江河源冻土区土壤碳氮空间分布特征及其影响因素

江河源区是我国高寒生态安全屏障的重要区域,冻土的长期存在使其形成低温冻结环境,弱化了土壤微生物活性,抑制了土壤有机质的矿化过程,因而其近地表浅层土壤碳氮含量高。然而,土壤碳氮含量对不同冻土分区和环境因素响应的空间分异规律尚不清楚。为此,针对江河源4个不同冻土区(季节冻土区、岛状多年冻土区、不连续多年冻土区、片状连续多年冻土区)共11个样点进行植被样方调查、土壤分层采样。在分析碳氮含量的基础上,探讨了年均地温(MAGT)、活动层厚度(ALT)、海拔(ASL)、土壤深度(SD)、植被特征及土壤pH对土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、碳氮比(C/N)的影响。结果表明:(1)SOC、TN、C/N在片状连续多年冻土区最高,在季节冻土区最低,且与年均地温负相关,和海拔正相关;(2)江河源区SOC、TN、C/N随土壤深度的增加而降低,自表层至40cm深度整体下降幅度分别为58.45%、36.96%、17.01%;(3)SOC、TN、C/N与植被覆盖度(FVC)显著正相关(P≤0.05),与土壤pH值显著负相关(P≤0.01);(4)冗余分析表明,土壤pH、MAGT、ALT、SD、FVC是影响江河源区SOC、TN、C/N空间分布的关键因素。研究结果可为厘清气候趋暖条件下江河源区土壤碳氮空间分异规律及多年冻土热稳定性对土壤碳氮排放的影响提供科学基础,同时也有助于预测多年冻土区土壤碳氮空间变化。

高山多年冻土区地面温度研究进展

多年冻土是冰冻圈系统的重要组成成分,其热状态和冻融过程的水热交换深刻影响高寒地区的水源涵养功能、生物地球化学循环和生态环境稳定。多年冻土区大气-地面的能量交换过程对气候变化及生态水文等冰冻圈相关环境要素的稳定及动态变化具有决定性作用。地面温度是高山多年冻土区大气-地面能量平衡的重要指标和冻土模拟制图的关键驱动条件。本文从冻土-气候关系、地面温度空间分异特征及其影响因素、地面温度监测和冻土模型等方面综述了高山多年冻土区地面温度主要的研究进展;并就空间异质性极强条件下植被、积雪、土壤等局地因素对高山多年冻土区气温和地面温度差的影响,以及地面温度的冻土模拟应用进行了展望。研究认为,地面温度是冻土热状态模拟制图的上边界条件,是比气温和遥感陆面温度更有效的多年冻土存在状态的指标,同时也是比钻探测温更简单经济的多年冻土热状态调查手段,然而过去研究不多,因此亟待开展高山多年冻土区地面温度及其与相关下垫面要素的长期协同监测。基于气温、遥感陆面温度进行多年冻土热状态的中大比例尺精准模拟及其时空分布制图,应充分考虑植被和积雪等因素对气温和陆面温度的定量削减作用,否则易造成多年冻土及活动层模拟与实际分布的较大误差。此外,中纬度高山多年冻土区极强的太阳辐射导致积雪较难稳定驻留,但其复杂相变作用对下伏多年冻土热状态的影响尚需长期定位监测和模拟研究以精准量化。

黄河源头区地面热状态及冻融特征

冻土是地层与大气通过地面长期热交换的产物,地面的热状态及其冻融过程既表征了大气和各种下垫面对其复杂的热影响,也决定了浅表层冻土热状态及其变化。本文利用黄河源头区51个监测点的地面温度计算了地面冻结和融化指数,分析了冻融过程,并探究了其分异规律。结果表明:①研究区年均地面温度变化介于-3.06~1.31℃,呈现极强的空间分异特征,区域上的分异主要受海拔、纬度、NDVI制约(P<0.001),垂直递减率约为0.7℃·(100 m)^(-1)。NDVI越大即植被条件越好,夏季地面温度越低,冬季地面温度越高。②地面冻结指数为851.9~1906.6℃·d,平均1253.3℃·d,地面冻结指数与经纬度相关性较弱,地面完全冻结天数为54~219 d,平均137.1 d;地面融化指数为388.4~1727.2℃·d,平均1039.3℃·d,地面融化指数与海拔、NDVI、纬度、经度显著负相关,完全融化天数为61~156 d,平均128.8 d。③地面起始融化时间受地形和局地因素影响较大,发生于3月中旬到5月中旬,起始冻结时间的空间异质性小于起始融化时间,主要发生于9月下旬至10月底。④融化N因子(Nt)多集中于1.2~1.5,平均为1.29±0.21;冻结N因子(Nf)主要集中在0.5~0.65,平均为0.60±0.18;基于地面融化指数计算的活动层厚度为0.99~2.72 m,平均为1.68±0.45 m。本文可为高海拔多年冻土的精准制图及其与高寒生态环境相互作用研究提供基础。