在人类活动和气候变化的双重胁迫下，全球湖泊普遍面临富营养化加剧、藻类水华频发的环境问题，已对饮用水安全、水生生物多样性维持等多种生态系统服务功能造成严重威胁。尽管浮游藻类可在短期增强CO₂吸收，但在全生命周期尺度，浮游藻类生物量极易降解并可能增加强效温室气体CH₄排放。由此可见，湖泊富营养化与净碳排放形成潜在的正反馈效应，因此亟需寻求湖泊减污降碳的协同增效策略。

    中国科学院南京地理与湖泊研究所吴庆龙研究员团队研究发现，通过恢复水生植物可将浮游藻类占优势的浊水态系统转化为清水态系统，可能有助于打破上述正反馈，从而同步缓解湖泊富营养化和碳排放。

    一、湖泊富营养化与碳排放的正反馈效应

    尽管强烈的光合作用可在浮游藻类主导的湖泊中暂时形成CO₂汇，但其生物量往往快速分解，导致大部分固存的碳重新释放至大气。此外，藻类衍生的活性有机碳可通过激发效应促进沉积物内源有机碳矿化，从而减少碳储存并刺激碳释放。值得注意的是，未来百年间浮游藻类的增加将使得湖泊CH₄排放量提升30-90%，这反映出藻类聚积及随之产生的缺氧环境为产甲烷菌提供了充足的底物和适宜的氧化还原条件。尤其需要指出的是，多种蓝藻可直接在富氧水体产生CH₄，成为藻型湖泊中不可忽视的CH₄源。考虑到CO₂与CH₄的综合温室效应，藻华频发的富营养化湖泊极有可能增加碳排放，而全球变暖将进一步强化这种正反馈效应，进而削弱湖泊生态系统的气候韧性。

    二、水生植物恢复可同步缓解湖泊富营养化和碳排放

    基于稳态转换理论，将浮游藻类占优的藻型湖泊恢复至水生植物占优的草型湖泊，对于缓解湖泊富营养化至关重要，也为打破富营养化与碳排放形成的正反馈提供了契机。首先，通过构建滨岸带人工湿地可极大削减来自流域的外源营养盐负荷，人工湿地中的水生植物可大量吸收营养盐并将CO₂转化为生物量。当入湖营养盐降至一定阈值时，敞水区水生植物（尤其是沉水植物）恢复可进一步吸收营养盐、抑制内源营养负荷，从而遏制浮游藻类增殖。此外，通过刈割与资源化利用可在水生植物腐烂前将其固存的碳封存，避免重新释放至大气。基于质量守恒模型（图1A），草型湖泊实现净CO₂排放当量低于零（ΔCO₂-eq<0，即净碳汇）的概率显著高于藻型湖泊（图1B-G）。估算结果显示：藻型湖泊经水生植物恢复后，在20年、100年和500年时间尺度上净碳排放量分别减少0.006-23.18 g ΔCO₂-eq/m²/d、0.003-10.44 g ΔCO₂-eq/m²/d和0.002-5.71 g ΔCO₂-eq/m²/d（图1H-J），约为藻型湖泊净CO₂排放当量的49.7%-770.2%。由此可见，恢复大型水生植物有望同步实现湖泊富营养化治理与碳减排的双重目标。

    三、水生植物恢复削减碳排放的潜在机制

    长期碳埋藏与低排放是草型湖泊碳汇能力增强的典型特征，其潜在机制主要包括以下几个方面：首先，CO₂可转化为大型水生植物组织中的难降解有机碳（如纤维素），这类有机碳具有更长的保存时间。其次，作为水生食物网的重要节点，一些底栖动物（如贝类幼体）展现出独特的强化碳汇优势，其在草型湖泊中也更为丰富。它们不仅通过吸收颗粒有机碳促进软组织生长，还能通过生物钙化作用将碳以稳定无机碳形态CaCO₃封存于壳体。在喀斯特湖泊中，碳酸盐风化作用释放的溶解态无机碳为水生植物光合作用提供碳源，促进难降解有机碳的形成，从而增强湖泊沉积物的碳埋藏能力。再次，草型湖泊更高的微生物多样性有助于强化微生物碳泵效应，进而提升其气候韧性。最后，根际泌氧不仅促进CH₄氧化，还能将铁元素稳定在高价态，并进一步通过矿物碳泵助力有机碳在草型湖泊中稳定封存（图1K）。

    许多原位观测和中宇宙实验均表明水生植物恢复后ΔCO₂-eq如预期般降低，一些例外情况则可能归因于草型湖泊外源碳输入干扰、水生植物根际分泌物分解或通气组织释放CH₄。为最大化ΔCO₂-eq<0的概率，亟需构建不同类型水生植物的有机碳矿化效率与CH₄排放占比谱系（即图1A中的X3和X4参数）。未来有针对性地整合上述谱系数据以指导拟修复水体中水生植物的选择，对于维持湖泊生态系统健康和增强气候韧性至关重要。

    该成果近期发表在综合性期刊《创新》（The Innovation）上

    论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666675825002474?via%3Dihub

     图1. (A)水生植物恢复前后全生命周期碳收支的质量守恒模型；(B-D)藻型湖泊在 (B) 20年、(C) 100年和 (D) 500年尺度的净CO₂排放当量概率分布，蓝色和红色分别代表净CO₂排放当量下降和上升，下同；(E-F)草型湖泊在 (E) 20年、(F) 100年和 (G) 500年尺度的净CO₂排放当量概率分布；(H-J)全球浅水湖泊经水生植物恢复后净CO₂排放在 (H) 20年、(I) 100年和 (J) 500年尺度的削减量；(K)水生植物恢复后碳汇提升的潜在机制