍存在但研究不足的改变中，自然河曲的稳定化尤为突出——河曲是河流平面形态的典型特征，其固有地调节水流、泥沙输移和养分循环，从而塑造生态系统的结构和功能（Wang等，2023b；Wu等，2025）。然而在城市环境中，土地利用需求往往导致工程干预，如岸坡硬化、河道渠化和河曲稳定化，这些措施旨在满足规划、防洪和景观需求（Zhang等，2022）。这些干预不仅重塑河道形态，还可能持久地重组水文动力格局及其所支撑的生态过程（Pan等，2024；Quine等，2022；Tang等，2024）。这一实践在快速发展地区尤为普遍。例如，仅在中国，城市区域河流总长度的大部分已被渠化和稳定化，使其转变为受控的水文系统。
从动态河曲向稳定化河曲转变的生态影响是深远的。自然河曲创造了可预测的水力梯度，从高剪切的侵蚀性外岸到低剪切的堆积性内岸，这些梯度充当沉积物微生物群落的环境过滤器，塑造其多样性、组成和功能（Ge等，2021；Li等，2024）。通常，内岸流速降低，促进细颗粒和养分的沉积，这些条件可能增强微生物多样性。相比之下，外岸流速较高，伴随侵蚀和较粗沉积物，形成截然不同的栖息地（Wang等，2023b）。这些微生物群落是河流健康的基础，介导关键养分循环并迅速响应环境变化（Li等，2022；Wu等，2025）。然而，目前对河曲尺度生态动态的理解几乎完全来自自然系统。这些关系在稳定化的城市河曲中如何延续或根本重组，仍是一个关键的认知空白。
城市河流经常失去自然的河曲迁移和沉积动态。随着时间的推移，固定的平面形态几何形状和受控的水文动力可能以解耦或重新缩放自然系统中典型的水文动力-微生物关系的方式重构底栖栖息地。与自然河道相比，城市河流存在解耦水文动力、微生物组装和水质之间典型联系的风险（Chen等，2024；Shang等，2023），并常在持续的人为压力下表现出独特的生态水文关系，但固定河曲形态在塑造这些关系中的具体作用尚未得到充分阐明。沉积物微生物群落与水质的相互作用是生态系统功能的核心，因为微生物群落既响应水文动力和污染物输入，又调控氮和磷等关键养分的循环。其结构和功能的变化直接影响生态系统稳定性和健康（Yang等，2022b）。在城市环境中，人为污染物负荷可进一步放大这些反馈。然而，针对城市河曲区域的专门调查仍然稀缺，有限的监测限制了对其生态影响的全面评估（Barrantes-Jiménez等，2025；Xu等，2025）。因此，阐明稳定化弯道影响微生物群落的机制至关重要，因为这些群落位于物理栖息地和水质之间，既响应又调控污染物的归宿。
为弥补这一空白，我们研究了中国广州的阳美河，这是一条具有代表性的城市河流，在不同城市用地类型中拥有多个稳定化的河曲。我们将水质现场测量与沉积物16S rRNA扩增子测序、网络分析和群落组装建模相结合。本研究旨在：(1) 表征沿稳定化河曲的弯道位置尺度上沉积物微生物群落多样性、组成和推定共现模式的变化；(2) 考察局部水力条件和养分相关水质梯度沿弯道位置的变化及其与底栖微生物模式的关系；以及(3) 确定在稳定化城市河流中微生物群落组装过程如何随不同弯道位置而变化。通过聚焦工程化而非自然河曲，本研究为在城市河流修复和微生物栖息地管理中考虑弯道尺度水文动力条件提供了生态证据。
章节摘要
研究区、采样与测量
本研究在中国广州市天河区的一条典型城市小河——阳美河上开展。该河全长6.7公里，流域面积为15.83平方公里。由于城市管理需要，河床和河岸已进行硬质工程和生态改造。采样点选自曲率和工程干预程度不同的弯道（表1，图1）。现场测量和样本采集于
弯道位置差异对局部物理栖息地条件的影响
在七个稳定化的河曲中，弯道前、弯道中和弯道后段的水文动力变量表现出显著的空间异质性（图2）。如图所示，当水流经过弯道时，流速呈持续下降趋势。这是因为在导流过程中，离心力引起横向环流和二次流，形成更复杂的流场结构，导致更大的能量耗散，与
河流河曲中水文动力对微生物空间异质性的驱动
我们的结果表明，底栖微生物群落在弯道位置间的分异强于上覆水群落。水柱中的混合和扩散可能减弱浮游群落的时空差异，而沉积条件和沉积物微环境可以保留更强的局部结构。从弯道前到弯道中，沉积物Shannon指数下降了15–20%，在弯道后位置略有回升，
结论
我们的弯道位置尺度调查揭示了沿稳定化城市河曲的底栖微生物群落和水化学的空间差异。通过比较弯道前、弯道中和弯道后位置的样本，本研究表征了微生物群落沿稳定化弯道的纵向组织格局。通过对阳美河沿线七个稳定化河曲的调查，我们观察到与短期水质相关的因素之间出现了分化
CRediT作者贡献声明
朱大彤：撰写——初稿，验证，方法学，形式化分析，数据整理，概念化。曾家兴：可视化，调查，数据整理。苏佳杰：软件，调查，形式化分析。刘寿书：可视化，数据整理。陆卓寅：验证，软件，数据整理。袁赛语：撰写——审阅与编辑，监督。魏翔龙：撰写——审阅与编辑。唐洪武：监督，经费获取，概念化。程向聚：
未被引用的参考文献
Fu等，2025
Louca等，2018
Stegen等，2012
利益冲突声明
作者声明他们不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究由国家自然科学基金资助（52209088、52479064、52539005）、水力及山区河流工程国家重点实验室开放基金（SKHL2223）、广州市科技计划项目（SL2024A04J00638）、广东省基础与应用基础研究基金（2024A1515011047、2025A1515011022、2026A1515011977）。所有资助来源均致谢。
朱大彤|曾家兴|苏佳杰|刘寿书|陆卓寅|袁赛语|魏翔龙|唐洪武|程向聚
