大小兴安岭多年冻土退化对沼泽湿地甲烷排放的影响研究

全球气候变暖导致北半球大部分多年冻土开始融化。甲烷排放是冻土区湿地最主要的碳释放形式之一，多年冻土退化及其引起的冻-融作用变化对湿地甲烷排放产生何种影响及其驱动机理如何，目前尚不十分清楚，尤其缺少大尺度上的野外对比观测研究。大小兴安岭为我国主要的多年冻土区，同时也是重要的沼泽湿地分布区，本项目拟选取本区不同类型冻土区（连续多年冻土、大片多年冻土和岛状多年冻土）典型沼泽湿地，采用空间代替时间的方法，通过野外观测和室内分析与培养试验，研究多年冻土退化背景下的冻-融期甲烷排放规律和冻-融作用变化对沼泽湿地生长季甲烷排放的影响，揭示多年冻土退化后甲烷排放变化的关键环境和生物控制因子，重点关注冻-融作用变化导致的土壤底物有效性和微生物活性变化在其中所起的作用。本研究将为预测气候变化背景下北方高纬度湿地生态系统温室气体通量变化及其对气候系统的反馈作用提供基础数据和理论依据。

随着全球气候变暖，大小兴安岭多年冻土退化严重。本研究以东北大小兴安岭和三江平原不同冻土区沼泽湿地为研究对象，对比观测不同冻土区沼泽湿地生长季和非生长季CH4排放规律及其关键控制因子，并结合不同冻土区沼泽土壤的产生和氧化CH4潜能培养实验，探讨多年冻土退化对冻土区沼泽CH4排放的潜在影响。研究结果显示：（1）随着多年冻土退化，该区沼泽CH4排放的峰值提前出现，持续时间延长，排放总量增加；（2）随着多年冻土退化，非生长季CH4产生和排放速率增加，并且高排放速率持续的时间也会延长，但非生长季CH4排放在全年总排放中所占的比例可能会降低；（3）植物立枯物在非生长季的某些时期也能传输CH4，经由植物立枯物传输的CH4，可达排放总量的84%；（4）随着多年冻土退化程度加剧，冻土区沼泽的植被类型会从以乔木、灌木和泥炭藓为主转变为以苔草和莎草科植物为主，这种植被类型的转变会改善土壤产甲烷菌的底物质量，提高土壤产CH4潜能，进而促进沼泽CH4排放；（5）由于本冻土区沼泽土壤产CH4潜能和CH4氧化潜能的温度敏感性都不高，因此，由植被类型的转变对产CH4潜能和CH4排放的促进作用可能会远大于土壤温度升高产生的影响。