中山大学测绘科学与技术学院副教授侯雪姣课题组的研究展开，介绍了该课题组在《自然 – 地球科学》发表的论文成果，包括北半球中高纬度湖泊水生植被的时空分布格局、动态变化特征、影响因素，以及其对湖泊甲烷排放量的影响等内容。
在 3 月 28 日这一天，中山大学测绘科学与技术学院副教授侯雪姣所带领的课题组，在国际顶级学术期刊《自然 – 地球科学》（Nature Geoscience）上发表了一篇重要论文。此论文具有开创性意义，首次系统地揭示了北半球中高纬度湖泊水生植被的时空分布格局以及它们的动态变化特征。研究明确指出，水生植被对于湖泊甲烷的排放量有着重要的影响，并且随着北半球中高纬度地区湖泊水生植被的不断扩张，将会导致甲烷排放量的增加。
通过对时序变化的详细分析，我们可以看到在 1984 – 1999 年到 2011 – 2021 年这个时间段内，水生植被呈现出了明显的变化趋势。整体上，水生植被的面积显著扩张，扩张的面积达到了 +2.3×104 km²，同时植被频率也大幅增加，增加幅度为 +73.7%。不仅如此，有 72.5% 的湖泊水生植被绿度也在不断增加。不过，水生植被面积和频率的增加情况在不同地区和不同纬度存在差异。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，水生植被面积有显著的扩张。从纬度特征来看，植被频率变化有着明显的规律，中纬度地区的频率增幅明显高于高纬度地区。而植被绿度方面，并没有表现出显著的区域或者纬度差异。
总体而言，在过去的四十年间，水生植被呈现出了显著的扩张趋势，这种变化趋势与北半球高纬度地区陆地植被的变化模式高度一致。
深入探究影响水生植被变化的关键因素
为了更深入地了解影响水生植被变化的原因，研究课题组做了大量细致的工作。他们获取了长时序的水生植被分布数据，并且将这些数据与气候、湖泊环境、人为因素等其他相关数据相结合，运用先进的机器学习模型展开了深入分析。
分析结果显示，在人口稀疏的地区，气温是影响水生植被变化的关键因素。在这 40 年里，研究区域的温度升高了 33.0%。温度的升高使得更多的区域达到了适合水生植被进行光合作用的最佳温度，从而促进了水生植被的生长和扩张。此外，湖泊及其周围环境的变化也对水生植被的生长产生了影响，比如多年冻土的融化以及湖泊结冰期的缩短等。
而在人口密集的地区，情况则有所不同。湖泊的物理环境和人类活动成为了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，同时，肥料的使用也是影响水生植被变化的重要驱动因素。在德国、波兰、丹麦等欧洲国家，水生植被最初出现减少的情况，这可能与这些地区高度集约化的农业和畜牧业所造成的水体富营养化有关。不过，近些年水生植被出现增加的趋势，这可能得益于欧洲国家广泛实施的湖泊恢复措施，例如减少氮和磷负荷排放等。
论文的第一作者、中山大学测绘科学与技术学院博士研究生刘金英表示：“北半球中高纬度地区湖泊水生植被的变化，不仅仅是气候变化的直接反映，更是人类活动多重影响的综合结果。我们的研究突显了水生植被对气候变化和人类活动响应的复杂性，这有助于我们进一步理解在全球气候变化背景下，北半球中高纬度湖泊生态系统的演变过程。”
水生植被对湖泊甲烷排放量估算起着重要作用
在这项研究中，课题组还进行了一项对比分析，他们对比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，如果仅考虑湖泊开阔水域，平均甲烷排放量为 1.16 Tg CH4 yr – 1。然而，当同时考虑水生植被和开阔水域时，总体排放量增加了 13%，达到了 1.31 Tg CH4 yr – 1。这充分表明水生植被对甲烷排放量的估算有着显著的影响，因此在进行湖泊甲烷排放估算时，应当将水生植被纳入估算模型。
通过进一步对比两种湖泊甲烷排放量的长期净变化，研究课题组还有了新的发现。从 1984 – 1999 年到 2011 – 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，这个增加量比仅考虑开阔水域的估算值高出 125%（0.04 Tg CH4 yr – 1）。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。
侯雪姣副教授表示：“未来，随着高分辨率遥感技术的不断发展以及湖泊甲烷排放实测数据的逐渐积累，我们将能够更加准确地评估水生植被对湖泊甲烷排放的影响。同时，水生植被的扩张有可能会增加湖泊对二氧化碳的吸收能力，从而在一定程度上抵消甲烷排放的增加。未来的研究需要同时考虑甲烷排放和二氧化碳吸收的变化，这样才能全面评估水生植被变化对全球温室气体变化的影响。”
本文介绍了中山大学侯雪姣课题组关于北半球中高纬度湖泊水生植被的研究成果。研究揭示了水生植被时空分布格局和动态变化特征，分析了其变化受气温、湖泊环境、人类活动等因素影响，还明确了水生植被对湖泊甲烷排放量估算有重要影响，强调未来研究需综合考虑多种因素评估其对全球温室气体变化的影响。
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