北京一高中生研究草地 将沙地变成“固碳库”

如何减少碳排放？如何缓解温室效应？面对越来越多的人口和越来越严重的污染，这是很多科学家都想解决的环境难题。北京景山学校的高中生窦沅青突发奇想，希望广阔的沙地能变成巨大的“固碳库”。她还具体测算了各种植被的固碳数据，发现草地比农田的固碳效果更好。她的此项研究，获得了今年北京科技创新大赛的二等奖。

我的了解：

植物不仅防沙还能固碳

我从小就喜欢自然界的各种生物，小时候小朋友们都爱做游戏，而我最喜欢的却是蹲在地上看蚂蚁吃“吊死鬼”。五年级的时候，我最喜欢干的事情就是在学校的小花园里刨土，因为土地上可以看见许多小蚂蚁。由于把花园的土地挖得乱七八糟，还被校长批评过。

高一时，我在课外办张凯老师的推荐下参加了北京青少年科技俱乐部，平时就比较关注环境保护问题及国际大事的我，开始关心全球气候变暖问题。我了解到，温室效应等一系列严重的环境问题都与碳排放量有关。而想到碳排放量，我们一般会首先考虑减少石油等燃料的使用，发展新能源，限制二氧化碳的产生，但是，我的导师——中国科学院植物研究所白文明教授告诉我，陆地生态系统具有固碳效应，这让我感到有些惊讶，并且对此产生了强烈的兴趣。

查询各种文献后我发现，以前的研究基本都是以草地、森林等生态系统作为研究对象，少有文章关注沙地生态系统。沙地作为特殊的生态系统既是风沙源，同时也可能是巨大的碳贮存库。我决定将“沙地固碳”作为我的研究课题。

我的目标：

比较不同类型土地碳储量

我的导师白文明教授所在的研究所在浑善达克沙地有一个研究基地，于是我利用高二暑假的时间随白文明教授及另一位辅导教师——东城区科技馆毕研云老师到基地去采集植物样本。

浑善达克沙地是我国四大沙地之一，位于内蒙古中部锡林郭勒草原南端，属于温带大陆性气候，是森林与草原、草原与沙地、沙地与山地、草原与农田等多种生态系统的交错带，因此这里可以看到多种不同的景观，是进行研究的理想场所。我认为，目前国内外对土壤碳库的研究多在宏观尺度上进行，研究中小尺度地域单元内土壤碳库的成果尚不多见。因此，研究浑善达克沙地特殊生态类型的碳储量，填补目前的数据缺口便显得十分重要。并且，比较不同土地利用方式造成的碳储量差异，可以较为直观地揭示植树造林、退耕还草等对于沙地固碳量的影响。

我将所研究的地区根据不同的土地类型分为草地、农田、灌丛、裸沙地四种生态系统类型，草地植被以克氏针茅和冷蒿为主，农田是青贮玉米，灌丛则是黄柳。

我的研究：

取样和分析考验耐心

我在每种不同类型的土地上进行采样，每个生态系统类型采集6个样本，总共24个样本。不仅要采集植物样本，还要采集土壤样本及凋落物等。不同生态系统总碳储量就是用植物碳储量加上土壤有机碳储量的总和。

因为日程安排有限，所有的采样工作要在七天内完成，因此我每天要采集三种至四种样本。真正实地工作起来，我才发现科学研究也是很艰苦的。就拿采样来说，草地和农田采用一平方米的样方测定地上生物量。老师要求将样方内地上的所有植物种类用剪子齐地面剪下。因为要把剪刀紧贴着地面，所以在剪切植物的时候，必须蹲在地上。一平方米平常觉得不大，可是要把这个范围内的所有草一根不剩地剪干净，就需要蹲在地上低头工作半个多小时。当时正是夏季，大热天蹲在草地里干活，不一会就汗流浃背。蹲了半小时后腿就麻得站不起来了。

回到实验室之后，更细致的工作开始了，这些研究过程让我明白了什么叫一丝不苟。信封袋内的样品要放在65℃的烘箱中，烘干至恒重，称重要用测量误差百分之一的电子天平。在不同土层采集的土壤放到铝盒中，在铝盒的盖子上要记下采集时间、土层深度及样方编号。分析碳含量的时候，要把样品用锡箔纸包成一厘米见方的小纸包，之后放进元素分析仪进行分析。光是包那些小纸包就足以考验我的耐性。

我的发现：

草地碳储量大于农田

经过细致的测量和计算，终于得出了不同类型土地的碳储量。结论显示：浑善达克沙地的不同植被类型生态系统总有机碳储量是灌丛最高，为8375克/平方米；其次是草地，为6616克/平方米；再次为农田每平方米5343克/平方米；最低的是裸沙地为656克/平方米。

灌丛的碳储量毫不意外地夺冠，是因为其生物量比草地、农田大很多，地上部分的植物量不仅显著比农田和草地多，根系也更为发达。让我意外的是，草地的碳储量超过了农田。根据数据分析，草地和农田在植被碳储量方面没有显著差异，农田的地上生物量虽然比较高，根系却不如自然生长的草地发达。但在土壤的比较上，草地的土壤有机碳密度比农田高。我分析，这可能由于草地有大量的凋落物存在，使得土壤较为肥沃。农田土壤有机碳低可能因为长时间的作物种植降低了土地的肥力，致使碳储量有所下降。

通过计算，我得出数据：将一平方米的裸沙通过绿化、生态重建等措施恢复为草地，可以多储存6千克的碳——这个数值的碳可以用来制造600根铅笔。我建议，对于长期播种的农田，土壤储碳能力已有所下降，可以通过轮番种植的方法使土地得到休整。对于裸沙，可通过围封的方式，使沙地中原有的剩余种子自然萌发，起到绿化作用。同时，也可以通过播撒种子，种植黄柳、羊柴等植被来大大提高沙地碳储量。此外，还要加强立法，抑制过度放牧，以减缓土地的沙化进程。

我的收获：

爱上了生物坚定了理想

在浑善达克沙地，我认识了很多从没见过的植物，比如克氏针茅、冷蒿，还有一种叫做地梢瓜的植物，可以结出椭圆形的绿色果子，可以吃，味道很不错。

最让我惊讶的是一种叫做干枝梅的植物。那是生长在沙地上的一种天然干花，花朵是粉红色的，小小的喇叭状的花朵聚成一片，异常淡雅清丽。但是它的花瓣却是不含水分的。我采下一些带回了北京，在家里放了大半年也没变色！但是从生态学角度看，干枝梅大面积生长，意味着草原的严重沙化。

沙地固碳课题的研究让我对生物这个学科有了更加深刻的认识。作为高中生，我是第一次跟随导师进行课题的研究，在实验和采样过程中，他们的辛勤工作与严谨的科学态度无不令我感叹。我想在高考的时候选择与生物有关的专业，希望自己以后可以成为一名生物或环境领域的科研工作者。

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