加強長江源氣候變化、生態(tài)演變等方面的基礎研究，從生態(tài)預警和生態(tài)修復等方面開展科技攻關，讓江源保持綺麗壯觀風光永續(xù)，生物多樣性永存
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雪山遍布、河湖波涌、草甸延綿。平均海拔超過4500米的長江源區(qū)，風景綺麗壯觀。其背后，則是十分復雜、脆弱的生態(tài)系統。這里植被和土壤的“表層肌膚”對維系江源生態(tài)系統穩(wěn)定發(fā)揮著重要作用。
為深入觀測研究江源植被和土壤，來自長江科學院的青年科研團隊近年來多次參加江源科考，深入江源腹地，探尋江源植被生態(tài)奧秘，開展模擬升溫和徑流沖刷等試驗，摸清植被退化和水土流失風險。通過長期觀測和多種試驗，聆聽江源植被“言語”，為江源生態(tài)保護提供科研支撐。
探尋江源草甸奧秘
徒步穿越秦嶺考察植被分布、踏遍北京周邊山地尋找北柴胡，1982年出生的長江科學院任斐鵬博士熱衷探究植物生態(tài)多樣性，在大學讀碩讀博期間足跡已遍及祖國大江南北。在他看來，地球表層的植被與土壤對外界環(huán)境變化十分敏感，能直觀反映生態(tài)環(huán)境的變化。
巍峨神圣的雪山、蜿蜒曲折的河道、草肥水美的濕地、地下厚厚的凍土、不時冒出的藏羚羊，這是任斐鵬2014年首次在長江源參加科考時看到的壯麗場景。憑借環(huán)境地理學與生態(tài)學等領域的長期專業(yè)積累，讓他將目光鎖定在江源植被和土壤生態(tài)系統。
“如果將流域生態(tài)系統比作人體，植被和土壤如同人體的肌膚，為各種生物提供食物和棲息地?！比戊躇i說，觀測和研究植物如同“聆聽植被言語”，過程雖然艱辛枯燥，但通過大量信息讀取和比對，就能感知植被生態(tài)的環(huán)境偏好和健康狀態(tài)，尤其是在江源脆弱的生態(tài)環(huán)境中，植被依然豐富多樣，值得重點關注研究。
科考途中每到一個考察點，任斐鵬和隊友都會按照1米×1米、5米×5米的正方形面積，分別布設草地和灌叢調查樣方，詳細觀測每個樣方內的植物組成、植株高度、物種多度、分蓋度和總蓋度等指標，記錄土壤類型、干擾程度、坡度和坡向等生境指標。
夏日江源，漫山遍野是黃綠交織的草甸。身處其中，常會讓人產生來到北方茫茫大草原的錯覺。“長江源區(qū)的高寒草甸和內蒙古等北方草原外觀看上去相似，在生態(tài)系統結構和功能上卻完全不同?！苯涍^多年科考觀測和對比研究，任斐鵬發(fā)現，我國北方廣大草原主要是以耐旱的針茅、羊草等禾本科植物為優(yōu)勢種。這些植物多能生長至50厘米以上，因此能出現“風吹草低見牛羊”等景象。
而長江源區(qū)的高寒草甸則以高原嵩草和矮嵩草等抗寒、耐旱的莎草科植物為優(yōu)勢種，植株通常比較矮小，普遍低于20厘米。任斐鵬說，江源地處高原，氣候寒冷，植物的生長期也相對更短，一般5月底才返青，8月底就逐漸變黃。
土壤環(huán)境也是任斐鵬和隊友考察的重點。江源地處高原腹地，土壤發(fā)育過程緩慢。從調查來看，自青藏高原隆起至今，高寒草甸發(fā)育的土壤厚度多處調查點僅為15至20厘米，一旦遭受破壞，短期內難以自然恢復。
觀測研究發(fā)現，江源地區(qū)植物附著生存的土壤，與北方草原也存在明顯區(qū)別。內蒙古草原地區(qū)以黑鈣土、棕鈣土、荒漠土為主，土層較厚，腐殖質多肥力足。江源地區(qū)土壤則以高山草甸土、草甸沼澤土、寒鈣土為主，土壤土層較薄，加上土壤發(fā)育緩慢、植被退化等，常導致土壤肥力不足。
大量凍土層分布是江源土壤又一大特點。任斐鵬介紹，當江源地區(qū)溫度降到零攝氏度以下，土壤中水分凝結成冰后將土壤凍結在一起，形成堅硬的凍土層，江源地區(qū)很多土壤凍結期超過5個月?！八Y冰后體積增大，因此土壤凍結會隆起形成丘狀地帶，破壞土壤結構和植物根系，到了夏季升溫凍土消融，極易出現水土流失”。
將“實驗室”搬上江源
高寒、高海拔地區(qū)被視為全球氣候變化的前哨站。江源地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，在全球二氧化碳排放增加情況下溫室效應更加明顯，對溫度升高的響應更為敏感而迅速。多年觀測結果顯示，過去數十年來長江源地區(qū)氣溫呈現出波動上升的趨勢，尤其是近20年來升溫速率明顯加快。長江源區(qū)過去10多年來的年平均氣溫，比此前40多年平均氣溫上升了1.4攝氏度，升溫幅度是同期全球平均水平的兩倍。
植物作為維持江源生態(tài)健康的重要基礎，遇到升溫后會有哪些變化？近年來，任斐鵬和隊友孫寶洋一直在通過模擬增溫試驗開展研究。
“模擬增溫試驗”是國際上觀測不同增溫狀態(tài)下植物生態(tài)系統變化的主要研究方式。這項試驗通過在草地上安裝不同高度的溫箱，布設傳感器觀測箱內溫度，模擬形成不同增溫條件，從而分析箱內植被生態(tài)的相應變化。
在位于青海省玉樹藏族自治州雜多縣的水利部長江江源區(qū)水生態(tài)系統野外科學觀測研究站——長江科學院江源基地，《瞭望》新聞周刊記者看到，草地上豎立的15個六邊形溫箱被分為5組，高度在0.4米至1.20米間均等分布，加上自然草地對照組，共形成6組不同增溫幅度下的植被對比觀測樣方。
這些增溫箱是任斐鵬和隊友一塊設計制作，在2020年從武漢運至雜多基地安裝的?！扒嗖馗咴瓡円箿夭畲?、風力強，還經常出現大冰雹，國際上常用的增溫箱很難適用?！比戊躇i說，結合江源氣候條件，他們自己動手選材料、畫圖紙，先后試制5類不同的模型，最終選擇用有機玻璃和不銹鋼等材料搭建溫箱。
根據溫度傳感器實時監(jiān)測，長江源區(qū)多年平均氣溫零下1攝氏度情況下，不同高度的溫箱能實現不同幅度增溫。其中1.2米高的溫箱，能增溫約4攝氏度。任斐鵬和隊友一直維護溫箱，觀測箱內草地生態(tài)系統，他們也被其他同事笑稱為草地溫箱“奶爸”。
試驗過程中意外總是不期而遇。2022年3月，一場大風夾雜冰雹呼嘯而來，將兩個增溫箱玻璃砸出洞，受損嚴重。得知情況后，任斐鵬加班趕制溫箱修復材料，第一時間寄到雜多縣由前方工作人員幫忙替換，終于趕在植被復蘇發(fā)芽前將溫箱修復如初。
為研究不同植被覆蓋條件下江源地區(qū)土壤侵蝕規(guī)律與特征，任斐鵬和隊友長江科學院博士孫寶洋在江源基地安裝了變坡水槽沖刷試驗裝置。這套形似傳統水車的試驗裝置，可以模擬分析坡度范圍在0至30度范圍內不同水流速度對不同類型土壤的侵蝕影響機制。
“高原的氣候條件在平原地區(qū)難以模擬，因此在江源地區(qū)開展試驗，能盡量保證環(huán)境、樣品與野外一致，相對精準建立植被和土壤影響生態(tài)環(huán)境的聯系機制?！睂O寶洋說，他們科考中采集不同點位的高山草甸土、寒鈣土等原狀土樣，帶回基地開展徑流沖刷試驗。
白天奔波鏟土，夜晚回到基地開展沖刷試驗，高海拔、長時間的缺氧工作，科考隊員常常身心俱疲，有時路上還會發(fā)生陷車、爆胎等情況，堅持和放棄往往就在一瞬間。“高原試驗條件艱苦，不確定性因素多?！比戊躇i說，將“實驗室”搬上江源，就得耐心堅持，做好面臨各種挑戰(zhàn)、應對各種突發(fā)的準備，“堅持過后，曙光就會在眼前”。
長江科學院的科考隊員在長江源區(qū)進行科考工作（2022年7月26日攝） 肖藝九攝/本刊
升溫3攝氏度可能是臨界點
多年長江源科考發(fā)現，受全球氣候變暖影響，近年來長江源局部地區(qū)植被變化明顯，出現高寒草甸退化、水土流失加劇等隱患。任斐鵬和隊友在模擬增溫試驗中發(fā)現，隨氣溫升高，溫箱觀測樣方內的禾本科植物高度明顯增加，俗稱為“斷腸草”的狼毒等毒雜草有所增多，鼠害干擾明顯增強。
作為江源常見的禾本科植物代表，老芒麥對溫度變化反應非常敏感。孫寶洋介紹，在露天情況下，老芒麥夏季平均高度約72厘米，試驗中隨著溫箱內溫度增加，老芒麥也逐步長高，“在1.2米高的溫箱中，老芒麥最高能長到1.2米，這在江源自然環(huán)境中很少能見到。”
“老芒麥等植物高度增加，必將影響周邊低矮植物生長環(huán)境，甚至可能打破原有植物群落的種間關系?！比戊躇i介紹，生物多樣性削弱后，尤其是高原嵩草等控制水土流失，維持生態(tài)穩(wěn)定重要物種受到威脅，將對群落結構、功能和微環(huán)境產生重要影響。
經過連續(xù)3年的模擬增溫試驗原位觀測，任斐鵬分析相關數據后發(fā)現，當增溫幅度小于3攝氏度的情景下，監(jiān)測樣方內的物種數量和群落優(yōu)勢種沒有明顯變化，當增溫幅度達到或大于3攝氏度時，高寒草甸生態(tài)系統發(fā)生了明顯變化，“升溫越高，監(jiān)測樣方內的植被覆蓋度下降越大，生物多樣性和物種密度下降趨勢更加明顯”。
聯合國政府間氣候變化專門委員會2022年2月發(fā)布的第六次評估報告指出，在“中等變暖水平（3.2攝氏度）”條件下，面臨滅絕風險的物種數量顯著增多，比如無脊椎動物、兩棲動物和有花植物?！敖纯瓶嫉摹M增溫試驗’觀測結果，與這一結論能夠相互佐證。”任斐鵬說，因此升溫3攝氏度可能是長江源區(qū)高寒草甸生態(tài)系統退化的“臨界點”。
植被退化將帶來一系列生態(tài)連鎖反應。“在高寒草地坡面，植物根系就像是固結土壤的‘織網’。”任斐鵬說，隨著氣溫升高、凍土消融，土壤中的水分流出，地表植被在重力作用下沉降往往會引發(fā)植被和土壤退化，破壞整個生態(tài)系統的穩(wěn)定。
在模擬徑流沖刷試驗中，任斐鵬和孫寶洋根據土壤附著植被輕度、中度、重度退化三種類型對比發(fā)現，隨著植被退化程度加深，徑流沖刷作用下的土壤分離速率呈幾何級數遞增，“這說明植被覆蓋度越低的土壤，平均分離速率越大，模擬實驗顯示，在相同水流功率條件下，長江源土壤分離速率大于西南及黃土高原地區(qū)”。
高寒草甸及土壤，附著在高原高寒凍土之上，形成時間異常漫長。如果平原地區(qū)形成1厘米土壤需要100年，江源地區(qū)則需要200年以上。孫寶洋說，如果植被持續(xù)退化，江源地區(qū)水土流失加劇，長江江水含沙量也將明顯增加，當地居民和動植物的生存環(huán)境將會惡化。
保護江源生態(tài)，維持植被生態(tài)系統健康是關鍵。任斐鵬表示，未來他們還將開展持續(xù)監(jiān)測，準確把握高寒草甸植被生態(tài)系統演變過程及響應特征?！敖幢Ｗo還需要加強江源氣候變化、生態(tài)演變等方面的基礎研究，從生態(tài)預警和生態(tài)修復等方面開展科技攻關，讓江源綺麗壯觀風光永續(xù)，生物多樣性保持永存”。（文 |《瞭望》新聞周刊記者 李勁峰 陳杰）
