《科學通報》：高寒生態系統退化加速青藏高原碳流失

專家認為解決辦法在于提高當地生物量和植被光合作用能力
 
氣候變暖將導致土壤釋放出大量的碳，碳排放又增強了全球變暖的趨勢，從而形成惡性循環。青藏高原正是一個可能對氣候變化產生影響的巨大碳庫。我國科學家通過對青藏高原風火山地區高寒草地CO2排放通量的研究發現，隨著退化程度的加劇，高寒草甸碳排放量逐漸提高，而沼澤草甸的碳排放量反而逐漸降低。
 
該項研究成果日前發表在《科學通報》2007年第13期上（www.SciChina.com）。論文第一作者、蘭州大學環境資源學院博士王俊峰接受《科學時報》采訪時表示，在目前全球氣候變暖和環境惡化的背景下，通過對近年來的衛星遙感資料分析發現，我國青藏高原江河源區高寒生態系統有逐年退化加劇的趨勢，同時有資料顯示，這種退化與全球氣候變暖有著較為密切的聯系。
 
“我們想通過這項研究，了解氣候變暖是否會影響到青藏高原土壤碳庫的穩定，了解影響高寒生態系統土壤碳排放的因素是什么。目前，我還沒有了解到國內外有高海拔、高緯度地區草地生態系統退化對土壤碳排放的影響的研究。對這樣一個地區的土壤碳排放進行研究，將有助于評估青藏高原土壤碳排放對區域甚至全球水平碳排放的貢獻，同時為其他高海拔、高緯度地區以及多年或永久凍土區的草地生態系統的碳排放研究提供參考。”王俊峰說。
 
據介紹，青藏高原高寒草地分為高寒草甸、高寒草原以及高寒沼澤草地等類型。高原沼澤與高寒草甸主要分布在海拔3200米～4800米的河畔、湖濱、山間盆地、蝶形洼地、高山鞍部等部位，氣候寒冷，地下埋藏著多年凍土。其中高寒草甸面積分布廣闊，是青藏高原牧業發展的基礎；同時，高寒草甸生態系統退化與否，直接關系到土壤碳庫以及地下多年凍土的穩定。因此，高寒草甸的退化，會對多年凍土、土壤碳庫的穩定以及藏區農牧業發展造成直接或間接的影響。
 
王俊峰等選取的實驗區——青藏高原風火山地區——位于青藏高原腹地，沼澤與高寒草甸分布范圍廣，不同退化程度的草甸均有分布，草甸退化也較典型；同時，北麓河觀測站和風火山觀測站也位于該地區，能保障試驗的連續性和人員生活。研究人員采用靜態箱法測定土壤碳排放，即在觀測箱內一定面積的被測表面，測定單位時間內空氣中溫室氣體濃度的變化，從而計算出溫室氣體的通量。用紅外色譜儀對靜態箱中的二氧化碳濃度變化進行監測，保證數據的準確。
 
為測量二氧化碳的日變化，研究人員需要克服高原缺氧、凌晨低溫等問題，在寒風、降雪等惡劣天氣頻發的當地蹲點守候，每兩小時觀測一次。研究組通過一年野外調研初步發現，青藏高原高寒草甸退化會影響土壤的碳排放。除5月份植被萌發期外，高寒草甸CO2排放通量隨退化程度的加劇而逐漸提高：和未退化和中度退化草甸相比，嚴重退化高寒草甸排放通量分別高出27.7%～147%和6.4%～78.9%。而沼澤草甸CO2排放通量，隨著退化程度的加劇逐漸降低：和中度退化和嚴重退化草甸相比，未退化沼澤草甸CO2排放通量反而分別高出11.8%～67.7%和41.1%～234.7%。
 
沼澤草甸為何會隨著退化程度的加劇降低碳排放？王俊峰認為主要有三方面原因：首先，隨著退化加劇，管束植物的分布逐漸減少，阻斷了地下根系微生物呼吸與空氣交換的渠道。
 
其次，沼澤草甸退化時，其地上、地下生物量隨之降低，整個植被的呼吸作用減弱。第三，相比之下，未退化草甸有著較厚的凋落物層，可起到較好的保溫保濕作用，從而使土壤微生物維持較高活性，土壤礦物質的氧化還原作用也有所提高。
 
不過，由于影響土壤碳排放的因素較多并且復雜，不同生態系統均有其自身的特點，在目前監測數據較少的情況下，還很難估量草甸退化對土壤碳排放的具體影響。另外，青藏高原地理位置獨特、氣候環境復雜多變，風火山地區的情況不一定適合整個青藏高原。隨著氣候環境的變遷以及生態系統的轉變，土壤碳排放的模式也可能發生改變。因此，課題組認為，要了解整個青藏高原碳排放的模式以及未來的發展趨勢，還需要長時間、多地區、多手段地進行觀測研究。
 
“土地向大氣中排放的溫室氣體只占所有排放源的一小部分，絕大部分陸地生態系統對溫室氣體實際上起匯聚作用。”王俊峰指出，綠色植物吸收了大量溫室氣體，土地釋放碳對全球變暖的響應，只在高海拔地區、高緯度地區、多年凍土區等特殊地區表現比較明顯。以青藏高原為例，導致其高寒草甸退化的原因，主要有全球氣候變暖、人為活動、過載放牧、鼠害破壞等。其中，全球氣候變暖導致多年或永久凍土融化，加速土壤中礦物質的流失，使土壤貧瘠化，從而導致高寒草地退化。
 
王俊峰指出，因高寒生態系統退化和凍土融化而導致土壤碳流失速度加快，這一問題在芬蘭、北歐以及西伯利亞等地都已有所顯現。但這些地區如何抑制土壤碳排放、增加土壤的碳儲量，目前國內外還沒有較為有效的工程措施。他認為，為保護與恢復青藏高原沼澤與高寒草甸，可通過提高生物量和植被光合作用的能力來增加土壤的碳儲量，從而降低青藏高原的碳排放。當然，具體措施還需草業科學專家作進一步的研究、探索。