吉爾吉斯首都比許凱克限水,民眾排隊汲取泉水。圖/法新社
西班牙多那尼亞國家公園溼地乾涸,露出水位尺標。圖/美聯社
西班牙巴塞隆納一座水庫乾涸的庫底,冒出一株綠草。圖/美聯社
馬爾帕索水壩因乾旱水位見底,露出原被淹沒的教堂。圖/法新社
格陵蘭冰河可提供珍貴的自然資源。圖/美聯社
辛巴威護林計畫參與者和種植的植物。圖/法新社
格陵蘭的冰河可產生許多岩粉。圖/美聯社
歷經酷寒、酷熱環境的土壤菌落有助改善土質,讓植物更能抵抗氣候變遷。圖/美聯社
工程師研究如何減緩高溫乾旱對作物的影響。圖/法新社
阿根廷農地的大豆因乾旱而枯黃。圖/美聯社
編譯/潘楠慕
美國和中國大陸研究人員近日發表的研究均指出,氣候變遷正導致突發性乾旱發生頻率遽增;這種被稱為「暴旱」的乾旱型態影響廣泛,連鎖效應擴及乾旱發生地以外地區,嚴重衝擊農業和生態系統。
美國奧克拉荷馬大學(University of Oklahoma)和中國大陸南京信息工程大學近日分別在《自然通訊地球與環境》(Nature Communications Earth and Environment)以及《科學》(Sceience)期刊發表研究報告,探討氣候變遷對暴旱的影響。
奧克拉荷馬大學的研究員克利斯提安(Jordan Christian)說,研究團隊利用全球氣候變遷模型,對預測的暴旱發生頻率變化以及因此對農地帶來的風險進行量化,「我們發現,所有模擬情況都預期全球暴旱發生頻率會增加,其中,輻射強迫(radiative forcing)較高和化石燃料使用量較大的情況下,暴旱頻率增幅最大」。
輻射強迫又稱氣候強迫,指地球接收的太陽輻射量與從大氣層離散的輻射量失衡。暴旱和經過數年緩慢形成的乾旱不同,通常在數周內發生,可持續30到45天,甚至長達數年。這種型態的乾旱通常驟然出現,民眾因應的時間較短。
克利斯提安說:「全球農地的暴旱風險將升高,尤以北美和歐洲為最。」這份研究以世界氣候研究計畫(WCRP)的第六期耦合模型比對計畫(CMIP6)資料估計,2100年前,北美農地發生暴旱的年度風險將提高1.5倍;歐洲若出現最極端狀況,年度風險將增加1.7倍。
奧克拉荷馬大學大氣與地球科學學院副教授巴薩拉(Jeffrey Basara)說,這項研究凸顯農業生產者將面臨因暴旱而升高的水資源風險,當暴旱造成作物損失時,糧食生產相關社會經濟壓力,包括更高的糧食價格和社會動盪,都將隨之升高。
南京信息工程大學水文與水資源工程學院院長袁星帶領的研究,從不同氣候重建模式和土壤溼度數據,分析1951年到2014年間降雨量和土地水分蒸發量,評估暴旱隨時間變化的情況。他們將暴旱定義為土壤溼度快速下降以及乾燥情況持續至少20天,其他型態的乾旱則被歸類為緩慢型乾旱。
研究人員將地球分為多區域比較,結果發現,其中74%的區域發生的暴旱事件都已增加,北亞、東亞、歐洲,以及南美洲西岸暴旱增加最多、發生速度也最快。此外,潮溼地區暴旱發生率比其他地區高約3倍。
為了判斷從緩慢乾旱過渡到暴旱,是否與人為導致的氣候變遷有關,中國大陸的研究人員模擬兩種不同的氣候歷史型態:一種同時有人類和自然造成的氣候強迫,另一種只有自然因素造成的氣候強迫。結果,後者並未出現研究人員分析數據所見趨勢,而前者有,證明頻繁發生暴旱與人類的影響有關連。
環境土壤菌落 促進植物生存韌性
氣候變遷致使溫度和降雨模式轉變,讓植物面臨更大生存壓力。美國科學家的實驗顯示,在土壤植入經歷過酷寒、酷熱環境的菌落,有助提升植物的生存韌性,使其更能適應氣候變化。
樹木生存環境中,除了與其共處的動物、昆蟲,還有土壤中的無數微生物,這些菌落能協助樹木吸收養分、水,或幫助樹木在最適合的時間萌芽或開花,減緩樹木面臨的生存壓力。
威斯康辛大學麥迪遜分校(University of Wisconsin–Madison)植物病理學教授藍考(Richard Lankau)進行實驗,在溫室中以取自12個不同地點的土壤樣本培育樹苗,接著把這些接觸過不同菌落的樹苗,移植到現有分布範圍的最邊緣區域。
實驗結果顯示,在以常青樹林為主的威斯康辛州北端,樹木與土壤菌落的關係最明顯。接觸過北方土壤菌落的樹苗,比在該州南方土壤樣本中培育出來的樹苗,更能捱過寒冬。研究指出,以採樣點中最冷區域土壤菌落培育出的樹苗,在較惡劣環境存活3個冬天的機率,至少提升了50%。
在南方移植地點,曾在類似氣候條件土壤中培育的樹苗,也有類似的結果;以取自最乾旱環境土壤培育的樹苗,生存能力最強;研究團隊認為,這可能與土壤中的真菌「叢枝菌根菌」(arbuscular mycorrhizal fungi)有利吸收水氣有關。
藍考說,大多數樹木因應生存壓力的反應是改變分布地點,也就是在難以生存的區域轉移到更適合生長的地點。研究人員目前探討數目與氣候變遷的關係時,也多以樹木能自行因應為基礎,但「如果我們給予森林一些轉變微生物菌落的能力,它們的適應力或許會更好」。
冰河岩粉 改善土質提高農作收成
科學家在研究中首次發現,把格陵蘭冰河輾壓岩石產生的細緻「岩粉」撒在農地上,不僅能捕捉造成全球暖化的二氧化碳,有助減碳,且能提升土壤肥沃度,顯著提升農作物收成量。
這種「岩粉」經過自然化學反應分解後,可使空氣中的二氧化碳附著在新合成的碳酸鹽礦物上。哥本哈根大學研究團隊在《國際溫室效應氣體控制期刊》(International Journal of Greenhouse Gas Control)發表的研究報告指出,每噸岩粉能捕捉250公斤二氧化碳,將岩粉撒在丹麥田地土裡3年後,有8%能達到這個捕捉量;如果丹麥所有農田都撒上岩粉,估計可捕捉多達2700萬噸二氧化碳,接近該國的年碳排量。
該團隊在《農業生態系統營養循環》(Nutrient Cycling in Agroecosystems)發表的另一項研究則顯示,岩粉讓丹麥田地的玉米、馬鈴薯收成量各提高24%和19%,在土壤更貧瘠的迦納進行試驗時,收成量提高幅度更大。
格陵蘭龐大冰層一年產生10億噸岩粉,在冰河底下以泥巴的形式流出;研究人員指出,岩粉的數量相當充沛,即使取用一些岩粉,也不會對環境產生負面衝擊。
研究團隊成員地質學家羅興(Minik Rosing)表示,過去8000年來在格陵蘭堆積的岩粉,足以覆蓋地球所有農業區,這代表冰河岩粉具有極大的商業化潛力。
土壤與環境學家迪琛(Christiana Dietzen)則表示說,相較於以機器研磨的方式加速岩石風化成粉狀,「冰河岩粉不需要任何加工」,在格陵蘭寒冷環境下的岩粉風化過程極為緩慢,但是在較溫暖地區就會加速。
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