“地球第三極”如何應(yīng)對氣候變化

有著“世界屋脊”和“亞洲水塔”之稱的青藏高原，對中國乃至全球的生態(tài)環(huán)境和氣候變化影響巨大而深遠(yuǎn)。最新評估報告顯示，數(shù)十年間，西藏生態(tài)保護(hù)取得顯著效益，目前仍是世界上生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最好的地區(qū)之一。

 

日前，文匯報記者走進(jìn)青藏高原上的生態(tài)監(jiān)測臺站，探訪長年頂著烈日寒風(fēng)、在缺氧環(huán)境中堅守的科學(xué)家，深入了解他們?nèi)绾斡弥腔叟c執(zhí)著守護(hù)這片生態(tài)屏障。

 

作為青藏高原的結(jié)構(gòu)主體、“地球第三極”的核心，西藏是我國乃至亞洲的生態(tài)安全屏障。近百年來，受全球氣候變化和人類活動等影響，這里的脆弱生境正面臨著草地退化、土地荒漠化、冰川退縮等一系列生態(tài)環(huán)境問題。

 

2009年，國務(wù)院批準(zhǔn)《西藏生態(tài)安全屏障保護(hù)與建設(shè)規(guī)劃（2008-2030年）》，決定用近5個“五年規(guī)劃”期的時間，專項投入155億元，基本建成西藏國家生態(tài)安全屏障。近年來，科學(xué)家們在青藏高原上經(jīng)過艱苦調(diào)研，摸索出一套套生態(tài)保護(hù)的模式與路徑，建起了一個個野外生態(tài)監(jiān)測臺站。

 

最近，在中國科學(xué)院組織的“科技支撐西藏生態(tài)安全屏障建設(shè)”主題采訪活動中，中國科學(xué)院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所（簡稱“成都山地所”）王小丹研究員透露，該所西藏生態(tài)環(huán)境與發(fā)展研究團(tuán)隊最新完成的“西藏自治區(qū)生態(tài)狀況變化評估”顯示，西藏生態(tài)保護(hù)在本世紀(jì)前20年已取得顯著效益，目前仍是世界上生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最好的地區(qū)之一。

 

草原沼澤不再“兇險” 科學(xué)家卻有些急

 

7月26日，紅色草原阿壩藏族羌族自治州紅原縣下著淅淅瀝瀝的小雨。3500米左右的海拔高度，令人感受不到夏季的炎熱，反有“倒春寒”般的陰冷。

 

這一天，中國科學(xué)院若爾蓋濕地生態(tài)研究站全面投入使用，在我國野外臺站建設(shè)中樹起了一塊重要里程碑。

 

若爾蓋高原位于青藏高原東北部，是我國高寒濕地的主要集中分布區(qū)，也是我國西部生態(tài)安全屏障的重要組成部分。“紅原”的縣名是周恩來總理在1960年命名的，意為“紅軍長征走過的大草原”。

 

經(jīng)過考察，若爾蓋科研團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，如今的這片草原已不像當(dāng)年紅軍過草地時那么兇險——草原沼澤已在退化。上世紀(jì)六七十年代，在擴(kuò)大放牧草場的需求下，若爾蓋高原開展了較大規(guī)模的沼澤疏干排水工程，導(dǎo)致若爾蓋高寒濕地的嚴(yán)重退化。

 

若爾蓋生態(tài)站站長高永恒介紹，高海拔泥炭地是維護(hù)高原氣候環(huán)境穩(wěn)定的重要生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)環(huán)境溫度較低，在長期地表積水或過濕的環(huán)境中，沼澤植物殘體的堆積量大于其分解量，泥炭地才能得以良好發(fā)育。

 

有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，泥炭地以占全球3%左右的面積存儲了全球約1/3的碳量，這一數(shù)值超過了全球生物的含碳量。中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員于子成提到，南極冰芯研究發(fā)現(xiàn)，過去7000年，全球泥炭地所積累的碳量相當(dāng)于將大氣中的二氧化碳濃度降低了25ppm（百萬分之一）。作為地球陸地生態(tài)系統(tǒng)中最集中和最大的碳庫，分布在氣候敏感區(qū)域的泥炭地，在全球輻射平衡中一直發(fā)揮著凈“冷卻”的效應(yīng)。

 

然而，近年來氣候變化和人類活動引起的土壤環(huán)境改變，將導(dǎo)致泥炭地深層土壤中有機(jī)碳的穩(wěn)定性減弱甚至喪失——若大量古碳釋放，將對全球氣候產(chǎn)生災(zāi)難性影響。例如，科研人員在退化的泥炭地中發(fā)現(xiàn)了蚯蚓，它們對土壤的翻動會加速土壤中二氧化碳釋放到大氣中。

 

作為我國最大的高原泥炭沼澤區(qū)，面積近300萬公頃的若爾蓋高原中，沼澤及沼澤化草甸的面積占1/4，沼澤泥炭蘊(yùn)藏量高達(dá)30億立方米。“高原泥炭地的形成十分緩慢，平均一年積累厚度不到1毫米。”高永恒說，若爾蓋泥炭地平均厚達(dá)2—3米，那是經(jīng)過了萬年以上的積累，“如果這里的泥炭地持續(xù)退化，會造成嚴(yán)重的生態(tài)及社會問題”。

 

自2017年起，科研人員在若爾蓋高原上建起了多個試驗觀測平臺，為保護(hù)高原濕地提供科技支撐。位于若爾蓋站日干喬樣地的全球最深濕地深層增溫模擬實(shí)驗系統(tǒng)，土壤剖面深度達(dá)3米。通過采集不同深度的土壤樣品，科研人員對土壤中碳氮等元素循環(huán)、土壤水熱動態(tài)、微生物群落演變等增溫的響應(yīng)和適應(yīng)機(jī)制進(jìn)行更深入研究。

 

“目前，我們共建有3塊長期試驗樣地，用于植物物候格局變化、大氣氮沉降生態(tài)效應(yīng)、植被功能群與土壤固碳、溫度降水控制試驗等研究。”中國科學(xué)院成都生物研究所副所長陳槐介紹，今年6月底，他們已安裝上自動監(jiān)測機(jī)，可3小時收取一次數(shù)據(jù)。

 

近5年來，若爾蓋站已承擔(dān)科研項目40余項，發(fā)表SCI論文90多篇，并與美國、俄羅斯、澳大利亞等國家的高校和科研機(jī)構(gòu)以及國際山地中心等國際組織開展交流合作。高永恒介紹，通過長期研究，他們?yōu)榘沃萏峁┝撕侠矸拍恋目茖W(xué)指導(dǎo)建議，“適當(dāng)強(qiáng)度的放牧有利于草地資源保護(hù)與可持續(xù)利用”。

 

如今，通過一系列生態(tài)保護(hù)措施，若爾蓋高原的濕地生態(tài)正在逐步恢復(fù)。記者到達(dá)前幾天，紅原縣剛下過幾場大雨，草地上蓄起了大大小小深淺不一的水洼。近十年，這里原本瀕臨滅絕的黑頸鶴數(shù)量也大幅增加。在高永恒看來，這有利于濕地的恢復(fù)，雖然過程十分緩慢，可能要經(jīng)過幾十年、上百年才能重新開始泥炭質(zhì)的積累。

 

在多年研究基礎(chǔ)上，若爾蓋科研團(tuán)隊還在世界上率先提出了“富碳濕地”的概念。成都生物研究所副研究員朱單已十多年堅持在若爾蓋開展科研，甚至在一次取樣時被溢出而爆炸的沼氣意外炸傷。他說，高海拔泥炭沼澤與高緯度泥炭地的水熱條件、元素循環(huán)方式存在較大差異，國際學(xué)術(shù)界對高寒泥炭地的研究主要集中于高緯度地區(qū)，而對高海拔泥炭濕地的了解不足，“我們要用更深入扎實(shí)的研究，在國際上建起若爾蓋區(qū)域的研究范式”。

 

雅江兩岸告別“沙爬坡” 綠色多了碳匯增了

 

從拉薩一路驅(qū)車，沿著雅魯藏布江前往山南市，雅江兩岸滿目青綠。然而，倘若時光倒退回30年前，這里則是一片黃沙漫漫。

 

“過去，前往拉薩的航班常會因沙塵天氣而返航，現(xiàn)在這種情況少多了。”成都山地所研究員王小丹從2000年起就跟隨前輩科學(xué)家行走在青藏高原上，執(zhí)著守望著“世界屋脊”的生態(tài)安全。如今，他已是該所西藏研究室主任。

 

西藏具有從熱帶到寒帶環(huán)境的各種土壤類型，以及從森林、灌叢、草甸到草原、荒漠等多樣的生態(tài)類型。這里的自然環(huán)境極其脆弱，是全球氣候變化響應(yīng)最敏感的地區(qū)之一。經(jīng)過多年努力，科研團(tuán)隊摸索出了一系列高寒地區(qū)生態(tài)恢復(fù)的新技術(shù)與新模式，并與地方部門共建了6個生態(tài)恢復(fù)示范區(qū)，示范面積約2000公頃，相關(guān)技術(shù)在西藏的環(huán)保、農(nóng)牧、林業(yè)、水利等部門得到廣泛應(yīng)用。

 

從海拔4500多米的山坡俯瞰雅魯藏布江，蜿蜒而開闊的江面從巍峨的群山間穿過，沿江沙地上生長出一片片草地、樹林、經(jīng)濟(jì)果園。這是成都山地所科研團(tuán)隊多年防沙治沙的成果。

 

雅江河谷兩岸幾百年的“沙爬坡”，使沿岸土地沙化嚴(yán)重。每年秋冬季，當(dāng)河水由豐變枯后，裸露出來的砂土就會被干冷的大風(fēng)吹向山坡，從而使更多更廣的土地沙化。

 

“我們利用核素追蹤，找到了沙源。”成都山地所研究員周萍為這里的防沙治沙投入了多年歲月，她與同事一起，通過對雅江流域中上游沙化土地的全面調(diào)研，結(jié)合氣候、地形、土壤、植被、沙化程度等因素，確定了雅江流域山南段不同沙化程度沙地的治理要點(diǎn)。

 

他們的試驗示范地就設(shè)在山南市扎囊縣桑耶鎮(zhèn)的一處河谷岸邊。在沙地上隔出的一塊塊實(shí)驗地中，分別種植著砂生槐、拉薩小檗、絨葉黃花木、巴東醉魚草等十多種植物。這里有自動氣象站和土壤溫濕度自動監(jiān)測系統(tǒng)，科研人員可在此初選和繁育防沙治沙的種質(zhì)資源。

 

值得一提的是，研究團(tuán)隊根據(jù)雅江河谷沙地特點(diǎn)，構(gòu)建起了可操作、生態(tài)環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性好的生態(tài)水土層，可有效改善微生境。周萍介紹，針對雅江河谷地下水深、降雨少的特點(diǎn)，他們在土壤上層構(gòu)建無毛細(xì)孔隙的覆砂層，加速水分下滲并減少蒸發(fā)；在土壤下層鋪設(shè)生態(tài)環(huán)保的親水材料，幫土地保持住水分，減緩下滲——這種“微型水庫”為植物生長提供了更多水分。

 

隨著雅江兩岸的綠色逐年增多，這里的小氣候也更加濕潤，有利于人工林的繁殖。今年，成都山地所在山南市建成了西藏首個人工林碳匯監(jiān)測示范基地。

 

“過去，由于缺乏令人信服的科研數(shù)據(jù)，青藏高原碳源-碳匯關(guān)系存在爭議。”王小 丹說，在中國科學(xué)院“應(yīng)對氣候變化的碳收支認(rèn)證及其相關(guān)問題”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（簡稱“碳專項”）和第二次青藏高原科考等項目支持下，國內(nèi)多家科研機(jī)構(gòu)聯(lián)手構(gòu)建了跨青藏高原的相關(guān)系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)集，對這一問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究?？茖W(xué)家通過18個模式模擬表明，青藏高原的凈碳匯能力還在提升，對碳固定的促進(jìn)速率超過了凍土的釋放速率。

 

2018年，國際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）發(fā)表了該研究團(tuán)隊的系列科學(xué)發(fā)現(xiàn)。這為去年西藏完成的首筆碳交易提供了重要依據(jù)。據(jù)王小丹粗略估算，西藏的碳匯價值可達(dá)數(shù)百億元，“而且，西藏林草生態(tài)工程在氣候暖濕化的大背景下還有持續(xù)提升碳匯的潛力”。

 

成都山地所的85后研究員魏達(dá)說，自己是跟隨中國科學(xué)院的碳專項成長起來的。穿梭在青藏高原15年，他發(fā)現(xiàn)以往學(xué)者只注意到來自牛羊、凍土的碳排放，卻忽視了高寒植被其實(shí)是被低估的“吸碳小能手”，它們對甲烷和二氧化碳等溫室氣體的吸收量是之前預(yù)計的3到4倍。

 

而且，有研究表明，海拔4000米左右的區(qū)域，可能是高原上凈碳匯較高的地區(qū)。因此，量化氣候變化和生態(tài)恢復(fù)下的碳匯動態(tài)，是青藏高原亟待解決的優(yōu)先性科學(xué)問題之一。為此，科學(xué)家建起了青藏高原全剖面土壤碳過程觀測網(wǎng)絡(luò)。

 

“這個網(wǎng)絡(luò)目前共有18個觀測點(diǎn)，有的建在無人區(qū)。山南的觀測點(diǎn)深度為1.2米，申扎站的達(dá)到5米，是最深的一個。”王小丹解釋，生態(tài)系統(tǒng)碳匯的地下過程就像是一個黑箱，對這個過程進(jìn)行觀測，是打開“黑箱”的關(guān)鍵途徑。“在成土過程中，碳周轉(zhuǎn)的過程非?？臁＿@些觀測數(shù)據(jù)還將為青藏高原暖濕化之后的碳匯能力變化提供預(yù)測依據(jù)。”

 

最高海拔增溫實(shí)驗 原位模擬青藏高原的未來

 

作為“地球第三極”和“亞洲水塔”，青藏高原的高寒生態(tài)環(huán)境極其脆弱，生態(tài)安全屏障建設(shè)是一項系統(tǒng)復(fù)雜工程，具有長期性和艱巨性。

 

根據(jù)國家《西藏生態(tài)安全屏障保護(hù)與建設(shè)規(guī)劃（2008-2030年）》的要求，成都山地所創(chuàng)新性地提出了西藏生態(tài)保護(hù)-生態(tài)建設(shè)-支撐保障統(tǒng)籌的生態(tài)安全屏障構(gòu)建新模式，以及保護(hù)、建設(shè)和支撐3大類10項工程。

 

其中，西藏生態(tài)安全屏障生態(tài)監(jiān)測體系建設(shè)是支撐保護(hù)工程、評估工程實(shí)施效益的重要手段，該體系共將建立申扎、山南、林芝、昌都、定日、日喀則、那曲、阿里、改則、芒康等10個站網(wǎng)。位于那曲市申扎縣申扎鎮(zhèn)的申扎站就是首個納入該監(jiān)測體系的重點(diǎn)臺站。

 

從西藏日喀則市出發(fā)，在峽谷和高原上驅(qū)車6小時，記者抵達(dá)世界上海拔最高的生態(tài)觀測站——申扎高寒草原與濕地生態(tài)系統(tǒng)觀測試驗站，海拔4730米。2023年，它入選第一批國家生態(tài)質(zhì)量綜合監(jiān)測站。

 

地處岡底斯山和西藏第一大湖色林錯之間，藍(lán)天雪山、草原湖光，高原腹地的夏日景色令人沉醉。就在漫漫草原上，科研人員架設(shè)起了近地層通量觀測站、風(fēng)蝕觀測系統(tǒng)、溫室氣體通量觀測系統(tǒng)、植物光譜分析儀等大量儀器設(shè)備。

 

“我們的儀器在每次開機(jī)后都要做穩(wěn)定性檢測，以保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，將誤差控制在1%以內(nèi)，這樣做出來的研究才有價值。”魏達(dá)說，青藏高原氣壓低、輻射強(qiáng)，這樣的自然環(huán)境是實(shí)驗室難以模擬的——只有走上高原，在真實(shí)環(huán)境中才能獲得一手?jǐn)?shù)據(jù)。

 

青藏高原的草地植被類型占到了七八成，其中又以高原草甸和高寒草原為主，而申扎地區(qū)是最具有代表性的。早在上世紀(jì)80年代，成都山地所的科研人員就開始在這里采樣。24年前，王小丹第一次來到這里，住的是自己帶來的帳篷，吃的只有方便面。有一次下雨，道路中斷，他和同行伙伴在這里等待救援，一等就是五天。一邊忍受著高原反應(yīng)帶來的折磨，一邊食物匱乏到只剩下幾包方便面，這段經(jīng)歷讓他從此再也不住帳篷、不吃方便面。

 

“現(xiàn)在全程公路已便捷很多。”王小丹說，當(dāng)年從鎮(zhèn)上搭乘大巴在土路上顛簸到監(jiān)測點(diǎn)，就需要整整一天。由于這里人跡罕至，回程搭車往往要看司機(jī)是否聚集到足夠的客源，等上個三五天是常事。

 

在草原上，一溜排開的開放式玻璃房內(nèi)，正在進(jìn)行模擬增溫實(shí)驗。“未來氣候變暖究竟會如何影響青藏高原？我們在這里進(jìn)行原位模擬實(shí)驗。”魏達(dá)介紹，除了二氧化碳濃度，每個玻璃房內(nèi)的條件都完全一致，包括日照、土壤、降雨、植物生長等——這在實(shí)驗室里幾乎無法模擬出來。他們從拉薩拉來裝有二氧化碳?xì)怏w的鋼瓶，通過精準(zhǔn)的濃度控制，釋放到玻璃房內(nèi)。

 

目前的初步實(shí)驗結(jié)果是，至少在未來數(shù)年內(nèi)，青藏高原的暖濕化有助于碳匯的提升。魏達(dá)解釋，因為植物光合作用需要二氧化碳，而二氧化碳濃度升高就相當(dāng)于給植物施肥，“對于青藏高原這樣的苦寒之地而言，水熱條件的改善會明顯提升植物的生產(chǎn)能力”。不過，他也提到，長期苦寒環(huán)境適應(yīng)，使得一些高原植物必須經(jīng)歷較長時期低溫才能進(jìn)行繁殖，這部分植物可能較難應(yīng)對未來氣候變暖。

 

“當(dāng)年的青藏高原是耐寒動植物的‘訓(xùn)練營’，這里有很多古老的物種，各自懷揣著適應(yīng)環(huán)境的秘密。”王小丹說，或許人們可能從中發(fā)現(xiàn)應(yīng)對未來氣候變化的方法。

 

這些年，申扎站的科研環(huán)境不斷改善，新的市政配套設(shè)施正在抓緊施工，實(shí)驗設(shè)備也在一批批安裝更新。魏達(dá)說，要弄清高原上的物質(zhì)循環(huán)，一陣陣刮過的大風(fēng)、悄然掉落的草籽，乃至牦牛糞便，都在其中起著舉足輕重的作用。他告訴記者，站上就設(shè)有植物掉落物分解實(shí)驗，還有老師專門研究牦牛糞的生態(tài)作用。

 

王小丹表示，西藏生態(tài)安全屏障保護(hù)與建設(shè)是國家戰(zhàn)略，未來的任務(wù)道阻且長，只有迎難而上、持之以恒。他堅信，到2030年生態(tài)安全屏障工程完成之后，能夠基本實(shí)現(xiàn)“有效保護(hù)、成功治理、穩(wěn)定向好、生態(tài)安全”的總目標(biāo)。