疏勒河上游不同类型多年冻土土壤冻融交替作用对高寒生态系统的影响机制研究

针对气候变暖及多年冻土退化所引起的青藏高原生态环境日趋恶化问题，开展土壤冻融交替作用影响下的高寒生态系统响应方面系统观测研究是非常必要和紧迫的。该研究目前正在成为一项新的国际性前沿课题和热点领域，重视度与日俱增。本项目拟以高原东北缘疏勒河上游地区4处长期定位综合观测场（植被类型为冰缘植被和不同退化程度高寒草甸，多年冻土类型为稳定型、亚稳定型、过渡型和不稳定型）为试验样地，定期监测气候要素、活动层表层土壤环境和高寒植被的各项指标参数。从而，阐明各类型多年冻土活动层表层剖面不同层次土壤冻融交替规律及其对高寒生态系统的影响过程和内在耦合机制，并初步揭示区域气候变化背景下活动层表层土壤冻融交替格局对多年冻土稳定性改变的响应过程及生态效应。旨在填补高原东北缘山地多年冻土区原位观测研究的空白，为长期监测数据的积累奠定良好基础，也为该地区生态环境恢复、保护和可持续发展提供切实可行的理论依据和实践参考。

气候变暖背景下青藏高原多年冻土区活动层土壤冻融作用对高寒生态系统的影响不容忽视，开展观测研究是非常必要和紧迫的，然而相关研究至今仍很缺乏。为此，本项目选取高原东北缘疏勒河上游不同类型多年冻土区冰缘（PV）和高寒草甸（AM）生态系统观测场为试验样地，进行气象、植被和土壤环境的观测，同时借助OTCs模拟增温试验观测资料，开展了冻融规律以及其对高寒生态系统影响过程的观测研究。得出如下主要结论：（1）PV和AM土壤随深度增加冻结日逐渐增加，融化日数先增加后减少，而高寒草原化草甸（ASM）随深度增加冻结日和融化日均呈先增加后减少变化趋势，并且PV和AM的2-50cm土壤深度冻结日数明显多于ASM，融化日数明显少于ASM，另外，模拟增温使得高寒草地土壤冻结日明显减少、融化日和冻融日明显增加。结果表明植被覆盖度对浅层土壤冻融过程的影响较大，而多年冻土稳定性的影响不明显；（2）AM两次土壤日冻融导致脲酶活性显著增加，变形菌门假单胞菌属等四类菌相对丰度显著降低，CO2地下浓度显著增加，CH4和N2O浓度降低，而3种气体地表日均通量均有所增加；（3）3种气体地下浓度最高值均出现在表层0-10cm，随深度增加而降低。季节性冻融过程时期N2O日均最大浓度分别出现在融化过程期，CH4在完全冻结期，CO2在完全融化期，AM不同冻融时期N2O、CH4和CO2日均浓度基本高于ASM。N2O通量在融化过程期最低，完全冻结期最高，而CH4和CO2通量均在完全冻结期最低，完全融化期最高。整个观测期内，AM和ASM表现为N2O和CO2源、CH4汇；（4）土壤N2O浓度日和剖面变化的主要影响因子均为土壤水分和盐分，而CH4和CO2的主要控制因子为水热盐；3种气体地表通量的影响因子除土壤水热盐和空气温湿度外，还有对应的地下气体浓度；（5）估算结果表明，AM土壤N2O、CH4和CO2年均地下浓度均高于ASM，AM土壤N2O和CO2地表排放量及CH4吸收量在冻融期和完全冻结期之和分别占全年的90.46%、61.29%和44.40%，ASM中分别占全年总通量的64.70%、32.25%和41.65%，即非生长季气体地表通量在年总量中占有重要份额；AM的N2O和CO2全年总排放量均明显多于ASM，CH4吸收量明显少于ASM。研究结果为长期监测数据积累奠定了良好基础，也为山区生态环境保护和可持续发展提供科学参考。