新疆生态与地理研究所马晓飞:土壤冻融循环的大boss

2003年以来,咱们看到北半球春天的植被开始返青时间整体上都提前了,可是在不同地方差异特别大,一直弄不明白这背后的道理。过去大家总觉得温度、降水和太阳辐射是关键,但这次中国科学院新疆生态与地理研究所的马晓飞副研究员带着他的团队给咱们打开了新思路。他们用了2003年到2022年整整二十年的MODIS卫星物候数据,还有微波遥感的土壤冻融数据,结合各种气候资料,把北纬30度以上这一片广袤区域的生长季开始时间查了个水落石出。结果发现,虽然平均每十年植被提前了1.9天返青,但还有超过28%的区域居然在往后拖。这说明光看温度这些因素肯定是解释不通的。 马晓飞他们把数据好好分析了一通,终于把土壤冻融循环这一长期被忽略的过程给拎了出来。这东西可不是个可有可无的“背景噪音”,简直是个“双面性”的大boss。在北方的泰加林里,土壤冻一冻再融一融正好能打破植物的冬眠状态,把土壤里的养分给逼出来,给植物发个“信号”,这时候的作用特别明显,有时候能把生长季提前将近7天。但要是换个地方,比如干旱区荒漠或者温带森林里,情况就不一样了。 对于那些需要靠深层水分活命的荒漠植物来说,表层土壤老这样反复冻结融化很容易破坏结构、让水分跑得更快,甚至直接伤到植物的根系。这会让植物缺水受气,发芽时间就被往后拖。在有些温带森林里,冻融事件太频繁的话会直接把植物的身体搞坏了,还要花大量能量去修复自己的伤口。这么一来发芽时间也会晚上好几天。对于高山草甸和苔原这种特别娇气的高寒地带来说就更复杂了。适度冻融是好事能帮着苏醒过来;可要是冻融太频繁了就会把积雪提前弄没了、让土壤温度湿度变得不稳定。 研究还发现个挺有意思的事儿:随着全球变暖让土壤冻得时间越来越短、冻融的“时间窗口”被挤得越来越窄,它对春天节奏的控制劲儿在2003年到2016年这段时间里已经开始变弱了。不过这个时候太阳辐射的作用倒是越来越大了。 因为不同的生态系统对这种变化敏感程度不一样:寒带森林反应比较快变得迟钝了一些;灌木林地却稳得很没啥大变化。 这个发现把土壤冻融这个关键因素正式放进了大尺度物候变化的分析框架里,彻底改变了我们以前的看法。告诉咱们以后要想准确预测全球变暖下的生态系统会怎么变,必须得把这个地表过程的区域差异考虑进去。比如在北方森林里这可能会让碳汇功能更强;但在干旱区这就可能让生态变得更脆弱了。 这一成果不光给全球变化生态学研究提供了新视角,也给咱们国家和全球应对气候变化、搞生态系统适应性管理提供了更硬实的科学依据。毕竟要想跟自然和谐相处嘛。