《科学通报》：高寒生态系统退化加速青藏高原碳流失

专家认为解决办法在于提高当地生物量和植被光合作用能力
 
气候变暖将导致土壤释放出大量的碳，碳排放又增强了全球变暖的趋势，从而形成恶性循环。青藏高原正是一个可能对气候变化产生影响的巨大碳库。我国科学家通过对青藏高原风火山地区高寒草地CO2排放通量的研究发现，随着退化程度的加剧，高寒草甸碳排放量逐渐提高，而沼泽草甸的碳排放量反而逐渐降低。
 
该项研究成果日前发表在《科学通报》2007年第13期上（www.SciChina.com）。论文第一作者、兰州大学环境资源学院博士王俊峰接受《科学时报》采访时表示，在目前全球气候变暖和环境恶化的背景下，通过对近年来的卫星遥感资料分析发现，我国青藏高原江河源区高寒生态系统有逐年退化加剧的趋势，同时有资料显示，这种退化与全球气候变暖有着较为密切的联系。
 
“我们想通过这项研究，了解气候变暖是否会影响到青藏高原土壤碳库的稳定，了解影响高寒生态系统土壤碳排放的因素是什么。目前，我还没有了解到国内外有高海拔、高纬度地区草地生态系统退化对土壤碳排放的影响的研究。对这样一个地区的土壤碳排放进行研究，将有助于评估青藏高原土壤碳排放对区域甚至全球水平碳排放的贡献，同时为其他高海拔、高纬度地区以及多年或永久冻土区的草地生态系统的碳排放研究提供参考。”王俊峰说。
 
据介绍，青藏高原高寒草地分为高寒草甸、高寒草原以及高寒沼泽草地等类型。高原沼泽与高寒草甸主要分布在海拔3200米～4800米的河畔、湖滨、山间盆地、蝶形洼地、高山鞍部等部位，气候寒冷，地下埋藏着多年冻土。其中高寒草甸面积分布广阔，是青藏高原牧业发展的基础；同时，高寒草甸生态系统退化与否，直接关系到土壤碳库以及地下多年冻土的稳定。因此，高寒草甸的退化，会对多年冻土、土壤碳库的稳定以及藏区农牧业发展造成直接或间接的影响。
 
王俊峰等选取的实验区——青藏高原风火山地区——位于青藏高原腹地，沼泽与高寒草甸分布范围广，不同退化程度的草甸均有分布，草甸退化也较典型；同时，北麓河观测站和风火山观测站也位于该地区，能保障试验的连续性和人员生活。研究人员采用静态箱法测定土壤碳排放，即在观测箱内一定面积的被测表面，测定单位时间内空气中温室气体浓度的变化，从而计算出温室气体的通量。用红外色谱仪对静态箱中的二氧化碳浓度变化进行监测，保证数据的准确。
 
为测量二氧化碳的日变化，研究人员需要克服高原缺氧、凌晨低温等问题，在寒风、降雪等恶劣天气频发的当地蹲点守候，每两小时观测一次。研究组通过一年野外调研初步发现，青藏高原高寒草甸退化会影响土壤的碳排放。除5月份植被萌发期外，高寒草甸CO2排放通量随退化程度的加剧而逐渐提高：和未退化和中度退化草甸相比，严重退化高寒草甸排放通量分别高出27.7%～147%和6.4%～78.9%。而沼泽草甸CO2排放通量，随着退化程度的加剧逐渐降低：和中度退化和严重退化草甸相比，未退化沼泽草甸CO2排放通量反而分别高出11.8%～67.7%和41.1%～234.7%。
 
沼泽草甸为何会随着退化程度的加剧降低碳排放？王俊峰认为主要有三方面原因：首先，随着退化加剧，管束植物的分布逐渐减少，阻断了地下根系微生物呼吸与空气交换的渠道。
 
其次，沼泽草甸退化时，其地上、地下生物量随之降低，整个植被的呼吸作用减弱。第三，相比之下，未退化草甸有着较厚的凋落物层，可起到较好的保温保湿作用，从而使土壤微生物维持较高活性，土壤矿物质的氧化还原作用也有所提高。
 
不过，由于影响土壤碳排放的因素较多并且复杂，不同生态系统均有其自身的特点，在目前监测数据较少的情况下，还很难估量草甸退化对土壤碳排放的具体影响。另外，青藏高原地理位置独特、气候环境复杂多变，风火山地区的情况不一定适合整个青藏高原。随着气候环境的变迁以及生态系统的转变，土壤碳排放的模式也可能发生改变。因此，课题组认为，要了解整个青藏高原碳排放的模式以及未来的发展趋势，还需要长时间、多地区、多手段地进行观测研究。
 
“土地向大气中排放的温室气体只占所有排放源的一小部分，绝大部分陆地生态系统对温室气体实际上起汇聚作用。”王俊峰指出，绿色植物吸收了大量温室气体，土地释放碳对全球变暖的响应，只在高海拔地区、高纬度地区、多年冻土区等特殊地区表现比较明显。以青藏高原为例，导致其高寒草甸退化的原因，主要有全球气候变暖、人为活动、过载放牧、鼠害破坏等。其中，全球气候变暖导致多年或永久冻土融化，加速土壤中矿物质的流失，使土壤贫瘠化，从而导致高寒草地退化。
 
王俊峰指出，因高寒生态系统退化和冻土融化而导致土壤碳流失速度加快，这一问题在芬兰、北欧以及西伯利亚等地都已有所显现。但这些地区如何抑制土壤碳排放、增加土壤的碳储量，目前国内外还没有较为有效的工程措施。他认为，为保护与恢复青藏高原沼泽与高寒草甸，可通过提高生物量和植被光合作用的能力来增加土壤的碳储量，从而降低青藏高原的碳排放。当然，具体措施还需草业科学专家作进一步的研究、探索。