基于混合密度网络的遥感技术与禽肉毒中毒研究：里海东南部的环境驱动机制与预警应用

《Journal of Great Lakes Research》：Remote sensing and avian botulism: Observations based on Mixture Density Network (MDN) algorithm in the southeastern Caspian Sea

本文创新性地结合多时相卫星遥感（Landsat-8 OLI/Sentinel-2 MSI）与现场监测数据，应用混合密度网络（MDN）算法反演叶绿素a（Chl-a）和有色溶解有机物（CDOM），揭示了伊朗米安卡莱湿地禽肉毒中毒爆发与水温（LST）、藻类繁殖及有机质变化的时空耦合关系。研究发现Chl-a异常与死亡率存在2–3个月滞后相关，CDOM峰值与2020年爆发同步，为沿海生态系统肉毒杆菌（C. botulinum）风险预警提供了可扩展的遥感框架。

　　

亮点

本研究通过混合密度网络（MDN）模型精准预测了叶绿素a（Chl-a）和有色溶解有机物（CDOM）等关键水质参数，这些参数通过直接或间接影响溶解氧水平、促进缺氧环境，成为水生生态系统中禽肉毒中毒爆发的重要诱因。本研究利用哨兵-2号多光谱成像仪（Sentinel-2 MSI）数据，结合C2RCC大气校正方法，以及陆地卫星-8号陆地成像仪（Landsat-8 OLI）获取的地表温度（LST）数据，阐明了禽肉毒中毒爆发前、中、后阶段的环境条件动态。

讨论

对图6和图8（2017–2024年）的数据分析表明，叶绿素a（Chl-a）和有色溶解有机物（CDOM）的光学活性显著下降，其中2022年采样期间的下降最为明显。这种模式很可能与该区域的生态变化有关。在最初几年（2017–2020年），水位相对充足，Chl-a和CDOM浓度保持准稳定状态。然而，随着时间的推移，水深持续下降和盐度上升，导致浮游植物群落结构发生变化，可能转向更耐盐的物种，这些物种的Chl-a浓度通常较低。此外，水文连通性的减弱限制了营养盐和有机物的输送，进一步降低了Chl-a和CDOM的水平。这些环境变化共同改变了生态系统的动态，可能减少了禽肉毒中毒爆发的某些诱发因素，但也可能预示着生态系统健康状况的总体恶化。

结论

本研究利用MDN模型实现了对叶绿素a（Chl-a）和有色溶解有机物（CDOM）等关键参数的高精度预测。这些参数通过影响溶解氧水平和促进缺氧环境，成为水生生态系统中禽肉毒中毒爆发的关键因素。结合哨兵-2号多光谱成像仪（Sentinel-2 MSI）和陆地卫星-8号陆地成像仪（Landsat-8 OLI）的地表温度（LST）数据，本研究阐明了禽肉毒中毒爆发不同阶段的环境条件。研究结果强调了将遥感衍生的热力和生物光学指标相结合，对于识别禽肉毒中毒易发环境条件、开发早期预警系统以支持沿海生态系统保护和风险管理具有重要价值。