高山嵩草:站在青藏高原“等风来”

纠错:感应气候而非“预知天气”

　　媒体先前的描述过于浪漫,严谨的科学家采访一开始就指出几处错误

　　今年年初,以李瑞成为第一作者的一篇论文在国际权威期刊发表。也许是因为“青藏高原”这四个字在人们心目中就代表着美好与浪漫,媒体在描述相关研究成果时,用了近乎文学化的语言:“不久前,中科院的科研人员在英国《科学报告》杂志发表了一项研究成果。他们在青藏高原发现了一些能够‘预知天气’的植物。广布于青藏高原的莎草等植物可以感应遥远的印度季风雨,在其到来之前展开叶片。”一棵能预知天气的草——乍听上去,这样的描述多么神奇。

　　罗天祥,中科院青藏高原研究所高寒生态学与生物多样性重点实验室研究员,李瑞成的导师,前述研究的负责人。采访一开始,这位严谨的科学家首先指出了媒体表述中的几处错误。

　　严格来讲,不能说此次科研的“主角”是莎草。罗教授及其团队的研究对象为高寒草甸优势植物,包括西藏当雄常见的高山嵩草、丝颖针茅、垫状点地梅、羊茅等。其中能够感应印度季风的是高山嵩草、丝颖针茅等植物,只有高山嵩草属于莎草科。　

　　“说这些植物能‘预知天气’,用语也不准确,正确的说法是‘高寒草甸优势植物展叶物候可感应季风雨来临时间’。”罗教授说。

　　“天气”“气候”还有罗教授提到的“物候”,文字上微小的差别,衍生出三个相互关联又不尽相同的概念。据罗教授解释,天气是指短时间内的气象变化。如我们生活中所说的天气预报,一般是预报一两天的天气情况。而气候是指长时间(如旬、月、年)内气象要素和天气现象的平均状态。随着气候的季节性变化,植物在一年的生长中,会发生萌芽、抽枝、展叶、开花、结果及落叶、休眠等规律性变化,这种变化现象,就被称作物候。

　　媒体报道中“展开叶片”这个颇为优美、具体的动作,其实是指植物的展叶物候。“展叶期能指示植物春季开始生长的时间,针对草地植被,更通俗一点的叫法是‘返青期’。”所谓植物能感应印度季风雨的来临时间,并不是说印度季风一起,地处青藏高原的高山嵩草们马上就能翕动草叶发出“天气预报”,而是指这些植物的返青期与印度季风雨来临时间同步。

　　当然,也不是刮一阵风,下几滴雨就能宣告印度季风到了。在当雄,只有当5天滑动平均的日平均气温连续大于0℃,平均日降水量大于4.5毫米时,才能将相应日期确定为印度季风雨来临时间。“所以,嵩草属和针茅属等高原草甸植物能感应的是气候因子,而不是天气情况。”罗教授说。

苦苦追寻:究竟谁“主宰”草甸返青

　　“上高原”成了工作生活的一部分,科学研究不似旅行那般浪漫

　　到普罗旺斯闻一闻薰衣草的芳香,到西藏看一看青稞究竟是什么模样——游客可能会为了寻找某种特定的植物而踏上行程。但高山莎草并不是能预知天气的神草,科学研究也不似旅行那般浪漫。

　　罗天祥是广西人,从1993年开始,“上高原”成了他工作生活的一部分。“那时候还年轻,现在50多岁了,身体有点吃不消。高原反应一起来,吃饭睡觉都成问题,每年都要在拉萨先缓一缓再上平台。”罗教授所说的平台,位于西藏当雄念青唐古拉山南坡。2005年8月,罗天祥教授和北京大学“千人计划”学者唐艳鸿教授在此共同架设气象站；2006年,跨越4400米、4500米、4700米、4800米、4950米、5100米、5200米七个海拔的海拔梯度实验观测平台正式建立。“它跨越了草甸分布海拔的上下限,再往上就达到雪线了；在全球范围内,应该找不到跨度这么大的平台了。”尽管带来了种种身体上的不适,但平台的海拔优势依然让这位科学家自豪。

　　通过物候观测、科学实验和数据分析,平台上已经诞生了不少有分量的研究成果,以李瑞成博士为第一作者的这篇论文就是其中之一。“因为学生面临毕业嘛,所以开始其实是想做一个操作起来相对‘简单’的研究课题,没想到一做就是好几年。”罗教授说。

　　据介绍,调控植物物候的主要因子包括热积温等环境因子与冷积温、最低日照长度等“生物-环境”因子,不同物候期的主控因子可能有很大差异。全球观测数据显示,受温度因子影响,气候变暖条件下,中高纬度湿润区的森林和苔原植物展叶期普遍提前,生长季延长。此前,科学界一般认为,高海拔植物展叶期同样主要受温度条件的控制,春季植物展叶又常被用来作为指示陆地生态系统响应全球气候变化的重要指标。所以罗教授最初的想法是,带领研究团队在平台对青藏高原草地植被展叶物候进行观测,通过数据分析得到与中高纬度湿润区植被类似的变化趋势。

　　但当研究正式展开,疑问也随之而来。对于青藏高原的草地植被来说,春季植物展叶这项指标似乎“失效”了。

　　“我们一直很困惑,青藏高原过去30年气温普遍升高且升温速率远高于全球,可基于遥感数据的区域草地植被返青期表现为推迟、提前、没有变化等不同趋势。”罗教授说,“除了我们在当雄的观测数据,国内其他一些学者根据青海气象局5个农牧站点22年的物候观测数据,也发现高寒草地优势物种的返青期无显著变化趋势。”

　　温度升高,但青藏高原的草地植被却没有如预想中那样呈现展叶期普遍提前的趋势,说明温度条件可能并非调控高寒草甸优势物种返青期的主要因子。寻找真正的调控因子,成了罗教授及其科研团队的努力方向。

需要“脚力”:登山很棒的科研人员

　　在青藏高原搞科研,投入的不仅仅是脑力,还有“脚力”

　　作为罗教授的学生,研究团队的主要成员,李瑞成从老师那里得到了一个很特别的评价:“小伙子登山很棒!”从2007年开始,李瑞成的每个夏天都是在当雄度过的,搞科研,他投入的不仅仅是脑力,还有“脚力”。

　　2006年6月,科研团队在平台的7个海拔高度上,随机各布设了10个50×50平方厘米的长期固定样方作为实际观测地点。“观测”两个字听起来专业却抽象,通俗点说,每年6到8月,李瑞成的一项核心任务就是上山拍植物,70个观测点全部跑遍,才算是完成了一次拍摄。

　　“每完成一次拍摄需要准备登山杖、相机、电池、内存卡、水、简单的食物、记录本、雨衣、雨伞、防晒霜、创可贴,加上背包,大约5公斤重。”李瑞成说,“2007、2008年我不仅要拍摄每个观测点,还要实地记录每个点各物种的物候,早晨5点多出发,一直到晚上9点才能赶回来,一个周期大约需要两天时间。每天的工作时间都要超过12个小时,其中爬山大约占了4个小时。从2009年到现在,拍摄一组照片大约需要8小时左右。”

　　因为物候观测需要记录每一株植物发芽、展叶、开花、结果、枯黄的时间,所以李瑞成对高原草甸植被就像对自己的身体一样熟悉,他能迅速地从观测点照片中识别出高山嵩草和垫状点地梅,而在普通人眼中,照片上可能只有“绿油油的一大片”。“对于每个50×50平方厘米的样方,我们还要分成100个5×5平方厘米的区域记录其物种组成、高度、盖度,以及左上角25×25平方厘米区域内的株数。”

　　“每年的4月和9月也要进行观测,那时我们不在,就请当地村民帮我们拍照。他们拍摄一次大约要4个小时吧。”尽管“登山很棒”,但和当地居民相比,高原环境对这位年轻博士的挑战依然不小,“除了高反之外,高原的天气也很多变。往往早上还晴空万里,飘过一片云就是一场雨,电闪雷鸣在山上也是常有的事情。山顶上还有狼、鹰,得小心躲避野生动物的袭击。”

曙光:冰川点燃的火花

　　终见谜底,影响高寒植物返青的主要因子找到了,一篇“简单”的论文终于得出了不简单的结论

　　科研工作需要长期的观测、大量的统计数据和深入严谨的分析,但有时候还需要一点偶然迸发的火花。

　　为寻找真正高寒草甸优势物种返青期的调控因子,罗教授和李博士花费了很长时间,尝试了各种方法,却始终一筹莫展。直到2014年的一天,罗教授在《自然气候变化》杂志上看到了一篇有关冰川变化研究的论文。“冰川研究不是我的专业,偶然浏览只是因为这篇文章的作者,德国学者托马斯博士的研究地点在扎当冰川,离我们的实验地点不远。”罗教授也没想到,这次“偶然浏览”居然成了研究的突破口。托马斯博士的论文提供了2001-2012年印度季风爆发时间的年际变化,罗教授立刻意识到,这一变化似乎与研究团队观测到的高寒草甸优势物种展叶期变化一致。

　　青藏高原的气候环境深受西风与印度季风交互作用的影响。印度季风是全球最强大也最复杂的季风,季风到来时,从印度洋往东北方吹并带来降雨。但一直以来,印度季风雨来临时间对高寒草甸返青物候的调控作用都被忽略了。罗教授通过邮件联系到托马斯博士,将自己的发现和推测与之分享。对方也很好奇和兴奋,不断提供各种季风指数进行深入分析和讨论。

　　以2007年为始,经过研究团队多年的不懈努力,终于得出成果:嵩草属和针茅属等青藏高原广布优势物种的返青期与季风雨来临时间同步,对降水变化敏感,对温度变化不敏感。而前文中提到的,青海气象局5个农牧站点22年的物候观测数据也验证了这一结果。

　　影响高寒植物返青的主要因子找到了,一篇“简单”的论文终于得出了不简单的结论。而科学家们的脚步未停,这个月底,他们又要出发,继续他们的高原科研之旅……

    原文链接：http://news.xinhuanet.com/mrdx/2016-05/20/c_135373861.htm