《Journal of Environmental Management》：Real-time control of wetlands alters waterbird activity and water quality outcomes
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表现不佳的风暴潮人工湿地日益普遍，通过实时控制（real-time control, RTC）管理此类系统的水流有望改善水文和处理性能。既往研究将人工湿地的净病原体输出归因于水鸟，但其在湿地内的活动对水质的影响仍不明确。此外，流量控制对当地水鸟及人工湿地水质的
表现不佳的风暴潮人工湿地日益普遍，通过实时控制（real-time control, RTC）管理此类系统的水流有望改善水文和处理性能。既往研究将人工湿地的净病原体输出归因于水鸟，但其在湿地内的活动对水质的影响仍不明确。此外，流量控制对当地水鸟及人工湿地水质的影响尚未得到探究。传统水鸟监测需要大量投入，限制了高分辨率监测能力。本研究开发并采用预训练图像分析模型，以提供人工湿地内水鸟活动的高时空分辨率，并探究实时控制对水鸟活动及相关水质影响的作用。实时控制湿地水位在自然水位（natural water level, NWL）以下20至30 cm处暴露底泥时，水位每下降5 cm，水鸟出现频次增加4.6倍。当前体温度高于20 ℃时，水鸟与湿地交互与出水空肠弯曲杆菌属（Campylobacter spp.）浓度呈显著相关（0.92，p = 0.025），但与大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）浓度无显著相关性。在低于20 ℃的条件下，空肠弯曲杆菌属浓度从进水到出水增加1.0 log，高流量与出水浓度相关性最高，但在较冷时段无任何因子呈现显著相关性。在寒冷时期，降雨事件前主动排空湿地可能有助于降低峰值流量及受污染底泥的再悬浮，从而降低出水微生物浓度。
该研究针对澳大利亚墨尔本Troups Creek人工湿地开展，发表于《Journal of Environmental Management》。当前城市径流导致受纳生态系统退化，人工湿地作为处理系统虽具水文调节、净化及栖息地功能，但大量既有设施因老化、设计不当出现长期淹没、水生植物衰退及处理效率低下的问题。同时，人工湿地出水常检出高浓度空肠弯曲杆菌（Campylobacter spp.），其作为主要胃肠道致病菌，在澳大利亚的水生环境中存活率高，且80%以上可溯源至水鸟排泄物，但水鸟活动与出水污染物浓度的关系尚未明确。此外，现有实时控制（RTC）研究多局限于实验室或模型尺度，未考虑水处理与水鸟栖息地的双重管理冲突，而传统人工水鸟调查依赖人工地面或航空观测，资源消耗大，难以实现连续高分辨率监测。因此，本研究旨在开发无本地训练需求的预训练图像分析流程，量化RTC对水鸟活动的影响，揭示水鸟活动与出水大肠杆菌（E. coli）及空肠弯曲杆菌浓度的关联，并提出优化出水水质的RTC策略。
研究人员采用的主要技术方法包括：在4.7公顷的Troups Creek人工湿地布设3台相机陷阱，于2023年7月至2025年2月每日采集12兆像素图像共208,254张；部署雷达水位传感器同步记录水位数据，并收集气象站降雨与温度数据；采用YOLOv9e预训练单阶段目标检测模型，通过裁剪图像区域、调整置信度阈值（10%）与交并比（IoU, 10%）、合并重复检测等预处理步骤实现水鸟计数，未进行本地训练；通过曼-惠特尼U检验（Mann-Whitney U Test）分析水位与水鸟活动的统计关联；采集进、出水水样，采用Colilert?定量盘法检测E. coli最大可能数（MPN），采用11管MPN-PCR法检测空肠弯曲杆菌浓度，并通过皮尔逊（Pearson）与斯皮尔曼秩（Spearman's Rank）相关分析探究环境因子、水鸟活动与水质参数的关系。
研究结果分为以下部分：
3.1 预训练图像分析模型性能
原始YOLOv9e模型对水鸟检测的精确率达63.3%，但召回率不足50%，F1分数为63.3%。经图像灰度化过滤低光照与模糊图像、裁剪为近景、中景、远景区域并合并检测结果后，模型精确率仅降低3.9%，召回率提升24.5%，F1分数升至79.3%，达到需本地训练的同类研究水平，证明无需本地训练即可实现湿地水鸟高精度识别。
3.2 RTC对水鸟活动的影响
时间序列分析显示，RTC排水使水位低于自然水位（NWL）时，水鸟活动显著增加。水位在NWL以下20至30 cm区间每下降5 cm，Camera 3监测区域的水鸟出现频次中位数增加4.6倍，该区域为底泥暴露的沼泽区，而深水区因底泥未暴露无此响应。RTC开启后水鸟活动在第一天小幅上升，随后三天持续升高，降雨使水位回升至NWL后活动恢复至基线水平。
3.3 水鸟活动与水质的关系
空肠弯曲杆菌存活受温度显著影响：前14天最高温度低于20 ℃时，出水浓度较进水升高1.0 log，且与2天最大水深呈弱正相关，与进水浓度、浊度、E. coli浓度及水鸟活动均无显著相关，推测底泥中存活的空肠弯曲杆菌随高流量再悬浮为主要来源；前14天最高温度高于20 ℃时，出水浓度与1天及30天水鸟活动呈显著正相关（相关系数0.92，p = 0.025），与进水浓度、流量及其他环境因子无显著相关，表明此时水鸟排泄物的沉积与再悬浮为主要贡献源。E. coli浓度在进出水间无显著关联，不受水鸟活动影响。
3.4 RTC的管理启示
RTC排水会吸引涉禽与岸鸟聚集于暴露底泥，同时限制潜鸭与游禽的觅食区域。低温高存活期，降雨前主动排水可降低峰值流量与底泥再悬浮，减少出水空肠弯曲杆菌浓度；高温低存活期，若预报降雨未如期发生，长期低水位会吸引大量水鸟聚集，增加排泄物负荷，反而提升出水风险。需设定最低允许水位以避免形成生态陷阱，干扰水鸟繁殖选址。
研究结论表明，人工湿地的双重管理目标——水质净化与水鸟栖息地保护存在冲突。预训练图像分析技术可突破传统监测的资源限制，实现连续高分辨率水鸟活动量化。RTC引发的水位骤降会显著改变水鸟群落分布，管理者需根据温度分区制定排水策略：低温期优先在降雨前排水以降低再悬浮风险，高温期避免非必要的长期低水位以减少水鸟排泄物输入。未来需进一步探究不同时长RTC操作对水鸟的长期影响，扩展图像分析模型的物种识别功能，并纳入夜间活动数据以完善评估体系。
