近年来，全球气候变化和人类活动加剧导致湖泊、水库富营养化及藻类水华频发，对水生态系统和饮用水安全造成严重威胁。叶绿素a（Chlorophyll-a，Chl-a）作为表征浮游植物生物量的重要指标，被广泛应用于湖泊水华遥感监测。然而，不同藻门在细胞大小、色素组成和生态功能等方面存在明显差异，仅依赖Chl-a等总体指标难以准确区分不同藻类群落在水华形成过程中的具体贡献，也制约了对蓝藻水华发生机制及生态风险的深入认识。针对这一问题，中国科学院东北地理与农业生态研究所水环境遥感研究团队构建了基于Sentinel-3 OLCI卫星数据的多藻门浮游植物密度遥感反演与蓝藻水华等级评估方法，实现了蓝藻门（Cyanophyta）、绿藻门（Chlorophyta）和硅藻门（Bacillariophyta）密度的同步定量监测，并从藻类群落结构角度对东北地区湖泊蓝藻水华风险进行了系统评估。

研究团队在东北地区16个湖泊开展系统野外调查，并结合浮游植物分类计数、现场光谱观测及Sentinel-3 OLCI卫星数据，开展多藻门密度遥感反演研究。通过构建多波段组合和三波段基线高度等光谱特征，筛选与不同藻门密度密切相关的敏感特征，进一步利用随机森林算法分别建立蓝藻门、绿藻门和硅藻门密度反演模型。

图1 基于Sentinel-3 OLCI的蓝藻门、绿藻门和硅藻门密度遥感反演模型验证结果

结果表明，蓝藻门是东北地区湖泊浮游植物群落及藻类水华的主要优势类群，其平均密度达1.54×10⁷ Cells/L，分别为绿藻门和硅藻门平均密度的15.6倍和17.0倍。2016—2023年间，42.37%的湖泊蓝藻门密度呈显著上升趋势，说明东北地区部分湖泊蓝藻增殖风险仍在增加。在此基础上，将蓝藻密度与水华等级相联系，建立了由无明显水华、轻度水华、中度水华和重度水华构成的四级蓝藻水华严重程度评估体系。长期遥感结果显示，东北地区湖泊蓝藻门Ⅰ—Ⅳ级水华面积平均比例分别为73.74%、16.76%、8.11%和1.38%；绿藻门和硅藻门则在99%以上的观测中处于无明显水华或轻度水华状态，进一步表明东北地区湖泊藻类水华主要由蓝藻驱动。研究还发现，重度蓝藻水华影响面积比例由1.51%增加至2.54%，表明部分湖泊严重水华的生态风险正在加剧。

该研究突破了传统水华遥感主要依赖Chl-a或单一蓝藻指标的监测模式，将卫星遥感监测进一步拓展到不同藻门密度的定量识别与水华严重程度评估，实现了从“监测藻类总量”向“识别优势藻类类型和水华风险等级”的转变。同时，该研究对推进清洁水和水生态系统保护等联合国可持续发展目标具有重要意义。

相关成果已发表于国际期刊《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》。东北地理所联合培养硕士研究生严照江为论文第一作者，房冲项目副研究员为通讯作者。研究获得国家自然科学基金联合基金、国家重点研发计划及中国科学院战略性先导科技专项等共同资助。

论文信息：

Yan, Z., Fang, C., Song, K., Liu, G., Lyu, Y., Shen, J., & Liu, S. From pixels to Algae: Assessing cyanobacterial bloom severity in Northeastern lakes through Multi-Class phytoplankton density retrieval[J]. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 2026, 152: 105431.

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jag.2026.105431