冻融及积雪对呼伦贝尔草原土壤温室气体交换过程的影响

随着全球气候变化的不断加剧，土壤冻融和降雪格局会发生明显的变化，这也将进一步对土壤碳氮循环以及CO2、CH4和N2O等温室气体交换过程产生深远的影响。虽然我国季节性冻土面积广阔，但关于土壤冻融期间温室气体交换过程的研究仍十分缺乏，导致对其交换特征与内在机制尚不清楚。本项目选择内蒙古呼伦贝尔温带草原为研究区，沿降雨梯度设置对比样地，综合气候条件、土壤性质、草地利用方式以及冻融循环格局等因素对冻融过程中温室气体交换的影响，揭示冻融作用对土壤温室气体交换影响的区域效应；另外，通过野外控雪实验将地表通量、土壤剖面气体浓度以及土壤碳氮循环的微生物过程进行综合分析，揭示地表积雪在冻融循环过程中对土壤温室气体交换的作用及其影响机制，为探讨土壤温室气体交换对未来土壤冻融和降雪格局变化的响应提供依据。

本项目根据计划任务书的设计方案，以内蒙古呼伦贝尔草原为研究区，结合在降雨梯度样带上的原状土柱采集培养实验和部分野外原位观测实验，探讨了进行室内模拟冻融实验的优化方案，并通过模拟不同冻融格局，揭示了冻融作用对土壤温室气体交换影响的长期效应和累积效应。并研究了围封禁牧对生态系统碳氮的固持效应，以及放牧和土壤理化性质等因素对土壤冻融循环期间温室气体交换的影响。研究结果表明：1）积雪对冻融期间土壤温室气体交换有显著影响，尤其是N2O，室内模拟土壤冻融实验应尽量考虑积雪的因素；2）土壤冻融过程中CO2和N2O排放量随土壤含水量升高而增加，但N2O在土壤含水量较低时排放不明显，表明可能只有当土壤含水量达到一定阈值时，冻融作用才会对N2O的排放产生显著影响；3）围封禁牧可以显著增加草地生态系统碳氮储量和土壤微生物碳氮含量，是减缓草地退化和提升生态系统服务功能的有效途径；4）随着冻融循环次数的增加, CO2 排放量逐渐减少，而N2O呈先增加后减少的趋势，而土壤冻结时间越长，消融期间N2O的排放量越大。