气候变化与人类活动如何重塑湿地土壤冻融循环及其对温室气体排放的影响

《Agricultural and Forest Meteorology》：Shifts in soil freeze-thaw cycle and their climate impacts along the alpine wetland-grassland continuum

来自青藏高原研究人员监测湿地 - 草原土壤冻融循环，发现其影响 CO2、CH4排放及气候反馈。

　　气候变化和人类活动深刻改变了土壤水文状况，重塑了湿地生态系统的面积范围和边界。然而，这些变化对土壤冻融循环的影响以及其随后对温室气体排放的作用，人们仍知之甚少。在高纬度和高海拔地区，这种知识空白尤为关键，因为这些地区储存着大量碳，并且有着明显的季节性土壤冻融循环。

研究人员在青藏高原的一个高山湿地 - 草原连续带上，对土壤冻融循环进行了全年实地监测。结果发现，随着景观从湿润草甸向湿草甸再到沼泽的转变，土壤往往冻结得更晚（分别延迟 4 天和 24 天）、冻结速度更慢（分别降低 55.8% 和 45.7%），且冻结深度更浅（分别减少 59.7% 和 57.8%） 。通过结合高分辨率的温室气体碳通量和能量交换监测，研究人员进一步发现，土壤解冻会增加二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）排放，引发明显的正气候 - 碳反馈，其强度比与土壤冻结相关的负气候 - 碳反馈更大（+632.1 对比 -183.1 克二氧化碳当量每平方米）。相反，土壤解冻和冻结都导致了明显的负气候反馈，这是由于感热通量和潜热通量的净减少。这些发现强调了水文驱动的土壤冻融循环变化的关键作用，凸显了其对气候 - 碳和气候 - 能量反馈的交互影响。

研究地点位于青藏高原东北部的鸾海子湿地，邻近海北国家高山草原生态系统研究站（北纬 37°30′，东经 101°12′，海拔 3200 米）。该研究地点属于高原大陆性季风气候，夏季短暂凉爽，冬季漫长寒冷。1981 年至 2014 年期间，年平均气温为 - 1.1°C，季节变化明显，8 月的日最高气温可达 14.6°C 。

在 0 - 210 厘米的土壤深度范围内，2021 年湿润草甸的冻结期持续 135 天（从第 309 天到第 365 天，第 1 天到第 78 天），湿草甸为 122 天（从第 313 天到第 365 天，第 1 天到第 69 天），沼泽为 104 天（从第 333 天到第 365 天，第 1 天到第 71 天）。此外，湿润草甸的冻结速度（1.38 厘米 / 天）比湿草甸（0.61 厘米 / 天）和沼泽（0.75 厘米 / 天）更快。湿润草甸的最大冻结深度（185.8 厘米）也比湿草甸（74.8 厘米）更大。

研究结果部分支持了第一个假设，即从湿润草甸向湿地过渡时，土壤冻结更晚、更慢且更浅。此外，土壤解冻和冻结的变化会引起气态碳排放和能量交换的显著变化，这支持了第二个假设。总体而言，这些发现突出了水文变化在调节土壤冻融循环中的关键作用。数据可应要求提供。