Entender cómo las comunidades de fitoplancton responden a los cambios ambientales es esencial para gestionar los ecosistemas de agua dulce, especialmente en regiones áridas. En este estudio, investigamos la composición, distribución y respuestas ambientales del fitoplancton en 13 embalses en Ili, Xinjiang, una región árida típica en el noroeste de China. Identificamos 209 especies, con diatomeas, algas verdes y cianobacterias dominando las comunidades. Se observaron variaciones estacionales y heterogeneidad espacial en la composición de especies y factores ambientales como la temperatura, el potencial redox y la salinidad. Utilizando estadísticas multivariantes y aprendizaje automático, revelamos que los taxones clave dominan en la configuración de las estructuras comunitarias y pueden servir como indicadores de calidad del agua. Nuestros resultados demuestran que las comunidades de fitoplancton en embalses de zonas áridas exhiben patrones espaciales distintos y responden de manera diferente a los gradientes ambientales a niveles taxonómicos y funcionales. Este estudio proporciona una base científica para la evaluación de la biodiversidad y la gestión ecológica en ecosistemas de agua dulce en tierras secas.