氣候變遷效應暴旱風險侵襲地球

THE MERIT TIMES

編譯／潘楠慕 2023-07-02

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吉爾吉斯首都比許凱克限水，民眾排隊汲取泉水。圖／法新社、美聯社

西班牙多那尼亞國家公園溼地乾涸，露出水位尺標。圖／法新社、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／法新社、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、美聯社

格陵蘭冰河可提供珍貴的自然資源。圖／法新社、美聯社

辛巴威護林計畫參與者和種植的植物。圖／法新社、美聯社

格陵蘭的冰河可產生許多岩粉。圖／法新社、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／法新社、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、美聯社

阿根廷農地的大豆因乾旱而枯黃。圖／法新社、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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