卫星遥感揭示劳伦森五大湖叶绿素a浓度生态转型：营养调控与贻贝入侵的协同效应

本研究通过分析OC-CCI卫星数据集25年（1997-2022）的叶绿素a（Chl-a）数据，结合STL季节分解与STARS算法，首次系统量化了劳伦森五大湖因营养调控与滤食性贻贝（Dreissena spp.）入侵引发的生态转型。研究发现密歇根湖、休伦湖和安大略湖的Chl-a浓度呈现显著突变式下降，揭示了贻贝在驱动湖泊低营养级生态转型中的主导作用，为大型湖泊生态系统管理提供了卫星遥感评估新范式。

　　

劳伦森五大湖作为全球最大的淡水系统之一，其生态健康关乎北美84%的地表淡水资源。然而这个巨型生态系统正经历着前所未有的转型——水体透明度持续增加，浮游植物生物量骤减。这种变化究竟是1972年《大湖水质协议》（GLWQA）营养盐管控的成果，还是1990年代入侵的斑马贻贝（Dreissena polymorpha）和斑驴贻贝（D. rostriformis bugensis）的"生态工程"效应？这个问题困扰着学界数十年。传统野外采样受限于时空覆盖，而多卫星数据拼接又存在传感器偏差的干扰。

为解决这一难题，由Nikolay P. Nezlin领衔的国际团队在《Journal of Great Lakes Research》发表创新研究。他们首次采用欧洲航天局OC-CCI v6.0数据集（1997-2022），这个经过跨传感器校正的25年卫星叶绿素a（Chl-a）连续观测资料，结合季节性趋势分解（STL）与序列t检验（STARS）算法，构建了五大湖生态转型的"时空地图"。

研究团队通过三大关键技术实现突破：1）利用OC-CCI多卫星融合数据消除传感器偏差，2）采用STARS算法检测Chl-a浓度突变点，3）通过深度分区（沿岸带/过渡带/深水区）解析空间异质性。结果显示：密歇根湖、休伦湖和安大略湖在2002-2008年间发生显著生态转型，Chl-a降幅达37-54%，且春季水华现象消失，这与贻贝种群扩张时空高度吻合。而超级湖（Superior）因原本贫营养，伊利湖（Erie）因浅水特性，变化相对缓和。

【The study region】章节揭示，五大湖中贻贝通过双重机制重塑生态：既通过滤食实施"自上而下"控制（日均滤水量达5升/个体），又通过伪粪便沉积实现"自下而上"的磷封存。这种"生态工程师"效应远超普通浮游动物的捕食压力。

【Inter-mission artifact or shift】部分通过单卫星数据验证，排除了传感器更替导致的假阳性结果。特别值得注意的是，深水区Chl-a下降滞后于沿岸带2-4年，这与贻贝由浅入深的迁移规律一致。

【Discussion】部分指出，该研究首次证实贻贝入侵是三大湖生态转型的主控因素，其影响强度是营养盐调控的3-8倍。卫星数据揭示的转型完成时间（2008年前后）修正了传统认为"持续进行"的认知，为生态系统稳态评估提供新基准。

这项研究的意义不仅在于解明五大湖生态变迁机制，更开创了卫星遥感监测大型水体生态转型的方法学范式。OC-CCI数据集的应用证明，经过严格校正的卫星数据能有效捕捉Chl-a_max
等关键生态参数0.5 mg/m³
量级的细微变化。研究结果为《GLWQA》协议的成效评估提供客观依据，也为全球气候变化背景下入侵物种生态效应的量化研究树立了新标杆。