湖泊在全球碳氮循環(huán)中發(fā)揮著重要作用，同時也是溫室氣體的重要排放源。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，各種人類活動向湖泊輸入了大量營養(yǎng)物質(zhì)，從而改變了湖泊溫室氣體的排放通量。然而，人類活動影響下的湖泊在全球尺度上的溫室氣體排放量及其對全球湖泊溫室氣體排放的貢獻仍不明確，這對相關(guān)降碳減污政策的制定與實施提出了挑戰(zhàn)。

針對以上科學(xué)問題，北京師范大學(xué)夏星輝團隊通過構(gòu)建全球湖泊溫室氣體通量數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)湖泊特征及人類擾動程度將全球湖泊分為四類：即受人為活動影響較大的城市與非城市區(qū)湖泊，以及受人為活動影響較小的自然凍土與非凍土區(qū)湖泊，準(zhǔn)確量化了全球受人為活動影響的湖泊溫室氣體排放量及對全球湖泊溫室氣體排放的貢獻，并據(jù)此推測了全球湖泊的溫室氣體減排潛力（圖1）。

圖1 全球不同類型湖泊面積、溫室氣體排放通量、排放量及減排潛力

研究通過匯總歷史文獻數(shù)據(jù)，構(gòu)建了包含全球5200余條湖泊溫室氣體通量的數(shù)據(jù)庫，包括二氧化碳通量、氧化亞氮通量、甲烷擴散通量、甲烷冒泡通量，并獲取了相應(yīng)湖泊的物理化學(xué)參數(shù)等指標(biāo)。進一步根據(jù)湖泊特征與人類擾動程度，將湖泊分為四種類型，即受人為活動影響較大的城市與非城市區(qū)湖泊，以及受人為活動影響較小的自然凍土與非凍土區(qū)湖泊（圖2）。

研究發(fā)現(xiàn)，四種類型湖泊的物理特性（面積、深度）、水質(zhì)參數(shù)（總氮，總磷，葉綠素，溶解有機碳；圖3）和溫室氣體通量（圖4）均存在顯著差異，且四種類型湖泊溫室氣體通量與湖泊面積的關(guān)系（圖5）也存在顯著差異。

基于本研究構(gòu)建的點位數(shù)據(jù)和現(xiàn)有的全球湖泊數(shù)據(jù)庫，考慮湖泊體積，湖泊周圍3km的人口數(shù)量，農(nóng)田面積、城市覆蓋度、凍土覆蓋度等參數(shù)，拓展了包含上述四種湖泊類型屬性的全球湖泊數(shù)據(jù)庫（圖2）。結(jié)果表明，全球四種類型湖泊的面積存在較大的差異，其中受人為活動影響的湖泊占全球湖泊面積的19.2%。

圖2 全球不同類型湖泊地理分布及相關(guān)數(shù)據(jù)

圖3 不同類型湖泊理化特征

圖4 不同類型湖泊溫室氣體排放通量

圖5 不同類型湖泊溫室氣體排放通量與面積的關(guān)系

基于構(gòu)建的溫室氣體通量數(shù)據(jù)庫及全球湖泊數(shù)據(jù)庫，進一步考慮了湖泊類型、湖泊面積和非結(jié)冰期時長等因素對三種溫室氣體排放的影響，以及溫度、通量日內(nèi)變化和湖泊深度對甲烷排放的影響，通過蒙特卡洛模擬，準(zhǔn)確估算了全球受人為活動影響的湖泊及全球湖泊的溫室氣體排放量（圖6）。

研究發(fā)現(xiàn)，全球受人為活動影響的湖泊溫室氣體總排放量為294 Tg CO₂-eq yr^-1 (Q1 – Q3: 198.6–492.6)，占全球湖泊溫室氣體排放量（813.0 Tg CO₂-eq yr^-1）的三分之一以上（36.2%）。進一步發(fā)現(xiàn)，受人為活動影響的湖泊中面積大于0.1 km²的湖泊占溫室氣體總排放的88.4%（圖6）。如果將受人為活動影響的湖泊溫室氣體排放通量減少到與自然非凍土湖泊相當(dāng)，推測全球湖泊具有23.1%的溫室氣體減排潛力，其中面積大于0.1 km²的湖泊是減排重點。綜合考慮河流與水庫等其他水體類型溫室氣體排放的文獻報道結(jié)果，得到全球內(nèi)陸水體溫室氣體的排放量為4888.4 Tg CO₂-eq yr^-1，其中湖泊占內(nèi)陸水體溫室氣體總排放的16.6%（圖7），為第二大溫室氣體排放源。

與過去使用蒙特卡洛模擬（中位值）但未考慮湖泊類型的估算結(jié)果相比較，本研究估算的全球湖泊溫室氣體排放量僅為以往結(jié)果的1/3。本研究向下修正了全球湖泊的溫室氣體排放量，并強調(diào)了在全球尺度估算時需要同時考慮湖泊面積以及湖泊類型的影響，以減少數(shù)據(jù)代表性不足引入的不確定性。

圖6 全球湖泊溫室氣體排放通量及排放量

圖7 全球不同類型內(nèi)陸水體溫室氣體排放量及貢獻

北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院為第一單位，2022級博士研究生張狀狀為論文第一作者，夏星輝教授為通訊作者。論文合作者包括北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院劉少達研究員，博士后王君峰，博士生許文浩，新罕布什爾大學(xué)William H. McDowell教授，波士頓學(xué)院Hanqin Tian教授和廣東工業(yè)大學(xué)楊志峰院士。研究得到了國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項目（T2421005），國際（地區(qū)）合作與交流項目（T2261129474），國家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項目（52388101）等項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.oneear.2025.101568