“地球第三極”如何應對氣候變化

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。最新評估報告顯示，數(shù)十年間，西藏生態(tài)保護取得顯著效益，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，文匯報記者走進青藏高原上的生態(tài)監(jiān)測臺站，探訪長年頂著烈日寒風、在缺氧環(huán)境中堅守的科學家，深入了解他們?nèi)绾斡弥腔叟c執(zhí)著守護這片生態(tài)屏障。

 

作為青藏高原的結(jié)構主體、“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，國務院批準《西藏生態(tài)安全屏障保護與建設規(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，在中國科學院組織的“科技支撐西藏生態(tài)安全屏障建設”主題采訪活動中，中國科學院、水利部成都山地災害與環(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)保護在本世紀前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，若爾蓋科研團隊發(fā)現(xiàn)，如今的這片草原已不像當年紅軍過草地時那么兇險——草原沼澤已在退化。上世紀六七十年代，在擴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，導致若爾蓋高寒濕地的嚴重退化。

 

若爾蓋生態(tài)站站長高永恒介紹，高海拔泥炭地是維護高原氣候環(huán)境穩(wěn)定的重要生態(tài)系統(tǒng)。當環(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。

 

然而，近年來氣候變化和人類活動引起的土壤環(huán)境改變，將導致泥炭地深層土壤中有機碳的穩(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，沼澤泥炭蘊藏量高達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驗系統(tǒng)，土壤剖面深度達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和適應機制進行更深入研究。

 

“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、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，可3小時收取一次數(shù)據(jù)。

 

近5年來，若爾蓋站已承擔科研項目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構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指導建議，“適當強度的放牧有利于草地資源保護與可持續(xù)利用”。

 

如今，通過一系列生態(tài)保護措施，若爾蓋高原的濕地生態(tài)正在逐步恢復。記者到達前幾天，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，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。

 

在多年研究基礎上，若爾蓋科研團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，國際學術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最敏感的地區(qū)之一。經(jīng)過多年努力，科研團隊摸索出了一系列高寒地區(qū)生態(tài)恢復的新技術與新模式，并與地方部門共建了6個生態(tài)恢復示范區(qū)，示范面積約2000公頃，相關技術在西藏的環(huán)保、農(nóng)牧、林業(yè)、水利等部門得到廣泛應用。

 

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)濟果園。這是成都山地所科研團隊多年防沙治沙的成果。

 

雅江河谷兩岸幾百年的“沙爬坡”，使沿岸土地沙化嚴重。每年秋冬季，當河水由豐變枯后，裸露出來的砂土就會被干冷的大風吹向山坡，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。

 

他們的試驗示范地就設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，研究團隊根據(jù)雅江河谷沙地特點，構建起了可操作、生態(tài)環(huán)保、經(jīng)濟性好的生態(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，他們在土壤上層構建無毛細孔隙的覆砂層，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-碳匯關系存在爭議。”王小 丹說，在中國科學院“應對氣候變化的碳收支認證及其相關問題”戰(zhàn)略性先導科技專項（簡稱“碳專項”）和第二次青藏高原科考等項目支持下，國內(nèi)多家科研機構聯(lián)手構建了跨青藏高原的相關系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)集，對這一問題進行了系統(tǒng)研究?？茖W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，對碳固定的促進速率超過了凍土的釋放速率。

 

2018年，國際權威學術刊物《美國科學院院刊》（PNAS）發(fā)表了該研究團隊的系列科學發(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后研究員魏達說，自己是跟隨中國科學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)恢復下的碳匯動態(tài)，是青藏高原亟待解決的優(yōu)先性科學問題之一。為此，科學家建起了青藏高原全剖面土壤碳過程觀測網(wǎng)絡。

 

“這個網(wǎng)絡目前共有18個觀測點，有的建在無人區(qū)。山南的觀測點深度為1.2米，申扎站的達到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，對這個過程進行觀測，是打開“黑箱”的關鍵途徑。“在成土過程中，碳周轉(zhuǎn)的過程非?？?。這些觀測數(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測依據(jù)。”

 

最高海拔增溫實驗 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)安全屏障建設是一項系統(tǒng)復雜工程，具有長期性和艱巨性。

 

根據(jù)國家《西藏生態(tài)安全屏障保護與建設規(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-生態(tài)建設-支撐保障統(tǒng)籌的生態(tài)安全屏障構建新模式，以及保護、建設和支撐3大類10項工程。

 

其中，西藏生態(tài)安全屏障生態(tài)監(jiān)測體系建設是支撐保護工程、評估工程實施效益的重要手段，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，科研人員架設起了近地層通量觀測站、風蝕觀測系統(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備。

 

“我們的儀器在每次開機后都要做穩(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。”魏達說，青藏高原氣壓低、輻射強，這樣的自然環(huán)境是實驗室難以模擬的——只有走上高原，在真實環(huán)境中才能獲得一手數(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，當年從鎮(zhèn)上搭乘大巴在土路上顛簸到監(jiān)測點，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)，正在進行模擬增溫實驗。“未來氣候變暖究竟會如何影響青藏高原？我們在這里進行原位模擬實驗。”魏達介紹，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——這在實驗室里幾乎無法模擬出來。他們從拉薩拉來裝有二氧化碳氣體的鋼瓶，通過精準的濃度控制，釋放到玻璃房內(nèi)。

 

目前的初步實驗結(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，使得一些高原植物必須經(jīng)歷較長時期低溫才能進行繁殖，這部分植物可能較難應對未來氣候變暖。

 

“當年的青藏高原是耐寒動植物的‘訓練營’，這里有很多古老的物種，各自懷揣著適應環(huán)境的秘密。”王小丹說，或許人們可能從中發(fā)現(xiàn)應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，新的市政配套設施正在抓緊施工，實驗設備也在一批批安裝更新。魏達說，要弄清高原上的物質(zhì)循環(huán)，一陣陣刮過的大風、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，站上就設有植物掉落物分解實驗，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)安全屏障保護與建設是國家戰(zhàn)略，未來的任務道阻且長，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，能夠基本實現(xiàn)“有效保護、成功治理、穩(wěn)定向好、生態(tài)安全”的總目標。