青藏高原北麓河多年冻土退化对土壤有机碳组分的影响

Continuous permafrost thawing on the Qinghai-Tibet Plateau caused by global warming has resulted in a fraction of the soil organic carbon (SOC) exposed to microbial decomposition. This phenomenon has a strong feedback to the regional carbon cycle. SOC in the frozen soil consists of the labile fractions and the stable recalcitrant fractions. However, it is still unclear for the response mechanism of SOC fractions in the active layer and frozen soil to permafrost thawing in the permafrost region of Qinghai-Tibet Plateau. The research subject of this project is the alpine meadow of Beiluhe permafrost regions on the Qinghai-Tibet Plateau. This project is to systematically study the quantitative distributions and variation characteristics of the SOC fractions (light fraction organic carbon, heavy fraction organic carbon and microbial biomass carbon) and the aggregate sizes in the active layer and frozen soil, and is to analyze the response mechanism of SOC fractions to permafrost degradation. This project has great scientific significance for understanding the response of carbon storage function to climate change in the permafrost ecosystem of Qinghai-Tibet Plateau.

全球气候变暖导致青藏高原多年冻土持续融化，而冻土融化后则将包裹在其中的一部分有机碳释放出来，从而对区域的碳循环产生潜在的反馈作用。冻土中的有机碳包括易转化分解的有效碳也包括不易转化分解的惰性碳。然而，目前对青藏高原多年冻土区活动层和冻土层中易变与惰性有机碳组分对多年冻土退化的响应机制尚不十分明确。本项目以青藏高原北麓河多年冻土区高寒草甸冷生土壤为研究对象，通过野外多点定位监测试验，系统研究活动层和冻土层土壤中的有机碳组分(轻组有机碳、重组有机碳、微生物量碳)以及团聚体的数量分布及其变异特征，解析活动层和冻土层土壤中不同有机碳组分对冻土退化的差异性响应机理,以期揭示北麓河多年冻土退化对土壤有机碳的影响机制。该项研究对深入理解青藏高原多年冻土生态系统的碳储存功能对气候变化的响应具有重要的科学意义。

全球气候变暖加速青藏高原冻土退化。在区域气候逐渐改变的情况下，这一问题将更为突出。而多年冻土融化后其中的有机质会被微生物分解释放温室气体，从而对气候变暖起到积极反馈作用。在此背景下，多年冻土退化对土壤碳氮动态的影响成为近年来全球变化研究中广泛关注的焦点问题。然而，目前对青藏高原土壤碳氮动态对多年冻土退化的响应尚不十分明确。为此，本项目以青藏高原多年冻土区高寒草地为对象，基于多年冻土长期监测研究平台，通过连续三年的野外取样和室内分析，系统评估了青藏高原多年冻土退化对高寒草甸土壤碳氮组分动态的影响。结果显示，在青藏高原北麓河多年冻土区，多年冻土状态与植被特征、土壤物理化学属性以及土壤微生物组成密切相关。从过渡多年冻土到极不稳定多年冻土，植被的覆盖度显著下降，莎草科植物逐渐减少甚至消失，禾本科植物逐渐增加并主控植物群落；土壤水分含量降低，土壤有机碳氮及其组分含量、土壤黏粒和粉粒含量减少，而沙粒和土壤速效磷含量增加。土壤碳氮动态变化主要受植被地上生物量、盖度、土壤水分和土壤颗粒组成影响。多年冻土中土壤有机碳主要由重组有机碳组成。多年冻土的退化不仅能减少轻组有机碳含量，而且能导致重组有机碳含量减少。多年冻土稳定性的降低增加土壤有机氮矿化速率和矿化积累量，从而影响土壤的氮循环。多年冻土年均地温变化显著影响土壤细菌和真菌群落多样性和组成。上述成果为解析活动层和冻土层土壤中不同有机碳组分对冻土退化的差异性响应机理提供了数据支持，有助于深入理解青藏高原多年冻土生态系统的碳储存功能对气候变化的响应。