從生物荒漠到碳海綿
塔克拉瑪干沙漠長期被視為生物荒漠，流動沙丘覆蓋了逾 95% 的地景，如今正經歷一場挑戰傳統乾旱環境觀念的生態轉型。經過數十年的大規模植樹計畫，這片位於中國西北部的嚴酷沙漠已成為一處有效運作的碳匯，吸收的大氣二氧化碳多於排放量。近期發表於《美國國家科學院院刊》的研究指出，1978 年啟動、俗稱「綠色長城」的「三北防護林工程」，已成功將沙漠邊緣轉變為大氣碳的淨吸收區。這項成果是人類干預將極端沙漠轉變為穩定碳匯的首個有紀錄案例，為全球最乾旱地區的氣候減緩策略帶來新希望。
塔克拉瑪干沙漠面積約 13 萬平方英里（33.7 萬平方公里），略大於蒙大拿州，位於中國西北部的塔里木盆地。高聳山脈環繞沙漠，一年大部分時間都阻擋濕潤氣流進入內陸，形成極端環境，使這片區域獲得「死亡之海」等稱號。數百年來，這片廣袤的流沙象徵著荒涼與環境極限。然而如今，衛星影像顯示，沙漠邊緣環繞著一條醒目的綠帶；自計畫啟動以來，已有逾 660 億棵樹在此扎根。中國森林覆蓋率從 1949 年僅占國土面積 10%，增至如今逾 25%；塔克拉瑪干沙漠於 2024 年完成植被環繞，成為生態工程的重要里程碑。
數十年的堅持
這場轉型始於 1978 年，當時中國官員為因應沙漠化加劇，啟動「三北防護林工程」。1950 年代，快速都市化與農地擴張使當地天然植被遭到大量清除，導致沙塵暴日益嚴重，土地品質惡化，也威脅農業生產力。政府承諾在 2050 年前於塔克拉瑪干與戈壁沙漠周邊種植數十億棵樹，目標是遏止沙漠擴張並穩定流動沙丘。這項宏大的計畫為期 72 年，並以 1998 年、2011 年及 2021 年為重要推進節點。
其中一項工程成就是在沙漠腹地直接開闢一條長達 3,046 公里的綠色廊道，讓植被穿越探險家昔日所稱的「死亡之海」，並連結過去彼此隔絕的綠洲。這項大規模工程背後兼具環境與政治考量。沙漠無節制擴張威脅珍貴農地，也加劇中國西部的區域不穩定；少數民族群體與漢族領導階層之間的緊張關係，歷來為當地帶來摩擦。北京希望藉由遏止沙漠擴張，保障農地、降低侵襲北方城市的沙塵暴頻率，同時減少國家的碳足跡。與聯合國在撒哈拉沙漠推動的類似國際計畫不同，中國方案受惠於政治局勢穩定，得以持續推行逾四十年，未曾中斷。
衛星資料揭示變化
加州大學河濱分校的科學家與休士頓大學、清華大學及加州理工學院的研究人員合作，運用先進衛星技術，確認沙漠碳動態正在改變。研究團隊使用 NASA 軌道碳觀測衛星及 MODIS 衛星的資料，追蹤塔克拉瑪干沙漠邊緣 25 年來的二氧化碳濃度與植被綠度。團隊聚焦於造林成效的兩項主要指標：大氣二氧化碳可測得的下降，以及太陽誘發螢光的增加。太陽誘發螢光是在光合作用期間發出的微弱光線，可作為植物生產力的替代指標。
衛星讀值在治理區域上方測得明顯的「低值區」，二氧化碳濃度比周邊地區低 1 至 2 ppm。7 月至 9 月的雨季期間，平均降雨量約為每月 0.6 英寸（16 毫米），約為乾季月份的 2.5 倍。這種季節性水分增加有助於擴大植被覆蓋並提升光合作用活動，使大氣二氧化碳濃度從乾季的 416 ppm 降至雨季的 413 ppm。加州大學河濱分校大氣物理學家、研究合作者李慶輝（King-Fai Li）說明，從軌道上確認碳吸收具有重要意義。
這裡不像亞馬遜或剛果的熱帶雨林。有些造林區域只有灌木地，類似南加州的叢林灌木地。但它們確實在吸收二氧化碳，而且能持續做到，這是我們可以透過太空測量並確認的正面成果。
灌木、土壤與碳封存
這項計畫常被描述為植樹造林，但科學證據顯示，耐旱灌木才是碳吸收的主要推手。這些木本植物類似南加州的叢林灌木，即使在乾燥炎熱的環境下也能持續進行光合作用；許多樹種在這類環境中則難以存活。植被就像穩定運作的生物幫浦，從空氣中吸收二氧化碳，將其轉移至根部、莖幹，最終形成土壤有機質。先前研究曾指出，沙漠沙粒可能透過晝夜溫差造成的熱脹冷縮等物理作用捕捉二氧化碳，每年封存約 100 萬噸碳。然而，科學家警告，這種以沙粒為基礎的碳儲存方式在氣候變遷下並不穩定；氣溫上升可能使沙粒中受困的空氣膨脹，釋出儲存的碳。
最新研究結果顯示，透過光合作用進行生物封存，能形成更穩定、規模也更大的碳匯。針對塔克拉瑪干沙漠南緣土壤微團粒的其他研究，則揭示這類碳儲存的機制。研究人員分析土壤組成，採用 delta13C 天然豐度法，追蹤碳在不同土壤組分間的流動路徑。分析結果顯示，造林大幅提高了土壤整體有機碳含量及團粒形成，其中最大的增幅出現在植株建立七年後。土壤有機碳是陸域生態系統中最大的碳庫，表土碳約有 90% 封存於土壤團粒之中。微團粒在沙漠生態系統中既是碳流動的來源，也是碳匯。種植的植被不僅能吸收大氣中的碳，也能穩定沙丘、減少風蝕，並創造有利於生態演替的條件。
水資源限制與全球規模
儘管成果令人振奮，研究人員仍提醒外界，應對沙漠造林的全球影響抱持務實期待。即使整個塔克拉瑪干沙漠都完全覆蓋植被，這片約與德國同大的區域每年也只能封存約 6,000 萬噸二氧化碳。這僅相當於加拿大年度排放量的 10%，占全球每年約 400 億噸排放量的一小部分。李慶輝強調，單靠沙漠綠化無法解決氣候危機，但了解哪些地方、在何種條件下能吸收多少二氧化碳，是減緩氣候變遷不可或缺的一環。
阻礙植被進一步深入沙漠腹地的主要因素是水。現有灌木地之所以能存續，全賴周邊高地流下的山區逕流，為種植區帶來水分與養分。若要向沙漠深處拓展，就需要穩定水源；但這類水源在全球各地都日益稀缺。仰賴山區逕流也帶來脆弱性：氣候變遷若改變降雪模式或冰河融水，碳匯可能因此減弱甚至消失。這片植被形成一道活生生的屏障，命運實際上繫於沙漠極端環境與高地水源之間。
乾旱地區的範例
塔克拉瑪干計畫是少數長期推動並取得成果的沙漠綠化案例，其他類似計畫往往未能持續。政治延續性讓中國得以在四十年間維持穩定的資金與人力投入，創造短期計畫難以達到的生態復原條件。協助撰寫研究的加州理工學院行星科學教授、NASA 噴射推進實驗室資深研究科學家楊玉良（Yuk L. Yung）談到這項研究的廣泛意義。
我們首次發現，由人類主導的干預措施，即使在最極端的乾旱地景中，也能有效提升碳封存，顯示沙漠有望轉變為碳匯，並遏止沙漠化。
這項研究凸顯，沙漠並非生態死區，而是有潛力參與全球碳管理策略。隨著野火在歐洲、拉丁美洲與北美愈發頻繁，森林也逐漸從碳匯變成碳源，塔克拉瑪干沙漠的轉型為人類修復環境的能力提供了另一種觀點。水資源安全與規模仍是重大挑戰，但這項計畫證明，即使在地球上最嚴酷的環境中，以自然為本的解決方案仍能有效發揮作用。塔克拉瑪干沙漠周邊的綠帶，既帶來啟發，也證明低技術碳解決方案確實可行；這類方案需要時間、穩定投入與生態知識，而非尖端科技。
重點整理
- 中國 1978 年啟動的「三北防護林工程」，已在塔克拉瑪干沙漠周邊種植逾 660 億棵樹，並於 2024 年完成植被環繞。
- 衛星資料證實，沙漠邊緣如今已成為碳匯，吸收的二氧化碳多於排放量；雨季期間，大氣二氧化碳濃度下降 1 至 3 ppm。
- 耐旱灌木與其他植被透過光合作用吸收碳，形成比先前以沙粒捕碳更穩定的儲存機制。
- 計畫完全仰賴山區逕流供水，限制擴張潛力，也使其容易受到氣候變遷引發的融雪模式改變影響。
- 即使整片沙漠都完成造林，每年也只能吸收 6,000 萬噸二氧化碳，相較全球 400 億噸的排放量，貢獻有限；但這項計畫為乾旱地區復育提供了可行性範例。
