本报讯 3月28日，《自然-地球科学》在线刊发了中山大学测绘科学与技术学院副教授侯雪姣课题组最新成果。他们通过卫星之眼，首次揭开了北半球中高纬度湖泊生态变迁的惊人图景——过去40年间，超过120万个湖泊的水生植被如同水中森林般快速扩张，这些“水中绿洲”的蓬勃生长正在成为甲烷排放的新推手。
水草“占领”湖泊
为系统了解北半球中高纬度地区湖泊水生植被的分布变化和关键影响因素，侯雪姣课题组利用Landsat卫星遥感数据，构建了从1984年至2021年共274万个湖泊的水生植被分布数据集，为科学评估湖泊甲烷排放量提供基础数据支撑。
研究显示，过去40年北半球中高纬度地区有122万个湖泊存在水生植被分布，占研究湖泊总数的44.7%。水生植被最大覆盖面积达到12.0万平方公里，占研究湖泊总面积的6.0%。
总体上，过去40年间，水生植被呈现显著扩张趋势，与北半球高纬度地区陆地植被的变化模式高度一致。
水草的“双面人生”
为了深入探究影响水生植被变化的原因，侯雪姣课题组利用获取的长时序水生植被分布数据结合气候、湖泊环境、人为因素等其他数据，利用机器学习模型开展了深入分析。
结果表明，在人口稀疏区，气温是影响水生植被变化的关键因素。40年内，研究区温度升高了33.0%。温度的增加可能使更多区域达到最佳光合温度，从而促进水生植被的生长和扩张。此外，湖泊及其周围环境的变化，尤其是多年冻土融化和湖泊结冰期缩短，也对水生植被的生长产生了影响。
而在人口密集区，湖泊的物理环境和人类活动是水生植被分布变化的重要影响因素，湖泊的水文环境与水生植被的变化密切相关。此外，肥料使用也是影响水生植被变化的重要驱动因素。
时序变化分析显示，1984年至1999年到2011年至2021年间，水生植被整体表现出显著的面积扩张以及植被频率增加。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。然而，植被绿度未表现出显著的区域或纬度差异。
改写地球气候账单
该研究中，侯雪姣课题组还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。结果显示，仅考虑湖泊开阔水域的平均甲烷排放量为1.16 Tg CH4 yr-1。然而，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，应当将水生植被纳入湖泊甲烷排放估算模型。
通过进一步对比两种湖泊甲烷排放量的长期净变化，课题组发现，从1984年至1999年到2011年至2021年，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%。湖泊水生植被的扩张对湖泊甲烷排放量的长期估算产生显著影响，这一研究结果再次验证了水生植被在湖泊甲烷排放估算中的关键作用。
（稿件来源：科学网）