東北地理所在小微水體水質(zhì)遙感監(jiān)測及時空格局研究中取得新進展
湖庫和坑塘（以下統(tǒng)稱水體）水質(zhì)變化受氣候變暖和人為活動系統(tǒng)過程影響，也能反饋區(qū)域和全球變化信息，一直以來是國家生態(tài)環(huán)保行業(yè)部門、聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展SDG6目標(biāo)和生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域重點關(guān)注環(huán)境問題之一。在衛(wèi)星所能探測水體中，按面積可劃分為小型（<1km2）、中型（1-100km2）和大型（100-1000km2），占總數(shù)量的94.39%、5.56%和0.05%，占總面積的15%、 26%和59%（Pietal.,2022）。雖然這些小型水體面積占比小但數(shù)量眾多，相比大型水體，在營養(yǎng)物質(zhì)和元素循環(huán)中作用不成比例的被放大，是能夠吸取大量營養(yǎng)物質(zhì)“陷阱”，對陸源養(yǎng)分負(fù)荷減少具有強抵抗力，更易演變?yōu)楦粻I養(yǎng)化或黑臭等受損水體，亟須廣泛關(guān)注。雖然世界各國水色遙感領(lǐng)域的學(xué)者已經(jīng)開展了廣泛的湖泊葉綠素a定量遙感反演研究，依然鮮見關(guān)于不同面積湖泊群尤其是小型水體的葉綠素a時空格局系統(tǒng)研究。
為解決上述問題，本研究基于時間序列Landsat系列衛(wèi)星影像，結(jié)合隨機森林回歸模型（R2為0.75；RMSE為0.65μg L-1）率先繪制了中國水體葉綠素a數(shù)據(jù)集，覆蓋湖泊、水庫和坑塘共計24,149個，按照湖泊面積大?。?/span>0.1-1km2、1-10km2、10-100km2、100-1000km2、>1000 km2分析葉綠素a時空變化及驅(qū)動分析。
在國家尺度上，平均湖泊葉綠素a濃度均值為16.68 μg L-1±11.02，葉綠素a均值水平從1986年的20.89μgL-1下降到2020 年的13.97 μgL-1，根據(jù)中國環(huán)境保護政策實施三個時間段劃分，全國湖泊葉綠素a均值呈現(xiàn)初始下降（第一階段1986-1998年）、穩(wěn)定（第二階段1999-2008年）和急劇下降（第三階段2009-2020年）的時間變化趨勢，中小型湖泊（面積在0.1-100km2）呈持續(xù)下降趨勢。中型和大型湖泊群（100 ~ 1000 km2）的葉綠素a濃度水平表現(xiàn)出比中型（10 ~ 100 km2）和小型（0.1 ~ 10 km2）更大的時間變異性。對于中小型湖泊而言，研究發(fā)現(xiàn)隨著流域面積增大，對于不同流域尺度湖泊群，氣候暖濕化解釋64%-79%葉綠素a下降變化，GDP增加解釋6%-33%的葉綠素a下降變化，且中國實施的生態(tài)環(huán)境保護政策對葉綠素a水平下降有積極影響。
本研究定量刻畫中國水體尤其是小型水體葉綠素a時空格局，闡釋環(huán)境要素因子響應(yīng)機制，實現(xiàn)逐年連續(xù)小型水體葉綠素a遙感監(jiān)測，服務(wù)于國家水生態(tài)文明建設(shè)和美麗中國建設(shè)“最后一公里”，對于水環(huán)境健康評估與分區(qū)管控具有現(xiàn)實意義，為應(yīng)對氣候變化相關(guān)舉措提供參考。
圖1 2020年中國湖泊葉綠素a均值估算結(jié)果及營養(yǎng)狀態(tài)分級（a）和1986-2020年不同湖泊面積中國湖泊葉綠素a均值變化趨勢
該研究成果分別發(fā)表在國際Top期刊Science Bulletin （影響因子IF=21.1）和Innovation （影響因子IF=25.7），中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所李思佳副研究員為第一作者，東北地理所宋開山研究員、英國雷丁大學(xué)楊洪教授為通訊作者，東北地理所王宗明研究員、東北地理所毛德華研究員、全國環(huán)境基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)與風(fēng)險管控全國重點實驗室廖海清研究員、德國Halle-Jena-Leipzig生物多樣性綜合研究中心Jonathan M.Chase教授等為共同作者。該項研究得到了國家自然科學(xué)基金區(qū)域聯(lián)合基金重點項目資助。
論文信息如下：
Li,S.,Yang,H.*,Liu,G.,Mao,D.,Wang,Z.,Liao,H.,Zhang L.,Zhou,H.,Ji,M. & Song,K*. (2025). Small lakes,big improvements: a multi-decadal assessment of policy and climate impacts on chlorophyll-a in China.?Science bulletin,S2095-9273.
鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40887370/
Li,S.,Mao,D.,Chase,J. M.,Song,K.,Wang,Z.,& Yang,H*. (2025). Improve water quality of small water bodies.?The Innovation.
鏈接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(25)00141-9
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