四川日報 2022年08月04日
每一個(gè)采樣點(diǎn)需要挖至20厘米深。
中科院成都山地所研究員王文志在采集冷杉的年輪樣本。
中科院成都山地所研究員王濤帶領(lǐng)博士生在雅家埂垂直地帶性觀(guān)測樣地采樣。
◎四川日報記者 徐莉莎
盛夏時(shí)節，熱浪滾滾。正值科考旺季，科技工作者紛紛出動(dòng)。在中國科學(xué)院貢嘎山高山生態(tài)系統觀(guān)測試驗站，研究人員已連續工作了一周多。
貢嘎山是橫斷山脈的最高峰，有“蜀山之王”的稱(chēng)譽(yù)，其峽谷高差世所罕見(jiàn)，從東坡大渡河谷底至主峰峰頂，水平距離不過(guò)29公里，相對高差達6500米，這也造就了類(lèi)型多樣的生態(tài)系統景觀(guān)：亞熱帶常綠闊葉林、針闊混交林、針葉林、高山灌叢、高山草甸、高山流石灘稀疏植被帶、高山冰雪帶梯次分布……使這里成為研究山地動(dòng)植物、土壤、水文、氣候、冰川的“天然實(shí)驗室”。
7月10日至14日，川觀(guān)科考隊來(lái)到這個(gè)建站已35年的國家級野外觀(guān)測站，跟隨不同研究方向的科研工作者進(jìn)密林、走野路、探冰川，以求從不同視角捕獲全球變暖的足跡。
“本來(lái)可以避暑，今年也變得熱起來(lái)了。”在海拔1600米的磨西基地，觀(guān)測站代理站長(cháng)常瑞英說(shuō)，氣候變化不僅影響陸地植被的適應策略，也深刻影響生態(tài)系統的結構和功能，“這里是橫斷山區最為敏感的氣候變化‘指示器’。”
密林中的天然實(shí)驗室
從磨西基地沿著(zhù)景區公路向上攀行。一路上，民居漸漸后退，幽深的河谷、連綿的群峰、神秘的原始森林、奇特的冰川瀑布次第闖入視野。
越野車(chē)車(chē)窗外，高聳的峨眉冷杉林向道路兩側逼近，樹(shù)干上苔蘚密布，枝干上包裹著(zhù)、垂掛著(zhù)松蘿。“這是好空氣的標志。”常瑞英說(shuō)。當越野車(chē)行駛到海拔3000米，科考隊伍下車(chē)了。
沿著(zhù)一條小徑，走進(jìn)深邃的山林，眼前出現一個(gè)天然實(shí)驗室：地表網(wǎng)線(xiàn)縱橫，白色的管道把樣地圍成10米見(jiàn)方的樣方，里面的每棵樹(shù)都被做了標記，“腰”間還捆扎著(zhù)記錄生長(cháng)情況的儀器，時(shí)刻記錄著(zhù)它的生長(cháng)。
常瑞英說(shuō)，每年4月到5月雨水充足時(shí)，樹(shù)的直徑長(cháng)得最快；6月到10月則比較均勻；11月以后，天氣轉冷，準備過(guò)冬的樹(shù)去掉了身體里多余的水分，直徑反而會(huì )變小。
環(huán)視周遭，這片0.6公頃的樣地里有不少水文觀(guān)測設備，不管是穿透雨、樹(shù)干莖流，還是地表徑流、壤中流，都是監測對象。樹(shù)干上掛著(zhù)的翻斗式計量?jì)x，每裝滿(mǎn)一次水，就記錄一次，然后自動(dòng)翻蓋倒掉后重新收集，以此往復不停。密林深處有一小木屋，里面的電腦屏幕不斷閃動(dòng)，這是正在測量土壤—大氣碳氮交換量的裝置。
“這是一個(gè)演替中期的森林觀(guān)測場(chǎng)。”常瑞英指著(zhù)凹凸不平的地表，上世紀30年代，這里發(fā)生過(guò)大規模泥石流，形成大塊巖石裸露、不平整的地形。這些林相整齊的林子，就是在泥石流跡地上形成的，據測算林齡有80多年。
正是在這里，科學(xué)家搭建起了一個(gè)涵蓋水文、土壤、氣候和生物的全要素觀(guān)測系統。
山間氣候多變，不一會(huì )兒林間下起了大雨。“在你們來(lái)之前，這里已經(jīng)連續一周大晴天，這在雨季是少見(jiàn)的。”常瑞英說(shuō)，經(jīng)過(guò)30多年的連續觀(guān)測，他們發(fā)現高山地帶增溫很快，同期降水在減少，他們稱(chēng)這為“暖干化”趨勢。
“盡管現在山間大霧彌漫，但從遙感數據看，霧氣是在逐年減少的。”常瑞英感慨，這也會(huì )帶來(lái)系列影響，比如樹(shù)上的苔蘚，它的水分來(lái)源就是降水和霧氣。霧氣減少，對其生長(cháng)也會(huì )有影響。
“全球變暖帶來(lái)的是多層次、綜合性影響。在這個(gè)影響下，生態(tài)系統能不能維持健康、穩定，還需要我們開(kāi)展長(cháng)期觀(guān)測研究，這也是設觀(guān)測站的目的之一。”
追林線(xiàn)的“年輪博導”和“泥巴化學(xué)家”
探尋氣候變化的蹤跡，科研工作者們往往會(huì )進(jìn)到森林的更深處。
林線(xiàn)，是山地垂直植被帶譜中，森林分布的上限。林線(xiàn)上下，色塊分明，超過(guò)這條界限，針葉林就被適應高寒環(huán)境的高山灌叢和高山草甸所替代，墨綠色無(wú)縫連接著(zhù)一片翠綠，再往遠處，藍天下貢嘎群山的冰雪之巔成了這道風(fēng)景線(xiàn)的背景。
溫度、降水，都是影響林線(xiàn)遷移的因素。7月11日，王文志和王濤的團隊，就要趕往這里。探尋氣候變化下，貢嘎山林線(xiàn)附近植被、土壤的變化。他們是2020年中科院引進(jìn)的人才，這兩位“85后”研究員要在林線(xiàn)附近采集各自的樣品。
從磨西鎮出發(fā)，沿著(zhù)瀘定通往康定的434省道蜿蜒而上。車(chē)行一小時(shí)后，海拔上升到3400米。這里是雅家埂的著(zhù)名景區雅家情海。研究人員顧不上打卡景點(diǎn)，開(kāi)始往海拔3700米以上的林線(xiàn)進(jìn)發(fā)。
垂直距離只有300米，但密林中的行進(jìn)并不容易。在向導帶領(lǐng)下，王文志和其學(xué)生抵達了林線(xiàn)處，腳踩松軟的苔蘚，他們展開(kāi)作業(yè)。
在美國兩個(gè)國家實(shí)驗室做過(guò)博士后，2020年回到中科院成都山地所的王文志，被人稱(chēng)為“年輪博導”，10余年來(lái)，其研究一直和年輪有關(guān)。年輪，是時(shí)光留下的痕跡。對他來(lái)說(shuō)，年輪就是一個(gè)研究森林如何響應氣候變化的窗口。
王文志找到一棵個(gè)頭不高的冷杉，拿出一根管狀的藍色生長(cháng)錐——這是樹(shù)輪取樣的常用工具。在不破壞樹(shù)木生長(cháng)的情況下，通過(guò)鉆取樹(shù)木樹(shù)芯，可分析確定這棵樹(shù)的年齡、生長(cháng)速率。
取出取樣鉆頭，把鉆頭插入后擰緊螺絲，就成了一個(gè)T字形的生長(cháng)錐。王文志選準樹(shù)木底部的點(diǎn)位，將生長(cháng)錐的鉆頭朝著(zhù)樹(shù)干中心水平旋入，再插入抽芯器，將中空椎體內的樹(shù)芯取出——散發(fā)著(zhù)新鮮木質(zhì)香味的樹(shù)芯，形似一根細香煙。由于高海拔地區樹(shù)木生長(cháng)緩慢，年輪寬度窄，一圈圈緊緊貼著(zhù)。“初步判斷，這棵樹(shù)應該有100多歲了。”
在這里，王文志和學(xué)生至少要采集上百棵冷杉的樹(shù)輪樣本，以便帶回成都經(jīng)處理后開(kāi)展大樣本量的研究。通過(guò)研究，他們初步發(fā)現，隨著(zhù)氣候變暖的加劇，高海拔地區的樹(shù)木年輪越來(lái)越寬，生長(cháng)越來(lái)越快，低海拔年輪越來(lái)越窄，生長(cháng)越來(lái)越慢。而王文志的目標，是探明這一現象背后的原理，結合模型預測未來(lái)氣候變化下山地森林帶譜如何變化，向人們預警氣候變化下我們的高山生態(tài)系統會(huì )走向何方。“目前才剛邁出第一步。”
王濤此行是采集土壤樣本。王濤被所里人調侃為“泥巴化學(xué)家”，從碩士階段，他就“栽進(jìn)土里”。
西南地區是全國的第二大林區，今后可能是國家最大的陸地生態(tài)碳匯。而氣候變化下，土壤固碳能力有沒(méi)有變化，背后的機制是什么？這是王濤最近的課題。
常瑞英的研究為他打下了基礎。驅車(chē)來(lái)到貢嘎山北坡雅家埂海拔4000米處，爬過(guò)一個(gè)漫山亂石和野花的山埂，開(kāi)闊平坦處有一方鐵絲圍起來(lái)的樣地——這里有常瑞英團隊布下的OTC增溫設施。這個(gè)六邊形的無(wú)蓋玻璃罩子，學(xué)名叫“開(kāi)頂式同化箱”。它將地面釋放的長(cháng)波輻射部分反射回植物和表層土壤，實(shí)現對箱內小生態(tài)系統的增溫。這樣的裝置，適用于無(wú)電力供應的苔原和草地。
開(kāi)頂式同化箱內外的溫差在0.9攝氏度到1.5攝氏度之間，這是二三十年間氣候變化的溫差。通過(guò)比較內外土壤碳含量，能夠推斷增溫對土壤碳的影響。
在一個(gè)個(gè)箱體內外，王濤和博士生劉冬，固定出10厘米見(jiàn)方的樣方，向下整齊挖出20厘米的深度，將范圍內的植被、土壤一網(wǎng)打盡。標記、裝袋，帶回實(shí)驗室處理，測量出土壤中的碳含量。
前期的研究表明，海拔越高，增溫速率越明顯。王濤站起身，山對面的雪山下，海拔4500米的地方，觀(guān)測站還布設了同樣的增溫設施。“我們就是要搞清楚，這種增溫會(huì )對土壤碳庫產(chǎn)生什么影響，影響的機制是什么。”
冰川每年退縮超過(guò)五十米
河谷寬窄交替、坡降大，大渡河支流——冰川河的氣勢絕對算得上恢弘壯觀(guān)。這條源自海螺溝1、2、3號冰川的冰河，每秒流量15立方米，夏季最高流量能達到每秒50立方米。
沿著(zhù)一路咆哮的冰川河溯流而上，河兩側是冰川側磧崩塌滾落的碎石。一邊是沁人的冰河，一邊是艷陽(yáng)下曬得發(fā)燙的滾石，在經(jīng)歷了半小時(shí)心驚膽戰的翻行后，記者隨觀(guān)測站副站長(cháng)冉飛來(lái)到了海螺溝1號冰川的末端。
眼前，冰川正在融化，途經(jīng)的冰洞口，還有正在滴落的融水，冰崖頂部不時(shí)有碎石滑落……這里的冰川并不是想象中的冰藍潔白。科學(xué)家把冰川消融區形象地稱(chēng)為“冰舌”。海螺溝的獨特之處，在于冰舌深入到了森林線(xiàn)以下，形成了冰川與森林交互的獨特景觀(guān)。冰舌表面基本被侵蝕搬運攜帶的冰磧物所覆蓋，外觀(guān)呈現灰色。
冰川，對許多人來(lái)說(shuō)既熟悉又陌生，地球上的水資源、生態(tài)環(huán)境、氣候變化都與冰川息息相關(guān)。
貢嘎山的冰川屬于典型的海洋性冰川。多年來(lái)專(zhuān)注于冰川觀(guān)測研究的觀(guān)測站研究員劉巧說(shuō)，海洋型冰川對氣候變化更敏感，通過(guò)與上世紀30年代的照片對比，現在的海螺溝冰川已強烈退縮與減薄。
乘坐景區纜車(chē)，我們來(lái)到海拔3600米的平臺上，在這里可以更清晰地看到冰川的全貌。遠處，貢嘎主峰的雪頂連接著(zhù)粒雪盆。氣勢磅礴的冰川順著(zhù)山谷一瀉而下，在陡壁上形成了著(zhù)名的大冰瀑布，這里的垂直落差有1080米之巨，比黃果樹(shù)瀑布還大。
劉巧告訴記者，由于冰體減薄和冰川物質(zhì)加速虧損，著(zhù)名的大冰瀑布近年來(lái)也漸漸與其下部的冰舌分離。
今年4月30日，一段海螺溝景區的監控視頻傳遍社交媒體。海螺溝大冰瀑布發(fā)生大規模冰崩，冰川如瀑傾瀉而下，雪霧磅礴，整個(gè)冰崩過(guò)程持續時(shí)間3分多鐘。
冉飛說(shuō)，2021年2月，印度查莫利北部里希恒河發(fā)生大規模的泥石流造成兩百多人死亡。究其原因，是里希恒河上游朗提峰附近的一塊厚達20米、寬度約為550米的三角形冰川體連帶底部約180米厚度的基巖崩裂，崩滑沿途裹挾大量積雪、巖石和碎屑物質(zhì)以及冰雪融水，形成冰巖崩—泥石流—洪水災害，墜下高度超過(guò)1600米，直達谷底。
“這也是為什么我們要監測冰川的變化，以便及時(shí)發(fā)出防災減災的預警。”冉飛說(shuō)，建設氣象、水文監測站、布設花桿、自動(dòng)相機、結合無(wú)人機航拍和衛星遙感監測……觀(guān)測站已對海螺溝冰川進(jìn)行了長(cháng)達30年的監測。
9點(diǎn)半，云霧上山。貢嘎主峰和大冰瀑布漸漸被遮擋。“趁著(zhù)能看，多看幾眼。”冉飛這話(huà)不僅說(shuō)被遮擋的雪山，更說(shuō)的是氣候變化下的冰川。
根據劉巧的多年觀(guān)測，海螺溝冰川呈加速退縮趨勢。自小冰期以來(lái)，冰川后退距離超過(guò)2公里，1966年—2009年間觀(guān)測到冰川平均每年后退約25—30米，而近期2016年—2020年間退縮速率超過(guò)了50米/年，冰舌厚度減薄速率高達2—3米/年，其加速退化趨勢較我國典型的大陸性冰川更快。
同冰川長(cháng)度和面積的減少比例相比，冰川消融區的厚度減薄更為明顯。最近兩年的無(wú)人機高分辨率航測發(fā)現，僅2018年—2021年三年間，海螺溝冰川的冰舌段平均累計減薄高達14米，而末端減薄了近60米，劉巧說(shuō)：“冰川減薄是海洋性冰川響應氣候變暖而快速消退的重要過(guò)程。”
（圖片均由四川日報全媒體記者 李強 攝）
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