新疆生态所确认沙漠下的隐匿碳汇

　　陆地上极端干旱缺水的地区会形成沙漠（比如塔克拉玛干沙漠）。沙漠是沙的世界，放眼望去，不见绿色，不见生命，但见黄沙；沙丘起伏绵延，似乎延展到世界的尽头。然而，谁又能想得到，这浩瀚的沙海下，居然隐藏一个咸水的“海洋”（地下咸水）。中国科学院新疆生态与地理研究所的一项最新研究确认，这个咸水“海洋”，和真正的海洋一样，也是一个“碳汇”，是全球相关科学家苦苦寻求的“迷失碳汇”的一部分。

　　化石燃料燃烧产生的二氧化碳，部分存储于大气（导致大气二氧化碳浓度升高），部分进入海洋，但还有一部分不知去向，即所谓的“迷失碳汇”。几十年来，相关科学家付出了巨大的努力，寻找“迷失碳汇”的去向，并基本确定其在陆地生态系统中，但具体在陆地生态系统的哪一部分？森林、草地还是农田？北半球温带森林生态系统被确认为碳汇，但确认的量远没有“迷失碳汇”那么大。

　　沙漠或荒漠区植被稀疏甚至完全荒芜，土壤贫瘠（有机碳含量极低），长期以来被认为不可能大量吸收二氧化碳而形成碳汇。直到几年前，中美两国科学家几乎同时发现沙漠或荒漠区有进入地表的二氧化碳通量，并据此推测荒漠区很可能是一个很大的碳汇（Xie et al, 2009, CO2 absorption by alkaline soils and its implication to the global carbon cycle, Environ. Geol., 56, 953-961； Wohlfahrt et al, 2008, Large annual net ecosystem CO2 uptake of a Mojave Desert ecosystem, Glob. Change. Biol., 14, 1475-1487）。这些发现引起广泛关注，《科学》杂志专文评述：《科学家发现了碳循环的隐匿环节？》（Stone, 2008, Have desert researchers discovered a hidden loop in the carbon cycle? Science, 320, 1409-1410）。然而，这些关注也包括来自国际碳循环权威人士的强烈质疑：荒漠中贫瘠的土壤、稀疏的植物不可能以这么大的速率吸收二氧化碳（Schlesinger et al, 2009, On carbon sequestration in desert ecosystems, Glob. Change. Biol., 15, 1488-1490）。不得不承认，权威的质疑切中要害而且难以辩驳：沙漠中土壤或植物如果以这么大的速率吸收碳，不可能测不到增量。没有测到增量（汇）而只有通量（过程量），通量被质疑顺理成章。也就是说，问题归结到一个极为简单的逻辑问题：那么多的二氧化碳进入荒漠，存哪儿了？回答不了这个问题，质疑则无法被驳回。

　　为了回答这个问题，新疆生态所研究员李彦带领其团队进行长达10年的探索，并最终回答了这个问题：存在了荒漠区地下咸水层（Li et al, 2015, Hidden carbon sink beneath desert. Geophysical Research Letters, doi:10.1002/2015GL06422）。也就是说，向下的二氧化碳通量不在植物中，也不在土壤中，而在其之下的荒漠地下咸水层。具体的碳汇形成过程大致如下：荒漠边缘区绿洲或荒漠土壤呼吸释放的CO2，并不像别的地区那样完全返回大气，而是部分被盐碱性的土壤水溶解吸收；这些被溶解吸收的CO2­在灌溉洗盐过程中被淋洗进入地下水层，并随着地下水运动水平输送而进入广饶的沙漠下。简而言之，这个碳汇过程是干旱区盐碱土改良、盐渍化控制的一个伴生过程：因为蒸发远大于降水，盐渍化是干旱区绿洲土壤的一个自然过程——为控制盐渍化，必须洗盐；而盐碱水对CO2­的溶解度极高，洗盐必然也洗去溶解其中的CO2。而这些洗盐水，最终汇集在浩瀚沙漠下形成地下咸水层，储存于其中的CO­2则形成碳汇，其自身同时也是一个巨大的碳库。初步估计，这个碳库总量（全球）高达1000亿吨，是陆地上植物、土壤之外的第三个活动碳库。

　　这是一个溶解性的无机碳汇，本质上与海洋中无机碳汇的形成没有区别。事实上，干旱区内陆河无入海口，而是消失于浩瀚沙漠，沙漠下的地下水就是它的“海洋”。李彦团队的研究证实，这个“沙漠下的海洋”与真正的海洋一样也是碳汇。从荒漠区向下二氧化碳通量的发现到碳汇的最终确认，他们走过了漫长的十年。这个结果在传统认为的“不可能地区”确认了碳汇的存在，为寻找“迷失碳汇”开创了一个全新的方向。