植被对多年冻土的影响研究进展

作为冰冻圈的主体,多年冻土是岩石圈与大气圈水热交换的产物,它的存在、分布及水热过程受到多种时空尺度环境因子的控制和影响.植被是生物圈的重要组成部分,是岩石圈与大气圈热量交换的媒介,它的存在和变化影响着多年冻土的水热过程和空间分布.文章综述了近几十年来植被对多年冻土影响的研究.首先,植被参与地气之间的水热周转过程,通过反射太阳辐射、贴地植被的吸水保水作用以及截留积雪作用等,对下伏冻土产生错综复杂的影响.但是不同植被类型的反射太阳辐射能力、保水与截留能力等各不相同,产生的影响大小有别.其次,同一植被类型的不同层次(如乔木层、灌木层等)对多年冻土的影响也不同,其中贴地植被产生的影响最显著.植被截留积雪,使得地面接收的太阳辐射和地表水分重分配复杂化,从而间接地影响多年冻土环境.因此当植被发生扰动后(如森林火灾和砍伐植被),就会对其所处的多年冻土环境产生各种不利影响,引发冻土灾害,甚至导致多年冻土消融.实际上植被与冻土同为寒区自然生态系统和环境的重要组成部分,它们在长期地质和生物演化中形成生态平衡.因此,植被还常常被用于指示多年冻土及其空间分布.最后提出目前研究中存在的问题,并对未来研究方向进行了展望.     

伊图里河冰楔温度变化与微生物数量的相关性初探

冰楔是反映多年冻土区古气候（温度）变化的标志物,冰楔不同叶理的稳定氧同位素（δ¹⁸O）浓度可反映冰楔发育过程中的古温度变化过程.20世纪80年代末,在伊图里河地区发现了不活动冰楔,这是迄今北半球发现纬度最南的冰楔,它具有重要的气候和环境意义.采用稳定同位素分析、荧光显微计数和流式细胞术,对伊图里河冰楔δ¹⁸O浓度与微生物数量进行了分析.结果表明：伊图里河冰楔发育过程中有3次小周期的气温波动,不同叶理的微生物数量也出现了3次波动.温度变化与微生物数量之间的相关性分析表明,冰楔叶理的成冰温度降低,冰楔中存活的微生物数量也随之降低,且温度越低,微生物数量越少.     

冻融作用对冻土区微生物生理和生态的影响

不同时空尺度的冻融过程导致冻土温度变化及水的相变和迁移，改变着微生物生境的物理和化学性质。冻融过程可改变细胞内外渗透压平衡，且冰晶生长过程能损伤细胞膜和细胞器。限于营养、氧气等其它极端不利条件，不少细胞逐渐转入休眠状态以度过难关；微生物DNA、蛋白质的合成和能量代谢仅用于维持细胞生存。冻融作用通过改变细胞代谢模式而影响微生物参与的寒区碳氮元素的生物地球化学循环。多年冻土层保存了不同地质时期微生物种群的多样性，作为物理和生物地球化学屏障，可有效削弱地表过程和地壳本底辐射对微生物的影响。在长期的适应过程中，微生物发展了相应的耐受机制，从结构和功能方面，细胞和分子水平上应对冻土环境和冻融过程。这可为寻找地外寒冷星球上可能的生命形式提供一些线索。     

大兴安岭林区不同植被对冻土地温的影响

植被常常通过反射太阳辐射、遮阳、蒸腾散热、阻风挡雪、保水吸水等来影响下伏多年冻土.但是不同的植被类型,对下伏冻土热状况的影响也不尽相同.为了探讨大兴安岭林区不同植被对冻土的影响,选取大兴安岭森林生态站实验区杜香-真藓-落叶松林、真藓-落叶松林、塔头-落叶松林、柴桦落叶松林和伊图里河镇原冻土观测场塔头湿地5种典型林型,分析不同林型对冻土的温度和冻融作用的影响.研究发现不同林型的不同组分,由于反射率、覆盖度和根系吸水能力的差别,使得各种林型下的地面温度也不相同.在夏季,月平均地面温度从高到低依次为真藓-落叶松林、杜香-真藓-落叶松林、伊图里河塔头湿地、柴桦落叶松林和塔头落叶松林.由于塔头落叶松林存在乔木层和灌木层,与伊图里河塔头湿地相比,8月份平均地面温度差值低10℃以上.柴桦落叶松林两个钻孔的对比实验表明,铲除地表植被会使活动层0.8 m以上部分的地温升高,并且主要发生在8、9、10月份.对冻土而言,林区植被暖季降温的贡献大于冷季增温的贡献.另外,塔头一落叶松林根系吸水能力最强,这种林型下的土壤开始融化和冻结的日期最晚,冻结初期地面降温速率为0.1 ℃/d,而0.2 m以下降温速率几乎为零.同样柴桦落叶松林的塔头根系吸水能力使得其0.5 m和0.8 m的降温速率低于除塔头落叶松林外的其他林型,但是地面上植物的凋零和枯萎会加快地面的冻结速率.真藓-落叶松林的乔灌木层发育不好,地面降温速率大于杜香-真藓-落叶松林和伊图里河塔头湿地,而伊图里河塔头湿地由于没有乔灌木层的庇护,地面以下的降温速率高于其他林型.