多源监测技术揭示蓝藻水华动态：成像流式细胞术与光学传感器的协同应用

为解决蓝藻水华监测方法一致性不足的问题，研究人员通过高分辨率成像流式细胞仪（IFCB）、光学传感器（PC/Chl a荧光）、显微镜和卫星遥感（FCA）等多技术对比，揭示了不同方法对丝状蓝藻生物量评估的异同，证实IFCB与CS（CytoSense）的高一致性，为蓝藻动态监测提供了高时空分辨率的技术支持，对生态预警和治理具有重要意义。

　　

蓝藻水华是全球淡水与半咸水生态系统的重大环境问题，其暴发不仅威胁饮用水安全，还会通过产毒和耗氧破坏生态平衡。传统监测依赖低频显微镜计数，难以捕捉水华快速动态；而新兴技术如成像流式细胞术（IFCB）和光学传感器的适用性尚未系统评估。为此，芬兰Ut?大气与海洋研究所联合多机构，利用IFCB、CytoSense（CS）、藻蓝蛋白（PC）荧光传感器、叶绿素a（Chl a）荧光、浊度及卫星遥感（FCA）等多源数据，对比了2018-2022年巴尔的海夏季蓝藻水华的监测结果，相关成果发表于《Harmful Algae》。

关键技术包括：1）IFCB每小时5 mL样本的高通量成像，结合卷积神经网络（CNN）分类丝状蓝藻（Aphanizomenon/Dolichospermum/Nodularia）；2）CS通过脉冲形态分析检测蓝藻光学特征；3）PC和Chl a荧光传感器实时监测；4）显微镜计数验证；5）卫星FCA反演30 km范围水华频率。

研究结果：

1. 蓝藻水华季节动态：IFCB显示水华始于6月下旬，水温15°C时生物量骤增，峰值持续1-2周（最高2000 μg L^-1），与FCA强相关（r=0.78）。
2. 显微与IFCB一致性：两者对优势种判断一致，但生物量差异显著——显微镜对Aphanizomenon/Nodularia估值高2倍，IFCB对Dolichospermum高2倍，主因大聚集体未被IFCB捕获。
3. 高通量仪器对比：IFCB与CS生物量线性极强（r=0.93），但CS在>500 μg L^-1时估值更高，可能与CS检测更大聚集体（800 μm）有关。
4. 光学传感器表现：PC荧光与IFCB蓝藻生物量高度同步（r=0.86），而Chl a荧光仅与总浮游植物相关（r=0.73），证实PC是更特异的蓝藻指标。

讨论与意义：
该研究首次系统验证了IFCB和CS在丝状蓝藻监测中的可靠性，填补了高频成像技术与传统方法间的数据鸿沟。IFCB提供的高分辨率分类数据（如Dolichospermum与Aphanizomenon动态差异）揭示了种间竞争机制，而PC荧光传感器的低成本特性可辅助基层监测。卫星FCA与现场数据的结合，实现了从点位到区域尺度的水华追踪，为巴尔的海蓝藻长期趋势分析提供了新范式。尽管IFCB存在对大型聚集体低估的局限，但其自动化优势显著提升了监测效率，未来可通过算法优化进一步提升精度。研究强调，多技术联用（如IFCB+PC传感器+FCA）是捕捉蓝藻快速演替的最佳策略，为全球水华预警系统的构建提供了关键技术框架。