大兴安岭高纬度林区土壤温室气体通量时空动态变化及冻融规律研究

气候变暖已经是一个不争的事实。气候变暖、森林破坏等人类活动可加速冻土退化,冻土退化会释放大量的温室气体，温室气体产生的温室效应又会进一步加速全球气候变暖，从而导致生态系统的恶性循环。大兴安岭位于我国最北部边疆，是我国唯一的寒温带针叶林区，其多年冻土处于欧亚大陆冻土带南缘，是我国特有的高纬度多年冻土。冻土厚度较薄、热稳定性差，对气温升高和外界变化极为敏感。本研究依托内蒙古大兴安岭森林生态系统国家站，利用静态箱-气相色谱法测定我国寒温带林区不同森林经营利用方式、不同立地条件下以及不同季节中，土壤中三种主要温室气体甲烷、二氧化碳和氧化亚氮排放通量的时空变化规律；同时利用冻土井观测设置，同期测定大兴安岭林区不同生境下冻土的冻结消融规律；以及室内可控条件下对冻融过程中温室气体排放的定量化监测，全面揭示人类活动对于该区温室气体排放通量的影响，为我国精确核算温室气体排放提供理论依据。

全球气候变暖是一个不容置疑的事实。寒温带兴安落叶松林况复杂、生境多样，其高纬度多年冻土地处欧亚大陆冻土带南缘，厚度较薄、热稳定性差，对气温升高极为敏感。项目依托大兴安岭森林生态站，研究我国寒温带林区土壤主要GHG排放的时空变化规律；利用冻土井观测设置观测不同生境下冻土冻融规律。结果表明：生长季土壤CH4、CO2和N2O通量分别为-22. 3 - -107. 8 ug C•m-2•h-1、331.9 - 577.3 mg C•m-2•h-1 、-9. 1 -31. 7 ug C•m-2•h-1，于晴朗天上午10:00左右观测得温室气体地-气交换通量，经矫正后可代表当日气体平均通量。GHG排放都具有明显的季节和年际变化规律，CO2和N2O通量都与土壤温度显著正相关。与生长季相比，冻融交替期CO2和N2O的通量平均下降了60.8%和21.3%，CH4吸收通量却增加了37.0%。在全年GHG排放核算中，CH4吸收、CO2和N2O排放在生长季分别占到全年的73.0%、79.2%、70.3%；在冻融交替期分别占到全年的25.0%、19.4%、21.9%；在土壤完全冻结期CH4吸收和CO2排放在全年中所占份额很少，可忽略不计，但完全冻结期N2O占全年排放量的7.8%，考虑其强增温效应，野外监测中应予重视。湿地CO2通量显著低于无林地和人工林地，沼泽中甲烷表现为释放，而人工林和无林地为吸收甲烷。原始林、渐伐林、皆伐林土壤CH4、CO2和N2O通量均没有显著性差异。人工林、原始林、渐伐林、皆伐林冻土开始融化和冻结的时间相差不多，但融化期地温的增速有明显差异，其中皆伐更新林地温增速最快，其次是渐伐更新林和人工林。冻融期中度坡位处的地温高于下度坡位处，而冻结期中坡位的降温速度快于下位。融化期和冻结期林外条件下地温均高于林内和湿地，湿地融化期比林内和林外短30天。林内与林外的融化期和冻结期时间没有明显的差别，但冻土厚度明显减小。综合以上成果，本项目确定了兴安落叶松林土壤GHG合适的取样时段；分析了土壤温室气体排放的主要影响因子；量化了这三种温室气体于生长季、冻融期以及冻结期，分别占到全年中的排放或吸收份额；了解了本区冻土的冻融规律；确定了不同立地条件下GHG的排放指标，为地区温室气体排放清单核算以及GHG排放预测模型的建立提供理论依据。