北极地区仅占全球陆地面积的约5%，却是一个巨大的碳库和甲烷库，在全球气候系统中起着重要作用。过去50年来，北极地区的变暖速度加快，导致当地原本低矮的苔原植被开始越长越高，将深刻影响该地区的生态系统功能。近日，我国科学家的一项最新研究揭示了北极植物区系的起源和形成过程，将有助于极地生物多样性保护。相关成果近日在线发表于国际学术期刊《自然·通讯》。北极地处高纬度，是一个极寒冰冻地区。但在地球历史上，却曾是一个温湿之地。地质古生物研究表明，在距今6600万年前，北极气候温暖湿润，森林郁郁葱葱，生长着樟科、桃金娘科和罗汉松科等热带、亚热带科属的植物。岩层中植物化石丰富，还发现有煤炭沉积，都充分证明了当时北极的湿润气候特征。随着新生代古近纪晚期以来全球气温的趋冷，北极冰盖最终形成，植被从森林演变为现在的苔原植被。北极柳、紫花虎耳草和仙女木等低矮植物匍匐地面生长，丛生虎耳草和无茎蝇子草呈丛状或垫状生长，这都是植物对环境的适应。目前，我国科学家通过综合研究32个被子植物类群发现，现代北极植物区系的成分最早可追溯至晚中新世早期。自此开始，外来物种和土著物种的多样化，在上新世与更新世之交曾快速增加，但在更新世中期冰盛期以来急剧降低。北极植被几经起伏变化，演变成当今的苔原植被面貌。由于地球温室效应，北极原本非常低矮的苔原植被，已经随着当地变暖而长得越来越高。不仅原有植物正在长高，入侵而来的也是长的较高的新植物。
北极苔原变绿
科学家研究发现，较高的植物更容易“捕获”到更多积雪，有利于植物下面的土壤隔热保温，使得土壤在冬天需要花更多时间结冰，土壤也就有更多机会释放更多的碳。植被高度的增加不只发生在北极少数几个地方，而是遍及苔原地区。如果较高的植物继续以目前的速度增加，那么到本世纪末，植物群落的高度将可能增加20%至60%。科学家还发现，北极陆表面积呈现融雪提前和植被绿度增加的趋势，且北极植被绿度与夏季温暖指数亦呈同步变化。在2002—2021年，77.4%的北极大陆区绿度在增加，约550万平方公里，相当于整个亚马逊雨林的面积。北极植被绿度增加主要与人类活动有很大关联，最高的5个年份均出现在2017年之后，并且植被“绿化”有加速趋势。目前，世界上30%—50%的“土壤碳”被困在北半球的永久冻土中，气候变化导致的任何生态系统的失衡，都会直接促使大量的二氧化碳和甲烷的释放。因此，现在北极正呈逐渐升温趋势。增温使碳循环加速，未来的北极可能不再是茫茫冰原。不仅如此，碳循环的加速还将影响植物的覆盖面积，会促使一些生物加速扩散到相邻其他地区，带来连锁生态反应。科学家研究表明，北极被子植物的多样性来源于多个生物地理区域，但约有54%的外来迁入者来自北美西部，而且其迁入动态过程贯穿了北极植物区系的整个进化历史，这表明在北极和北美西部之间可能存在一个长期的生物散布廊道。显然，目前北极大范围的植被“绿化”，将深刻影响该地区的生态系统功能，并对野生动物的迁徙和分布产生影响。北极植被的显著变化，还会加剧北极和整个地球的气候变化。如今，温度的升高让北极的冻土层开始溶解，分解排出的二氧化碳进入大气，让温室效应越来越严重。除此之外，北极地区的冻土层会逐渐消失，导致土壤变得湿润，或将扩大湿地和沼泽地，而这些地区常常会出现苔藓和草本植物，湿地会成为一些水生植物和水生生物的栖息地。北极植被变化被认为是全球气候变化的“指向针”和“无损探针”，对北极植被变化及趋势的研究，将加深人类对全球碳循环和气候演变的认识，也将进一步认识北极生物多样性变化带来的深远影响。
文章来源：原刊于“科普时报”，转载请注明原出处及由中国海洋发展研究中心编排
作者：冯伟民，中国科学院南京地质古生物研究所研究员、南京古生物博物馆名誉馆长
