新疆生態所確認沙漠下的隱匿碳匯

　　陸地上極端干旱缺水的地區會形成沙漠（比如塔克拉瑪干沙漠）。沙漠是沙的世界，放眼望去，不見綠色，不見生命，但見黃沙；沙丘起伏綿延，似乎延展到世界的盡頭。然而，誰又能想得到，這浩瀚的沙海下，居然隱藏一個咸水的“海洋”（地下咸水）。中國科學院新疆生態與地理研究所的一項最新研究確認，這個咸水“海洋”，和真正的海洋一樣，也是一個“碳匯”，是全球相關科學家苦苦尋求的“迷失碳匯”的一部分。

　　化石燃料燃燒產生的二氧化碳，部分存儲于大氣（導致大氣二氧化碳濃度升高），部分進入海洋，但還有一部分不知去向，即所謂的“迷失碳匯”。幾十年來，相關科學家付出了巨大的努力，尋找“迷失碳匯”的去向，并基本確定其在陸地生態系統中，但具體在陸地生態系統的哪一部分？森林、草地還是農田？北半球溫帶森林生態系統被確認為碳匯，但確認的量遠沒有“迷失碳匯”那么大。

　　沙漠或荒漠區植被稀疏甚至完全荒蕪，土壤貧瘠（有機碳含量極低），長期以來被認為不可能大量吸收二氧化碳而形成碳匯。直到幾年前，中美兩國科學家幾乎同時發現沙漠或荒漠區有進入地表的二氧化碳通量，并據此推測荒漠區很可能是一個很大的碳匯（Xie et al, 2009, CO2 absorption by alkaline soils and its implication to the global carbon cycle, Environ. Geol., 56, 953-961； Wohlfahrt et al, 2008, Large annual net ecosystem CO2 uptake of a Mojave Desert ecosystem, Glob. Change. Biol., 14, 1475-1487）。這些發現引起廣泛關注，《科學》雜志專文評述：《科學家發現了碳循環的隱匿環節？》（Stone, 2008, Have desert researchers discovered a hidden loop in the carbon cycle? Science, 320, 1409-1410）。然而，這些關注也包括來自國際碳循環權威人士的強烈質疑：荒漠中貧瘠的土壤、稀疏的植物不可能以這么大的速率吸收二氧化碳（Schlesinger et al, 2009, On carbon sequestration in desert ecosystems, Glob. Change. Biol., 15, 1488-1490）。不得不承認，權威的質疑切中要害而且難以辯駁：沙漠中土壤或植物如果以這么大的速率吸收碳，不可能測不到增量。沒有測到增量（匯）而只有通量（過程量），通量被質疑順理成章。也就是說，問題歸結到一個極為簡單的邏輯問題：那么多的二氧化碳進入荒漠，存哪兒了？回答不了這個問題，質疑則無法被駁回。

　　為了回答這個問題，新疆生態所研究員李彥帶領其團隊進行長達10年的探索，并最終回答了這個問題：存在了荒漠區地下咸水層（Li et al, 2015, Hidden carbon sink beneath desert. Geophysical Research Letters, doi:10.1002/2015GL06422）。也就是說，向下的二氧化碳通量不在植物中，也不在土壤中，而在其之下的荒漠地下咸水層。具體的碳匯形成過程大致如下：荒漠邊緣區綠洲或荒漠土壤呼吸釋放的CO2，并不像別的地區那樣完全返回大氣，而是部分被鹽堿性的土壤水溶解吸收；這些被溶解吸收的CO2-在灌溉洗鹽過程中被淋洗進入地下水層，并隨著地下水運動水平輸送而進入廣饒的沙漠下。簡而言之，這個碳匯過程是干旱區鹽堿土改良、鹽漬化控制的一個伴生過程：因為蒸發遠大于降水，鹽漬化是干旱區綠洲土壤的一個自然過程——為控制鹽漬化，必須洗鹽；而鹽堿水對CO2-的溶解度極高，洗鹽必然也洗去溶解其中的CO2。而這些洗鹽水，最終匯集在浩瀚沙漠下形成地下咸水層，儲存于其中的CO-2則形成碳匯，其自身同時也是一個巨大的碳庫。初步估計，這個碳庫總量（全球）高達1000億噸，是陸地上植物、土壤之外的第三個活動碳庫。

　　這是一個溶解性的無機碳匯，本質上與海洋中無機碳匯的形成沒有區別。事實上，干旱區內陸河無入海口，而是消失于浩瀚沙漠，沙漠下的地下水就是它的“海洋”。李彥團隊的研究證實，這個“沙漠下的海洋”與真正的海洋一樣也是碳匯。從荒漠區向下二氧化碳通量的發現到碳匯的最終確認，他們走過了漫長的十年。這個結果在傳統認為的“不可能地區”確認了碳匯的存在，為尋找“迷失碳匯”開創了一個全新的方向。