在2025澳门2025免费原料网（SDG中心）开放研究计划项目（CBAS2022ORP04）的资助下，中山大学测绘科学与技术学院（测绘学院）团队在《自然-地球科学》（Nature Geoscience）发表论文，首次系统揭示了北半球中高纬度湖泊水生植被的时空分布格局及其动态变化特征，指出水生植被对湖泊甲烷的排放量有重要影响，北半球中高纬度地区湖泊水生植被的扩张将增加甲烷的排放。

研究背景：

北半球中高纬度（北纬40°以北）的湖泊占全球湖泊总面积的62.5%。这些湖泊不仅是该区域生物多样性的关键维持者，更是全球湖泊甲烷排放的重要贡献源。湖泊通过扩散、冒泡和水生植物组织运输等多种方式释放甲烷。然而，现有湖泊甲烷排放估算研究主要基于开阔水域的观测，而水生植被等关键因素的长期贡献被低估。

论文介绍：

为了了解北半球中高纬度地区湖泊水生植被的分布和变化，该项目利用Landsat卫星遥感数据，对1984至2021年间北半球中高纬度地区的274万个湖泊水生植被分布进行监测。研究发现，在过去40年，有122万个湖泊有水生植被的分布，占研究湖泊总数的44.7%。水生植被最大面积达到12.0万平方公里，占研究湖泊总面积的6.0%。其中，亚洲湖泊的水生植被面积最大，达5.53万平方公里（图1）。水生植被集中分布在北纬40-50°和60-70°，分布的热点区域包括东西伯利亚、加拿大地盾及鄂毕河流域等。过去40年，湖泊水生植被出现频率均值为1.68±3.8%。与植被频率不同的是，水生植被绿度均值（NDVI值）在各大洲区域差异不明显。

时序变化分析显示，1984-1999到2011-2021年间，水生植被整体表现出显著的面积扩张（+2.3×10⁴ km²）以及植被频率增加（+73.7%）。此外，72.5%的湖泊水生植被绿度在增加。水生植被面积和频率的增加因地区和纬度而异。在鄂毕河流域、加拿大地盾和东西伯利亚等湖泊密集的低洼地区，植被面积显著扩张。同时，植被频率变化表现出明显的纬度特征，中纬度地区的频率增幅明显高于高纬度地区。

图1 1984-2021水生植被最大面积、出现频率和NDVI均值空间分布及相互关系

为量化水生植被对北半球中高纬度地区湖泊甲烷排放量估算的影响，项目对比分析了仅考虑湖泊开阔水域的甲烷排放量与同时考虑湖泊开阔水域和水生植被的甲烷排放量。研究表明，仅考虑湖泊开阔水域的平均甲烷排放量为1.16 Tg CH₄ yr^-1（图2）。而同时考虑水生植被和开阔水域的总体排放量增加了13%，达到1.31 Tg CH₄ yr^-1。这表明水生植被对甲烷排放量的估算有显著影响，凸显了将水生植被纳入甲烷排放估算模型的必要性。随着水生植被的扩张，两种湖泊甲烷排放量的长期净变化表现出显著差异。从1984-1999到2011-2021，考虑了水生植被分布的总甲烷排放量增加了0.09 Tg CH₄ yr^-1，比仅考虑开阔水域的估算值高出125%（0.04 Tg CH₄ yr^-1）。这一发现进一步凸显了水生植被在湖泊甲烷排放估算中的关键作用。

图2 湖泊甲烷排放量对比：只考虑开阔水域面积与同时考虑开阔水域和水生植被面积的甲烷排放量对比。

发表信息：

项目研究成果近期以“Expansion of aquatic vegetation in northern lakes amplified methane emissions”为题发表于Nature Geoscience。中山大学测绘学院刘金英博士研生生为第一作者、侯雪姣副教授为通讯作者，合作作者包括开放基金项目负责人黄华兵教授（共一）、南方科技大学冯炼教授、皮雪晖博士、哈佛大学Ethan D. Kyzivat博士、中国科学院南京地理与湖泊研究所张运林教授、莱斯布里奇大学Samuel G. Woodman、江西师范大学汤林玲讲师、中山大学程晓教授以及香港大学宫鹏教授。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41561-025-01667-7