湖泊和水库是大气CO2、CH4、N2O的排放热点，其营养水平和化学计量比状态是影响温室气体产生和排放的重要驱动因素。在过去的几十年里，氮磷负荷的不平衡输入加剧了全球内陆湖泊和水库系统的磷匮乏状态。然而，目前尚不清楚这种状态转变是否涉及营养限制系统的全球变化以及湖泊和水库的温室气体排放。
针对以上科学问题，中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室陈敬安研究员团队联合安徽农业大学李学德教授团队，通过建立全球尺度上湖泊和水库温室气体通量与驱动因素（营养盐和形态特征）之间的拟合模型，评估了未来人为引起N过度富集导致的温室气体在不同营养水平和养分限制状态下产生的排放和碳的相对社会成本。研究结果显示，过量的氮输入放大了湖泊和水库中温室气体的排放。与当前水平相比，未来水体富营养化（1.2倍）预计将使全球湖泊和水库的CO2（384.66 Tg·y−1）、CH4（250.75Tg·y−1）和N2O（69.97 Tg·y−1）排放量分别增加49%、12%和25%，碳的相对社会成本约为0.13万亿美元（0.08~6.91万亿美元）。与未来1.2倍的富营养化水平相比，未来氮磷比值增加50%将使碳的相对社会成本增加15%。考虑到单独和同步减少湖泊和水库氮磷污染物的社会成本和效益，未来湖泊和水库富营养化管理的长期战略需要重视氮和磷的平衡控制。
本研究的创新点在于考虑了养分限制变化与CO2、CH4和N2O排放量之间的关系，可以模拟未来气候变化和人类活动驱动下湖泊和水库氮磷失衡和富营养化对全球CO2、CH4和N2O的动态和潜在生态效益。研究结果强调了维持湖泊和水库系统氮磷化学计量平衡对减少全球大气CO2、CH4和N2O含量方面的重要性。
图1 不同大陆湖泊和水库平均温室气体通量和营养限制状态的变化。A和B分别表示湖泊和水库的平均温室气体通量和营养限制状态。
图2 未来不同氮磷失衡和富营养化水平情景下全球湖泊和水库中CO2、CH4和N2O的排放量。
图3 相对于当前生产力水平，在氮和磷浓度增加120%和比值增加50%的情况下，未来全球湖泊和水库的温室气体排放和碳的相对社会成本（RSCC）。
上述研究成果在环境科学与水资源领域顶级期刊《Water Research》发表。该研究得到了国家自然科学基金（U22A20616和42473022），国家重点研发计划（2023YFF0806003），贵州省科技计划项目（黔科合ZK[2024]088和YWZ[2023]006）等项目资助。
论文信息：Wei Yu,Fali Liu,Xianglan Jiao,Pingping Fan,Haiquan Yang*,Yongmei Zhang,Jie Li,Jingan Chen,Xuede Li*. Human-induced N-P imbalances will aggravate GHG emissions from lakes and reservoirs under persisting eutrophication. Water Research. 2025,276,123240.
链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123240
(陈敬安课题组/供稿)