北極地區(qū)僅占全球陸地面積的約5%，卻是一個巨大的碳庫和甲烷庫，在全球氣候系統(tǒng)中起著重要作用。過去50年來，北極地區(qū)的變暖速度加快，導(dǎo)致當?shù)卦镜桶奶υ脖婚_始越長越高，將深刻影響該地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)功能。近日，我國科學(xué)家的一項最新研究揭示了北極植物區(qū)系的起源和形成過程，將有助于極地生物多樣性保護。相關(guān)成果近日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》。

也曾是郁郁蔥蔥之地

【資料圖】

北極地處高緯度，是一個極寒冰凍地區(qū)。但在地球歷史上，卻曾是一個溫濕之地。地質(zhì)古生物研究表明，在距今6600萬年前，北極氣候溫暖濕潤，森林郁郁蔥蔥，生長著樟科、桃金娘科和羅漢松科等熱帶、亞熱帶科屬的植物。巖層中植物化石豐富，還發(fā)現(xiàn)有煤炭沉積，都充分證明了當時北極的濕潤氣候特征。

隨著新生代古近紀晚期以來全球氣溫的趨冷，北極冰蓋最終形成，植被從森林演變?yōu)楝F(xiàn)在的苔原植被。北極柳、紫花虎耳草和仙女木等低矮植物匍匐地面生長，叢生虎耳草和無莖蠅子草呈叢狀或墊狀生長，這都是植物對環(huán)境的適應(yīng)。

目前，我國科學(xué)家通過綜合研究32個被子植物類群發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代北極植物區(qū)系的成分最早可追溯至晚中新世早期。自此開始，外來物種和土著物種的多樣化，在上新世與更新世之交曾快速增加，但在更新世中期冰盛期以來急劇降低。北極植被幾經(jīng)起伏變化，演變成當今的苔原植被面貌。

低矮植被正在長高變綠

由于地球溫室效應(yīng)，北極原本非常低矮的苔原植被，已經(jīng)隨著當?shù)刈兣L得越來越高。不僅原有植物正在長高，入侵而來的也是長的較高的新植物。

科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，較高的植物更容易“捕獲”到更多積雪，有利于植物下面的土壤隔熱保溫，使得土壤在冬天需要花更多時間結(jié)冰，土壤也就有更多機會釋放更多的碳。

植被高度的增加不只發(fā)生在北極少數(shù)幾個地方，而是遍及苔原地區(qū)。如果較高的植物繼續(xù)以目前的速度增加，那么到本世紀末，植物群落的高度將可能增加20%至60%。

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，北極陸表面積呈現(xiàn)融雪提前和植被綠度增加的趨勢，且北極植被綠度與夏季溫暖指數(shù)亦呈同步變化。在2002—2021年，77.4%的北極大陸區(qū)綠度在增加，約550萬平方公里，相當于整個亞馬遜雨林的面積。

北極植被綠度增加主要與人類活動有很大關(guān)聯(lián)，最高的5個年份均出現(xiàn)在2017年之后，并且植被“綠化”有加速趨勢。

濕地和沼澤地或?qū)U大

目前，世界上30%—50%的“土壤碳”被困在北半球的永久凍土中，氣候變化導(dǎo)致的任何生態(tài)系統(tǒng)的失衡，都會直接促使大量的二氧化碳和甲烷的釋放。因此，現(xiàn)在北極正呈逐漸升溫趨勢。

增溫使碳循環(huán)加速，未來的北極可能不再是茫茫冰原。不僅如此，碳循環(huán)的加速還將影響植物的覆蓋面積，會促使一些生物加速擴散到相鄰其他地區(qū)，帶來連鎖生態(tài)反應(yīng)。

科學(xué)家研究表明，北極被子植物的多樣性來源于多個生物地理區(qū)域，但約有54%的外來遷入者來自北美西部，而且其遷入動態(tài)過程貫穿了北極植物區(qū)系的整個進化歷史，這表明在北極和北美西部之間可能存在一個長期的生物散布廊道。顯然，目前北極大范圍的植被“綠化”，將深刻影響該地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)功能，并對野生動物的遷徙和分布產(chǎn)生影響。

北極植被的顯著變化，還會加劇北極和整個地球的氣候變化。如今，溫度的升高讓北極的凍土層開始溶解，分解排出的二氧化碳進入大氣，讓溫室效應(yīng)越來越嚴重。

除此之外，北極地區(qū)的凍土層會逐漸消失，導(dǎo)致土壤變得濕潤，或?qū)U大濕地和沼澤地，而這些地區(qū)常常會出現(xiàn)苔蘚和草本植物，濕地會成為一些水生植物和水生生物的棲息地。

北極植被變化被認為是全球氣候變化的“指向針”和“無損探針”，對北極植被變化及趨勢的研究，將加深人類對全球碳循環(huán)和氣候演變的認識，也將進一步認識北極生物多樣性變化帶來的深遠影響。

（作者系中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員、南京古生物博物館名譽館長）

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