冻土碳释放加速

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冻土碳释放加速：气候变化的隐形威胁

北半球多年冻土区，那片沉默的冰冻世界，正以前所未有的速度向我们的大气中释放二氧化碳，曾经的碳库正在变成碳源。

在青藏高原东北部，兰州大学牟翠翠教授团队的监测数据揭示了一个令人警觉的现象：北半球多年冻土区河流的CO2排放正持续加剧。

这些数据表明，这片曾经锁住全球土壤碳库50%的冰冻世界，每年向大气中释放的碳量高达200 ± 15TgC，并且以每年0.42 ± 0.16Tg的速率不断增加。

01 沉睡的巨人：冻土碳库的转变

北半球多年冻土区面积达2100万平方公里，其碳储量约占全球土壤碳库的50%，是陆地生态系统最大的碳库。

长期以来，这片土地像是一个巨大的碳保险库，通过冻结状态有效保存了古老植物和生物质遗留的有机碳。

然而，全球变暖正在改变这一格局。最新研究显示，30-40%的北极多年冻土区已从碳汇转变为碳源。

这些地区现在释放的碳已经超过了它们吸收的量，这标志着地球系统的一个关键转折点。

冻土碳释放通过两种主要途径：直接排放温室气体和通过水体横向输移。

河流释放的CO2约占全球内陆水体CO2排放总量的85%，成为全球碳循环的重要组成部分。

02 加速释放：科学发现与机制

牟翠翠教授团队通过机器学习方法，综合分析北半球多年冻土区5685条河流的CO₂分压数据发现，气候因素和多年冻土退化是河流CO2排放增加的主控因素。

在环北极地区，降水解释了CO2排放变化的57.3%；在青藏高原，冻土退化则解释了55.0% 的排放变化。

多年冻土融化通过多种机制加速碳释放。中国科学院植物研究所杨元合研究团队发现，热融塌陷显著改变了微生物群落结构，提高了土壤磷有效性，进而促进了微生物碳利用效率。

微生物变得更加“高效”地利用原本被封存的碳，将其转化为温室气体。

成都山地所的研究则揭示了高山冻土碳排放的海拔模式：土壤CO2排放量随海拔升高而显著下降，这一模式由土壤有机碳储量决定。

令人意外的是，CO2排放的温度敏感性同样随海拔升高而降低，这与科学界此前的预期有所不同。

03 区域差异：北极与青藏高原

北极和青藏高原作为北半球最重要的冻土区，正经历着不同的变化路径。

在北极地区，超过30%的区域已经转变为净碳源，如果考虑野火排放，这一比例高达40%。北极地区表现为强烈的碳释放区，主要受降水变化驱动。

青藏高原的研究则呈现更复杂的图景。成都山地所的研究表明，到本世纪末，4000米以上地区CO2排放增幅显著低于较为温暖的低海拔地区，也显著低于北极地区。

这主要是由于高海拔地区土壤有机质有限，导致CO2释放受限。

大兴安岭国家野外站的研究则揭示了寒温带针叶林土壤碳排放对气候变化的多因子响应。

温度升高1.5-2.0℃、降雨增加20% 显著提升CO2年总排放量，而氮素添加的影响则不显著。

04 反馈循环：加剧全球变暖

冻土碳释放最大的威胁在于其与气候变暖形成的正反馈循环。

全球变暖加速多年冻土退化，导致地温升高、地下冰融化，加速碳向邻近水生态系统的横向输移。

这些碳部分被矿化并以温室气体形式释放到大气中，进一步强化了冻土碳—气候反馈效应。

黑碳在这一过程中扮演了加速器的角色。清洁空气基金组织指出，黑碳不仅直接导致变暖，还通过沉积在冰雪表面降低反照率，加速冰川和冻土融化。

解决冰冻圈的黑碳排放问题可能获得巨大的气候效益。

目前，北半球多年冻土区河流CO2排放已抵消了该区域陆地碳汇的28.1 ± 2.1%。

这一数字凸显了冻土碳释放在全球碳预算中日益重要的地位，也解释了为何现有陆地碳预算模型必须开始考虑河流碳过程。

05 应对策略：减缓与适应

面对冻土碳释放加速的挑战，科学界和国际社会正在寻找应对之道。欧盟委员会近期发布了关于二氧化碳清除（CDR）的研究报告，提出扩大市场需求、加速融资机制创新的政策选项。

这些措施旨在通过战略性采购，推动直接空气捕获与封存（DACCS）、生物能源碳捕获（BECCS）等技术发展。

减少黑碳排放被视为快速减缓气候变化的重要途径。清洁空气基金组织建议，政策制定者应优先考虑交通运输、住宅供热和能源等黑碳排放密集的行业。

在北极地区，需要技术解决方案和监管改革双管齐下。

中国在生态恢复方面的实践提供了另一种思路。国际专家评价，中国的“三北”防护林体系建设工程以及同步推进的草原修复、沙化治理等系统性工程，为世界提供了可复制、可扩展的治理路径。

没有健康的土壤，就没有真正有效的气候行动。据估计，为将全球升温控制在1.5℃以内，全球需要被封存的碳中，超过四分之一必须依靠土壤的碳汇能力来完成。

青藏高原非生长季CO2排放的温度敏感性随海拔升高而降低，大兴安岭的针叶林土壤碳排放对增温、增雨和氮添加呈现非线性响应。

这些发现正在重塑科学家对冻土碳循环的理解。

联合国教科文组织总部即将举行的黑碳与冰川融化边会上，专家们将讨论如何通过减少黑碳排放来保护冰川和冻土。

正如拯救土壤运动的斯里达尔所说：“如果一个国家不善待自己的土地，就不可能真正养育好下一代。”