跨越群山，解锁中国山地的“碳汇”密码

编者按：我国是一个多山的国家，山地覆盖了我国2/3的陆地面积，蕴藏着巨大的碳汇。多山的中国呈现出何种碳汇海拔格局？在气候变化和人类活动的影响下，不同海拔的碳汇在发生同样的变化吗？

近日，中国科学院成都山地灾害与环境研究所对碳汇与海拔的关系进行了探索，研究成果发表于《自然-通讯》。

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群山“馈赠”的灵感

海拔变化是山地最基本的特征，对山地植被结构和功能具有重要的控制作用。

人们对山地与植被关系的关注早已有之。唐代诗人白居易就写下了“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开”的名句。

青藏高原东缘的贡嘎山，植被带由低海拔到高海拔，从地带性的亚热带常绿阔叶林，渐变为针阔混交林、针叶林、灌丛、高寒草甸、疏草寒漠和冰雪带等。

▲贡嘎山典型海拔植被（罗辑 研究员 供图）

2020年4月，在从成都飞往拉萨的航班上，科研人员目睹了横断山、唐古拉山、喜马拉雅山等壮丽山脉，突然灵光一现：多山的中国呈现出何种碳汇海拔格局？

通过海量数据挖掘，科研人员惊喜地发现，中国的绵延群山蕴藏了巨大的碳汇。海拔上升100米，气温垂直递减约0.6℃，这个气温变化量相当于纬度增加100公里（气温降低约0.5℃）。气温随海拔垂直递减，加上降水、辐射和营养元素等的综合调控，构成了我国碳汇垂直递减的基本格局。

▲我国典型山地景观及碳汇海拔格局

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织就观测网络

对碳汇海拔格局的认知依托于碳交换量的快速监测。

事实上，从2008年开始，团队成员便着手在青藏高原腹地开展碳汇人工监测，在海拔4730米的野外台站建立了海拔最高的气相色谱系统。团队成员开展了连续8个生长季的人工观测，为认知高寒碳过程打下了坚实的基础。

在冈底斯山，团队安装了第一套碳汇监测系统，实时捕捉空气中二氧化碳浓度的变化，并结合三维风速的分解，在线计算植物与大气间的碳交换，极大提高了碳汇观测的效率和代表性。

团队还相继在可可西里无人区、双湖草原、亚东森林、麦地卡湿地、山南泽当防护林等地设置了观测点，织就了一张观测网络，日夜不息倾听山地的呼吸。

▲典型碳汇监测样地（西藏山南泽当防护林碳汇示范监测点）

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气候变化的敏感区

通过对监测数据的深入研究，科研人员发现了高寒生态系统净碳汇对温度的敏感性比其他区域高40%等一系列指标。这些指标进一步证实了以青藏高原为代表的高寒生态系统碳过程对气候变暖的响应更为敏感。

这与科学界长期以来认为青藏高原是气候变化“敏感区”的说法不谋而合。

高山区气候变暖速率超过平原地区，低海拔地区造林空间有限、营养元素供给受限，那么各海拔带在气候变化和人类活动的综合影响下是否呈现出显著的速率差异呢？

团队进一步采用机器学习将海量地面监测数据和气候模式结合起来，预测高山区碳汇的相对变化速度可能超过低海拔区域。这表明，未来气候变化和人类活动将深刻影响我国碳汇的海拔格局。

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结语

该研究以中国为例探讨了碳汇海拔格局，拓展了山地科学理论，为青藏高原生态安全屏障关键功能量化和重要生态工程布局提供了支撑。

不过，山区气候变化和人类活动的复杂性远远超过了我们的认知。冻土融化是否将释放大量碳？极端气候将如何限制植物生长？人类如何调控提升碳汇？越是走近山，摆在面前的难题似乎越来越多，这也是我们不断奔向山的动力和乐趣。