算清碧波之下“甲烷账”
算清碧波之下“甲烷账”
——我国东部湖泊甲烷排放研究有了新发现
东部平原之上，星罗棋布的浅水湖泊镶嵌在沃野之间。湖面波光粼粼，时有蓝藻泛起绿莹莹的水华。这一汪汪湖水，维系着供水、渔业和观光，更滋养着一方水土。然而，鲜有人知的是，碧波之下，正持续向外释放一种看不见、摸不着，却足以撬动全球气候的温室气体——甲烷。
早在2023年，我国就已出台《甲烷排放控制行动方案》，将甲烷减排摆在生态治理的重要位置。但湖泊究竟会释放多少甲烷？长期以来，全球科学界争议不断。对于湖泊众多的我国来说，搞清楚这个问题亦至关重要。
近日，中国科学院南京地理与湖泊研究所肖启涛团队在国际学术期刊 Water Research 发表研究成果。科研人员历时四年，对我国东部平原的19个湖泊进行系统监测，采集到近800份水样，最终确认：在人口稠密、农业活动密集的区域，湖泊的甲烷排放不容忽视。其季节变换规律，修正了国际通用模型的区域偏差，也为湖泊治理带来新的思路：治好湖泊富营养化，既能守护水清岸美的生态图景，还可实现实实在在的温室气体协同减排。
肖启涛（右一） 带队 在湖面采集数据。肖启涛供图
湖泊：不可忽视的甲烷排放源
甲烷的“存在感”远不及二氧化碳，但它的增温效应不容小觑。据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告，在20年时间尺度下，甲烷的全球增温潜势约为二氧化碳的80倍。工业革命以来，甲烷对全球升温的贡献率约为30%。
作为甲烷的自然排放源，湖泊的排放量测算分歧显著：有研究认为湖泊贡献了全球自然甲烷排放的75%，也有测算认为占比不足两成。但实际排放多少、国际模型是否适用于我国，长期缺乏本土实测验证。
中国科学院南京地理与湖泊研究所副研究员肖启涛介绍，过去全球主流的测算模型，大多建立在欧美北方湖泊的观测数据之上。这类湖泊周边森林广布，人类干扰强度低。而我国东部平原的湖泊，周边良田连片、城镇密布，受人类生产生活影响大，湖水富营养化特征明显。而要验证国际模型能否适用，唯有拿到第一手实测数据。
为此，团队开启了一场跨四季的“追湖之旅”。
肖启涛说，夏天，湖面骄阳炙烤，采样人员顶着烈日作业，稍不留神便有中暑风险；冬天，江风裹着寒气扑面而来，湖水冰冷刺骨，取样的手冻得通红。四年间，他们辗转19个湖泊，累计采集近800份珍贵水样。
团队在湖面上采集数据。肖启涛供图
实测结果证实，这些湖泊是甲烷排放的活跃区，且排放强度在全球同类湖泊中处于高位。
湖底沉积物产甲烷的能力，在富营养化程度越高、藻类活动越旺盛的区域越强，这正是支撑湖泊成为甲烷排放源的关键因素之一。
“并不是湖泊天然就会大量排放甲烷，是人类活动带来的富营养化，放大了甲烷的释放水平。”肖启涛强调，问题的根源在于人类活动。农田里的化肥随雨水冲进湖里，催生蓝藻水华，产生大量内源有机质；与此同时，流域土壤中的有机质也会随雨水不断流入湖中。内外双重叠加，推高了湖泊甲烷释放强度。
季节轮转：不同生产机制交替登场
既然湖泊是甲烷的排放源，那么哪些因子左右排放强弱，排放又存在怎样的规律？
要理解这个问题，先要认识湖底的一类特殊“居民”——产甲烷微生物。它们通常生活在缺氧的湖底淤泥中，靠分解有机质产生甲烷。
国际学界普遍认为：温度主导甲烷排放的季节变化，而湖泊大小则决定甲烷排放量，且湖泊越小单位面积排放量越高。
但这样的规律，在我国东部平原湖区失灵了。
“拿到第一批分析结果时，我们的第一反应是，是不是采样、测样哪个环节出错了？”肖启涛回忆。团队反复翻看原始记录，交叉比对文献、野外和实验室多组数据。几番折腾后才恍然大悟：并非数据存在偏差，而是人类生产生活，影响了湖泊的甲烷排放规律。
团队对数据进行分析研究。肖启涛供图
实测表明，温度固然会影响甲烷释放，但富营养化带来的有机质底物供给才是更为关键的驱动；在该研究涉及的区域，湖泊面积与甲烷排放量甚至不存在统计学显著关联。
此外，团队还发现，产甲烷微生物的“口粮”会随季节轮转发生变化。
每年5至9月丰水期，雨水充沛、水温升高，降雨将农田土壤里的有机质冲进湖里，使其成为产甲烷微生物的主要食物。等到枯水期，外部来水变少，湖里的物质循环主要靠“内部消化”。湖里衰败腐烂的藻类，成为水底产甲烷微生物最重要的“口粮”。这时候，水里藻类多不多，也就是叶绿素a高不高，就成了甲烷排放多不多的头号风向标。整体来看，湖泊在丰水期的甲烷排放量是枯水期的2.1倍。
肖启涛介绍，分析中，团队发现同处东部平原，19个湖泊的甲烷排放量最大相差一个数量级。决定因素并非湖泊大小，而是流域农田占比、湖泊富营养化程度、湖底沉积物产甲烷能力。“套用国际通用模型来测算国内湖泊甲烷排放量，显然是不合适的。”
团队通过同位素实验进一步证实，无论是湖里生长的藻类，还是岸上冲刷入湖的土壤有机质，都能被产甲烷微生物分解，源源不断产生甲烷。这一机理的厘清，为建立适合我国湖泊的排放估算模型打下了基础。
现实考题：从“算不清”走向“算得准”
过去湖泊治理更多聚焦水质改善、蓝藻防控、水生生物保护。而研究表明，遏制富营养化、削减蓝藻水华、减少入湖有机质，还可以同步削减甲烷排放，实现“治水”与“降碳”协同增效。
科学机理已经揭开，但落地应用仍面临不少现实难题。目前国内尚未形成统一完备的湖泊甲烷采样、监测、核算技术规范。不少地方生态环境部门虽已意识到这一问题，却缺少可直接落地的实操手册。
“这会带来一个现实风险。”肖启涛说，如果一地河湖密布，部分甲烷本属于湖泊自然排放，核算时却笼统归为工业、交通等人为原因，很容易“算错账”：既可能给市场主体施加不必要的减排压力，也容易忽视治理湖泊富营养化这一重要抓手。当前不少区域编制温室气体减排清单，湖泊的甲烷贡献常常被忽略。
值得注意的是，此次研究仅测算了扩散式甲烷排放，对于浅水富营养湖泊来说，气泡冒泡排放途径也是甲烷释放的重要方式。
“如果补上冒泡观测，湖泊甲烷总排放量级还会更高。”肖启涛说，“但这并不会改变我们发现的季节规律和驱动机制。这恰恰说明，当前全球对湖泊甲烷的估算普遍存在低估，国内外都需要更系统的实测研究予以修正。”
当前，全球变暖带来的极端天气状况越来越多，这也给湖泊甲烷释放增添新的变量。肖启涛透露，团队一项尚在审稿中的研究发现，持续数年的缓慢升温可使湖泊甲烷排放提升2.5倍，而仅仅持续一周左右的高温热浪事件，就能带来更为剧烈的排放抬升。多重极端事件叠加，给东部浅水湖泊的生态与气候协同治理敲响了现实警钟。
肖启涛表示，下一步，团队将补齐更多区域湖泊的观测样本，摸索适合本土的监测技术规范，逐步搭建属于中国的湖泊甲烷排放数据库。
当更多湖泊的“甲烷账”被算清，湖泊在碳循环中扮演的真实角色也将愈发清晰。碧波之下无声涌动的甲烷启示我们：河湖治理，从来不只是追求水清景美的生态命题，更关乎全球气候变化的宏大叙事。读懂湖面之下潜藏的气候密码，用好本土实测科研成果，统筹推进水生态保护与甲烷管控，才能真正把“减污降碳协同增效”落到一湖一泊之间。