从生物荒漠到碳汇
塔克拉玛干沙漠长期以来被视为生物荒漠，流动沙丘覆盖了超过95%的地貌。如今，这片中国西北部的严酷沙漠正在经历一场生态转变，挑战着人们对干旱环境的传统认知。经过数十年的大规模植树造林，这片沙漠已成为实际发挥作用的碳汇，吸收的大气二氧化碳多于排放量。发表在《美国国家科学院院刊》上的最新研究显示，1978年启动、俗称“绿色长城”的三北防护林工程，已成功将沙漠边缘转变为大气碳的净吸收区。这是有记录以来人类干预将极端沙漠转变为稳定碳汇的首个案例，为在全球最干旱地区实施气候减缓策略带来了新的希望。
塔克拉玛干沙漠面积约13万平方英里（33.7万平方公里），略大于美国蒙大拿州，位于中国西北部的塔里木盆地。高山环绕着这片沙漠，一年中大部分时间都阻挡湿润空气进入腹地，造就了极端环境，使该地区得名“死亡之海”等称号。数百年来，这片广袤的流沙一直是荒凉景象和环境极限的象征。然而如今，卫星图像显示，沙漠边缘环绕着一条醒目的绿色带。自该工程启动以来，已有超过660亿棵树在此扎根。中国森林覆盖率已从1949年仅占国土面积的10%上升至如今的25%以上；塔克拉玛干沙漠于2024年完成植被环绕，成为生态工程领域的一个里程碑。
数十年的坚持
这场转变始于1978年。当时，面对日益加剧的荒漠化，中国官员启动了三北防护林工程。20世纪50年代，大规模城市化和农田扩张使当地天然植被遭到破坏，引发日益严重的沙尘暴，导致土地退化并威胁农业生产。政府承诺到2050年前在塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠边缘种植数十亿棵树，目标是遏制沙漠扩张、稳定流动沙丘。这项雄心勃勃的计划历时72年，关键实施节点分别设在1998年、2011年和2021年。
这项工程的一项建设成果，是一条长达3046公里、直接穿越沙漠的绿色走廊。植被沿线延伸，穿过探险者曾称为“死亡之海”的区域，并连接起此前彼此隔绝的绿洲。这项大规模工程的动因既有环境层面的考量，也有政治层面的因素。沙漠无节制扩张威胁着宝贵的农田，也加剧了中国西部地区的不稳定。当地少数民族与汉族领导层之间的紧张关系历来容易引发摩擦。北京方面希望通过遏制沙漠扩张来保住农田、减少困扰北方城市的沙尘暴，同时应对国家的碳排放问题。与联合国在撒哈拉沙漠等地发起的类似国际项目不同，中国的这项工程得益于政治局势稳定，得以持续推进四十余年，未曾中断。
卫星数据揭示变化
加州大学河滨分校的科学家与休斯敦大学、清华大学和加州理工学院的研究人员合作，利用先进的卫星技术验证沙漠碳动态的变化。研究团队利用美国国家航空航天局轨道碳观测卫星和中分辨率成像光谱仪（MODIS）卫星的数据，追踪塔克拉玛干沙漠边缘的二氧化碳浓度和植被绿度变化，时间跨度达25年。团队重点考察了造林成功的两项主要指标：大气二氧化碳浓度可测量地下降，以及太阳诱导叶绿素荧光增强。这种荧光是在光合作用过程中发出的微弱光线，可作为衡量植物生产力的指标。
卫星读数在治理区域上空识别出一个明显的“低值区”，那里的二氧化碳浓度比周边地区低1至2 ppm。7月至9月的雨季期间，月均降水量约为0.6英寸（16毫米），约为旱季的2.5倍。季节性水分增加促进植被覆盖和光合作用，使大气中的二氧化碳浓度从旱季的416 ppm降至雨季的413 ppm。加州大学河滨分校大气物理学家、研究合作者李金辉（音译）谈到从轨道上验证碳吸收的重要意义时说：
这里并不像亚马孙或刚果的雨林。一些造林区域只是灌丛地，类似南加州的灌木丛。但这些植被确实在吸收二氧化碳，而且持续发挥作用；这是我们能够从太空测量并验证的积极成果。
灌木、土壤与碳封存
尽管这项工程常被描述为植树造林，但科学证据表明，耐旱灌木才是碳吸收的主要动力。这些木本植物与南加州的灌木丛类似，已被证明能在干燥炎热的环境中持续进行光合作用，而许多树种在这种条件下难以存活。植被如同稳定运作的生物泵，从空气中吸收二氧化碳，并将其转移至根部、茎干，最终成为土壤有机质。此前的研究曾提出，沙漠沙粒本身可能通过昼夜温差引起的热胀冷缩等物理过程捕获二氧化碳，每年封存约100万吨碳。然而，科学家警告称，这种以沙粒为基础的碳储存方式在气候变化背景下并不稳定，因为气温上升可能使沙粒中滞留的空气膨胀，释放已储存的碳。
新研究发现，通过光合作用进行生物封存，形成的碳汇更稳定、规模也更大。对塔克拉玛干沙漠南缘土壤微团聚体开展的进一步研究，揭示了这种碳储存背后的机制。研究人员通过分析土壤成分，采用碳-13天然丰度法追踪碳在不同土壤组分中的流动路径。分析显示，造林显著提高了土壤总有机碳含量和团聚体形成量，且增幅在植物生长满七年后最为明显。土壤有机碳是陆地生态系统中最大的碳库，表层土壤中约90%的碳封存在土壤团聚体内。微团聚体在沙漠生态系统的碳流动中既是碳源，也是碳汇。种植的植被不仅吸收大气中的碳，还能稳定沙丘、减少风蚀，并为生态演替创造条件。
水资源限制与全球影响
尽管结果令人鼓舞，研究人员仍提醒人们对沙漠造林的全球影响保持现实预期。即使将整个塔克拉玛干沙漠——面积大致相当于德国——完全覆盖植被，每年也只能封存约6000万吨二氧化碳。这一数量仅相当于加拿大年排放量的10%，在全球每年约400亿吨的排放总量中更是微不足道。李金辉强调，单靠沙漠绿化无法解决气候危机，但弄清哪些地方、在什么条件下能够吸收多少二氧化碳，是减缓气候变化所需拼图中的重要一块。
阻碍工程进一步向沙漠腹地扩展的主要因素是水。现有灌丛之所以能存活，全靠周边高地流下的山地径流为植被带输送水分和养分。若要向沙漠更深处推进，就需要可靠水源，而全球各地的水资源正日益短缺。对山地径流的依赖也带来了脆弱性：气候变化导致的降雪模式或冰川融水变化，可能削弱甚至摧毁这片碳汇。植被构成一道活的屏障，恰恰维系在沙漠极端环境与高地水源之间。
干旱地区的范例
塔克拉玛干工程是一项罕见且持续时间长的沙漠绿化案例，在其他项目未能成功的地方坚持了下来。政治延续性使中国得以在四十年间持续提供资金和劳动力，为生态恢复创造了短期项目无法实现的条件。加州理工学院行星科学教授、美国国家航空航天局喷气推进实验室高级研究科学家杨玉乐（音译）参与撰写了这项研究。他谈到这项研究的更广泛意义时说：
我们首次发现，人类主导的干预能够有效增强极端干旱地貌中的碳封存能力，证明沙漠有望转变为碳汇，并遏制荒漠化。
这项研究表明，沙漠并非生态死区，也有望参与全球碳管理策略。随着野火日益使欧洲、拉丁美洲和北美的森林从碳汇变成碳源，塔克拉玛干的转变提供了另一种叙事，展现人类恢复环境的能力。尽管水资源保障和规模仍是重大挑战，这项工程证明，自然解决方案即使在地球最严酷的环境中也能有效发挥作用。塔克拉玛干周边的绿色带既是一种激励，也证明了低技术碳解决方案的可行性：它们需要时间、稳定性和对生态的理解，而非先进技术。
要点
- 中国于1978年启动三北防护林工程，已在塔克拉玛干沙漠周边种植超过660亿棵树，并于2024年完成植被环绕。
- 卫星数据证实，沙漠边缘如今已成为碳汇，吸收的二氧化碳多于排放量；雨季期间，大气二氧化碳浓度下降1至3 ppm。
- 耐旱灌木和其他植被通过光合作用吸收碳，形成了比此前基于沙粒的碳捕获方式更稳定的储存机制。
- 该工程完全依赖山地径流供水，限制了扩张潜力，也使其容易受到气候变化引发的融雪模式改变影响。
- 即使沙漠完全实现造林，每年也只能吸收6000万吨二氧化碳，相较全球每年400亿吨的排放量贡献有限，但为干旱地区生态恢复提供了可行性范例。
