北京师范大学北师大环境学院教授夏星辉团队在《One Earth》发文：量化受人为活动影响的湖泊对全球湖泊温室气体排放的贡献

1月16日，北京师范大学环境学院教授夏星辉团队在Cell子刊One Earth发表了题为“Human-impacted lakes contribute over one-third of global lake greenhouse gas emissions”的研究论文。

湖泊在全球碳氮循环中发挥着重要作用，同时也是温室气体的重要排放源。随着社会经济的快速发展，各种人类活动向湖泊输入了大量营养物质，从而改变了湖泊温室气体的排放通量。然而，人类活动影响下的湖泊在全球尺度上的温室气体排放量及其对全球湖泊温室气体排放的贡献仍不明确，这对相关降碳减污政策的制定与实施提出了挑战。

针对以上科学问题，北京师范大学夏星辉团队通过构建全球湖泊温室气体通量数据库，并根据湖泊特征及人类扰动程度将全球湖泊分为四类：受人为活动影响较大的城市与非城市区湖泊，以及受人为活动影响较小的自然冻土与非冻土区湖泊，准确量化了全球受人为活动影响的湖泊温室气体排放量及对全球湖泊温室气体排放的贡献，并据此推测了全球湖泊的温室气体减排潜力（图1）。

图1 全球不同类型湖泊面积、温室气体排放通量、排放量及减排潜力

研究通过汇总历史文献数据，构建了包含全球5200余条湖泊温室气体通量的数据库，包括二氧化碳通量、氧化亚氮通量、甲烷扩散通量、甲烷冒泡通量，并获取了相应湖泊的物理化学参数等指标。进一步根据湖泊特征与人类扰动程度，将湖泊分为四种类型，即受人为活动影响较大的城市与非城市区湖泊，以及受人为活动影响较小的自然冻土与非冻土区湖泊（图2）。

研究发现，四种类型湖泊的物理特性（面积、深度）、水质参数（总氮、总磷、叶绿素、溶解有机碳，图3）和温室气体通量（图4）均存在显著差异，且四种类型湖泊温室气体通量与湖泊面积的关系（图5）也存在显著差异。

基于本研究构建的点位数据和现有的全球湖泊数据库，考虑湖泊体积，湖泊周围3km的人口数量，农田面积、城市覆盖度、冻土覆盖度等参数，拓展了包含上述四种湖泊类型属性的全球湖泊数据库（图2）。结果表明，全球四种类型湖泊的面积存在较大的差异，其中受人为活动影响的湖泊占全球湖泊面积的19.2%。

图2 全球不同类型湖泊地理分布及相关数据

图3 不同类型湖泊理化特征

图4 不同类型湖泊温室气体排放通量

图5 不同类型湖泊温室气体排放通量与面积的关系

基于构建的温室气体通量数据库及全球湖泊数据库，进一步考虑了湖泊类型、湖泊面积和非结冰期时长等因素对三种温室气体排放的影响，以及温度、通量日内变化和湖泊深度对甲烷排放的影响，通过蒙特卡洛模拟，准确估算了全球受人为活动影响的湖泊及全球湖泊的温室气体排放量（图6）。

研究发现，全球受人为活动影响的湖泊温室气体总排放量为294 Tg CO₂-eq yr-1 (Q1 – Q3: 198.6–492.6)，占全球湖泊温室气体排放量（813.0 Tg CO₂-eq yr-1）的三分之一以上（36.2%）。进一步发现，受人为活动影响的湖泊中面积大于0.1 km²的湖泊占温室气体总排放的88.4%（图6）。如果将受人为活动影响的湖泊温室气体排放通量减少到与自然非冻土湖泊相当，推测全球湖泊具有23.1%的温室气体减排潜力，其中面积大于0.1 km²的湖泊是减排重点。综合考虑河流与水库等其他水体类型温室气体排放的文献报道结果，得到全球内陆水体温室气体的排放量为4888.4 Tg CO₂-eq yr-1，其中湖泊占内陆水体温室气体总排放的16.6%（图7），为第二大温室气体排放源。

与过去使用蒙特卡洛模拟（中位值）但未考虑湖泊类型的估算结果相比较，本研究估算的全球湖泊温室气体排放量仅为以往结果的1/3。本研究向下修正了全球湖泊的温室气体排放量，并强调了在全球尺度估算时需要同时考虑湖泊面积以及湖泊类型的影响，以减少数据代表性不足引入的不确定性。

图6 全球湖泊温室气体排放通量及排放量

图7 全球不同类型内陆水体温室气体排放量及贡献

北京师范大学环境学院为第一单位，2022级博士研究生张状状为论文第一作者，夏星辉为通讯作者。论文合作者包括北京师范大学环境学院研究员刘少达、博士后王君峰、博士生许文浩，新罕布什尔大学教授William H. McDowell，波士顿学院教授Hanqin Tian和广东工业大学杨志峰院士。研究得到了国家自然科学基金创新研究群体项目（T2421005），国际（地区）合作与交流项目（T2261129474），国家自然科学基金基础科学中心项目（52388101）等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.oneear.2025.101568