引言
由 Alexandrium spp. 引起的有害藻华 (HABs) 由于产生麻痹性贝类毒素 (PSTs) 并通过食物网生物积累，对海洋生态系统、水产养殖和人类健康构成重大威胁 (Anderson et al., 2012; Hallegraeff, 2003; Hallegraeff et al., 2018)。在塔斯马尼亚岛东海岸，Alexandrium catenella 的反复 blooms 对塔斯马尼亚水产养殖业造成了损害，因受污染的海鲜和麻痹性贝类中毒 (PSP) 导致数百万美元的经济损失 (Hallegraeff, 1992; Hallegraeff et al., 2020)。2012 年至 2017 年间，与 A. catenella 相关的 PST 浓度在塔斯马尼亚多个东海岸海洋养殖场超过了监管限制 (>0.8 mg kg-1)。该地区 A. catenella 毒素产生的升高被认为与一系列本地非生物和生物驱动因素有关，包括上升流、风力松弛、分层和低温海表温度 (SST)，这些因素共同促进了藻华发展和毒素积累 (Condie et al., 2019; Hallegraeff et al., 2018; Wells et al., 2019; Xie et al., 2021)。然而，在经历这段毒素峰值事件期后，自 2017 年以来频率显著下降，原因尚不清楚。
全球范围内，HAB 的发生和毒性源于本地环境条件与大规模气候变率之间的相互作用。物理驱动因素如海洋混合、分层和大量营养盐 (硅酸盐、磷酸盐、亚硝酸盐和硝酸盐) 的可用性塑造了藻华动态 (Anderson, 2009; Anderson et al., 2012; Hallegraeff, 2003; Wells et al., 2015)。然而，特定 HAB 物种的毒素产生主要是由直接环境条件驱动还是更广泛的生态系统动态变化驱动，尚不确定，因为这些因素及其相互作用在不同地点存在差异 (Trainer et al., 2012)。对于 Alexandrium spp.，毒素事件与多个气候指数有关，如太平洋年代际振荡 (PDO)、厄尔尼诺 - 南方涛动 (ENSO)、南方环模 (SAM) 和南方涛动指数 (SOI) (Feifel et al., 2012; Moore et al., 2010; Nishitani & Chew, 1984)。在美国西北海岸，毒性水平增加与 PDO 正相位相关，其中 SST 超过 13°C 会加速 Alexandrium spp. 的生长 (Nishitani & Chew, 1984; Norris & Chew, 1975)。相反，正 ENSO 相位并未触发类似的毒性增加，然而另一种 HAB 属 Pseudo-nitzschia 及其毒素与 ENSO 和 PDO 的正相位均有关联 (McCabe et al., 2016; McKibben et al., 2017)。Alexandrium spp. 对 ENSO 和 PDO 的不同响应可能反映了变暖持续时间和季节性时机的差异 (Moore et al., 2010)。
在南半球温带系统中，ENSO 和 PDO 影响整个太平洋的 SST 变率，而 SAM 和 SOI 调节南大洋的大气环流、风模式和 SST。SAM 反映了西风带的纬度移动，影响塔斯马尼亚岛南部的降雨和温度 (Hendon et al., 2007)，而 SOI 代表海平面气压的变化 (Suppiah, 2000)。在塔斯马尼亚，本地海洋条件与气候变率之间的相互作用与正 SAM 相位期间 A. catenella 藻华强度增加但毒性降低有关 (Cadaillon et al., 2022; Paredes-Mella et al., 2021)。相反，智利的负 SAM 异常也与类似的毒性和藻华条件有关联 (Crawford et al., 2021)。这些跨地区和浮游植物的对比反应突显了本地环境条件和更广泛气候振荡的重要性。
遥感和气象数据有助于识别各个尺度的关键驱动因素，并改进毒素事件的预测。SST 有助于确定上升流和分层动态等可能有利于 HAB 发展和毒素产生的过程 (Stumpf & Tomlinson 2007)，而叶绿素 a (chl-a) 作为浮游植物生物量的代理指标 (Blondeau-Patissier et al., 2014)。在澳大利亚新南威尔士州，A. pacificum 的 blooms 事件显示，在 bloom 期间水柱温度下降之前，chl-a 有所增加 (Barua et al., 2020)。然而，对于 Alexandrium spp.，即使在高丰度较低的情况下也观察到高毒素水平 (Wells et al., 2019)，由于相关的低 chl-a 水平，这可能会给使用卫星数据进行检测带来挑战。降水和本地气象条件如风分别用于预测富营养化事件和物理传输或上升流。风可以将 HABs 传输或困在本地海湾，并促进支持 Alexandrium blooms 的上升流或下沉流 (He & McGillicuddy 2008; Condie et al., 2019)，具体取决于盛行条件。有毒藻类从近海向海岸的传输可能导致在生长条件变得有利时形成 blooms，这在马萨诸塞州乔治斯银行 (Georges Bank) 的 A. fundyense 中已得到证实 (Zhang et al., 2020)。
在塔斯马尼亚岛东海岸，A. catenella 的 blooms 通常在寒冷的冬季水中发展，并在春季达到峰值。强烈、高浓度的 blooms 似乎与持续的低风力和较冷的水温有关 (Condie et al., 2019; Xie et al., 2021)。一种提出的机制涉及低温空气优先冷却浅层沿海水域。这创造了下沉并作为潜流出流在相对温暖的近海陆架水域下流动的高密度水。当这种情况发生在近岸区域原本稳定的热分层背景下时，条件为甲藻提供了竞争优势 (Condie et al., 2019; Hallegraeff et al., 2018)。气候指数与本地阈值之间这些复杂的非线性相互作用表明，数据驱动的机器学习方法（如随机森林 (RF)），结合全面的本地、区域和气候尺度数据集，可能会揭示以前被忽视的新模式和环境驱动因素。
在此，我们使用应用于卫星衍生的海洋变量、本地气象数据和大规模气候指数的 RF 模型，量化了塔斯马尼亚岛东海岸 PST 事件的环境驱动因素。我们刻画了与沿海地区 PST 发生相关的环境生态位。通过将 PST 发生与关键环境协变量联系起来，我们确定了塔斯马尼亚东部毒素事件的主要驱动因素，评估了从气象和卫星观测变量预测 PST 风险的能力，并评估在 SST 持续变暖的情况下，利用现代气候模型预测评估塔斯马尼亚 A. catenella 相关毒素风险可能如何变化。
Lael Wakamatsu|Gregory L. Britten|Christopher J.S. Bolch|Andrew M. Fischer
