Growing-season Arctic carbon fluxes are changing relatively faster in tundra than in boreal ecosystems
基于 2001 年至 2020 年间的多个独立数据集，本研究表明，北极地区的快速变暖正驱动着苔原生态系统相对于北方针叶林地区更快速的碳吸收与生产力增长，从而挑战了将北极视为统一稳定碳汇的观点。
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北极圈的变暖速度在世界其他地区是前所未有的，这一现象正在从根本上改变着这片土地的“呼吸”方式。要理解正在发生的一切，首先必须掌握碳循环的微妙平衡。植物扮演着地球之肺的角色，通过光合作用将空气中的二氧化碳吸收并转化为叶片和茎干。与此同时，植物及其下方的土壤也在不断地通过呼吸作用将碳释放回大气中。这种每日交换的净结果，决定了景观是作为一个“海绵”吸收碳，还是作为一个“源头”喷吐碳。几十年来，科学家一直将广袤的北方森林和草原视为可靠的海绵，有助于减缓气候变化的步伐。然而，随着气温升高，这种交换的规则正在发生变化，关于北极会继续储存碳还是开始释放碳的问题，已成为我们这个时代最紧迫的环境谜题之一。
由芬兰气象研究所和赫尔辛基大学研究人员领导的一项新研究揭开了这一复杂现象的层层迷雾，揭示了一个令人惊讶的事实：冻原的变化速度远快于其南部的森林。通过对比 2001 年至 2020 年二十年的数据，研究团队考察了整个陆地北极地区生长季碳平衡的演变情况。他们并未依赖单一方法，而是将多条独立的证据链交织在一起，包括植物健康的卫星观测、基于地面测量训练的计算机模型，以及追踪来自天空碳排放的大气数据。这种多管齐下的方法使他们能够从此前模糊不定的迷雾中，看到一个清晰且一致的图景。
研究人员发现，虽然冻原和北方针叶林都在变得更加活跃，但冻原正经历着更为剧烈的转型。在低洼、无树木的冻原地区，植物在夏季月份吸收二氧化碳的量平均增加了约 7% 到 8%。相比之下，位于南部的茂密针叶林增长则较为温和，约为 4% 到 5%。这种差异不仅仅是规模的问题，它反映了这些生态系统对温暖反应方式的根本转变。研究还追踪了植物发出的一种特定信号——一种指示它们进行光合作用有多努力的微弱光芒。这种被称为“太阳诱导叶绿素荧光”的信号，在冻原地区跳升了 9%，而在森林中仅为 5%，这证实了北方冰冻地区的植物确实比其南方的同类植物工作得更努力、更快。
然而，植物更活跃并不自动意味着更好的碳汇。当观察向空气中释放的碳时，故事变得更加错综复杂。随着地面变暖，土壤中的微生物和植物本身都会呼出更多的碳。研究表明，在一些最贫瘠、生产力最低的北极地区（例如加拿大南部的群岛），这种增加的释放量几乎与新的生长量持平，这意味着这些地区并没有成为更强的碳海绵。事实上，一些稀疏的景观甚至可能正向着“净碳源”倾斜。但在冻原的其他部分，特别是在加拿大东部和俄罗斯的塔伊米半岛，植物增长的激增如此强大，以至于抵消了额外释放的碳，导致该地区吸收碳的能力显著增强。
研究人员谨慎地指出，尽管整体趋势指向冻原碳吸收能力的增强，但情况在整个北极地区并非千篇一律。这些变化是由一系列复杂的因素驱动的，包括植被类型、多年冻土的存在以及局部水分状况。在冻土融化的地区，养分的释放可以给植物带来突然的助力，但同样的融化也可能导致土壤积水，从而使植被承受压力。研究强调，冻原并非一个单一、同质的实体，而是一个反应各异的拼贴画。有些地区正在迅速变绿并吸收更多碳，而另一些地区则在努力应对变暖带来的挑战。
最终，这项工作表明，北极碳循环正处于快速波动的状态，而冻原在变化和不确定性方面都处于领先地位。研究结果挑战了旧有的观点，即整个北部地区是一个稳定、不变的碳汇。相反，景观正在重塑自身，无树木的北方对变暖世界的反应比森林地带更为迅速。虽然目前冻原吸收的碳比以前更多，但研究警告说，这种平衡是脆弱的。北极碳汇的未来取决于植物是否能持续生长得足够快，以抵消因土壤变暖而释放的碳，这是一场正在数百万平方英里冰冻土地上展开的竞赛。
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