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摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 18 期摇 摇 2011 年 9 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
高寒矮嵩草草甸冬季 CO2释放特征 吴摇 琴,胡启武,曹广民,等 (5107)………………………………………
开垦对绿洲农田碳氮累积及其与作物产量关系的影响 黄彩变,曾凡江,雷加强,等 (5113)……………………
施氮对几种草地植物生物量及其分配的影响 祁摇 瑜,黄永梅,王摇 艳,等 (5121)………………………………
浙江天台山甜槠种群遗传结构的空间自相关分析 祁彩虹,金则新,李钧敏 (5130)……………………………
大兴安岭林区不同植被对冻土地温的影响 常晓丽,金会军,于少鹏,等 (5138)…………………………………
樟子松树轮不同组分的稳定碳同位素分析 商志远,王摇 建,崔明星,等 (5148)…………………………………
内蒙古不同类型草地叶面积指数遥感估算 柳艺博,居为民,朱高龙,等 (5159)…………………………………
杭州西湖北里湖荷叶枯落物分解及其对水环境的影响 史摇 绮,焦摇 锋,陈摇 莹,等 (5171)……………………
火干扰对小兴安岭落叶松鄄苔草沼泽温室气体排放的影响 于丽丽,牟长城,顾摇 韩,等 (5180)………………
黄河中游连伯滩湿地景观格局变化 郭东罡,上官铁梁,白中科,等 (5192)………………………………………
黄土区次生植被恢复对土壤有机碳官能团的影响 李摇 婷,赵世伟,张摇 扬,等 (5199)…………………………
我国东北土壤有机碳、无机碳含量与土壤理化性质的相关性 祖元刚,李摇 冉,王文杰,等 (5207)……………
黄土旱塬裸地土壤呼吸特征及其影响因子 高会议,郭胜利,刘文兆 (5217)……………………………………
宁南山区典型植物根际与非根际土壤微生物功能多样性 安韶山,李国辉,陈利顶 (5225)……………………
岩溶山区和石漠化区表土孢粉组合的差异性———以重庆市南川区为例 郝秀东,欧阳绪红,谢世友 (5235)…
夏蜡梅及其主要伴生种叶的灰分含量和热值 金则新,李钧敏,马金娥 (5246)…………………………………
苏柳 172 和垂柳对 Cu2+的吸收特性及有机酸影响 陈彩虹,刘治昆,陈光才,等 (5255)………………………
导入 TaNHX2 基因提高了转基因普那菊苣的耐盐性 张丽君,程林梅,杜建中,等 (5264)………………………
空气湿度与土壤水分胁迫对紫花苜蓿叶表皮蜡质特性的影响 郭彦军,倪摇 郁,郭芸江,等 (5273)……………
黄土高原旱塬区土壤贮水量对冬小麦产量的影响 邓振镛,张摇 强,王摇 强,等 (5281)…………………………
咸阳地区近年苹果林地土壤含水量动态变化 赵景波,周摇 旗,陈宝群,等 (5291)………………………………
苗药大果木姜子挥发油成分变化及其地理分布 张小波,周摇 涛,郭兰萍,等 (5299)……………………………
环境因子对小球藻生长的影响及高产油培养条件的优化 丁彦聪,高摇 群,刘家尧,等 (5307)…………………
不同基质对北草蜥和中国石龙子运动表现的影响 林植华,樊晓丽,雷焕宗,等 (5316)…………………………
安徽沿江浅水湖泊越冬水鸟群落的集团结构 陈锦云,周立志 (5323)……………………………………………
黑胸散白蚁肠道共生锐滴虫目鞭毛虫的多样性分析与原位杂交鉴定 陈摇 文,石摇 玉,彭建新,等 (5332)……
基于熵权的珠江三角洲自然保护区综合评价 张林英,徐颂军 (5341)……………………………………………
专论与综述
中小尺度生态用地规划方法 荣冰凌,李摇 栋,谢映霞 (5351)……………………………………………………
土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展 陈摇 朝,吕昌河,范摇 兰,等 (5358)………………………………
海洋浮游植物与生物碳汇 孙摇 军 (5372)…………………………………………………………………………
多年冻土退化对湿地甲烷排放的影响研究进展 孙晓新,宋长春,王宪伟,等 (5379)……………………………
生源要素有效性及生物因子对湿地土壤碳矿化的影响 张林海,曾从盛,仝摇 川 (5387)………………………
生态网络分析方法研究综述 李中才,徐俊艳,吴昌友,等 (5396)…………………………………………………
研究简报
不同群落中米氏冰草和羊草的年龄结构动态 金晓明,艾摇 琳,刘及东,等 (5406)………………………………
主题分辨率对 NDVI空间格局的影响 黄彩霞,李小梅,沙晋明 (5414)…………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*314*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄09
封面图说: 在树上嬉戏的大熊猫———大熊猫是中国的国宝,自然分布狭窄,数量极少,世界上仅分布在中国的四川、陕西、甘肃
三省的部分地区,属第四纪冰川孑遗物种,异常珍贵。 被列为中国国家一级重点保护野生动物名录,濒危野生动植
物种国际贸易公约绝对保护的 CITES附录一物种名录。 瞧,够得上“功夫熊猫冶吧。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 18 期
2011 年 9 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 18
Sep. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金项目(40930527, 41001052, 40771189); 国家重点基础研究发展计划(973)项目 (2009CB421103); 中国科学院重
要方向性项目(KZCX2鄄YW鄄JC301)
收稿日期:2010鄄10鄄27; 摇 摇 修订日期:2011鄄06鄄20
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: songcc@ neigae. ac. cn
孙晓新,宋长春,王宪伟,毛瑢,郭跃东,路永正.多年冻土退化对湿地甲烷排放的影响研究进展.生态学报,2011,31(18):5379鄄5386.
Sun X X, Song C C, Wang X W, Mao R, Guo Y D, Lu Y Z. Effect of permafrost degradation on methane emission in wetlands: a review. Acta Ecologica
Sinica,2011,31(18):5379鄄5386.
多年冻土退化对湿地甲烷排放的影响研究进展
孙晓新,宋长春*,王宪伟,毛摇 瑢,郭跃东,路永正
(中国科学院东北地理与农业生态研究所,长春摇 130012)
摘要:全球气候变暖导致北半球大部分多年冻土区的冻土已经开始退化。 多年冻土退化对冻土区湿地 CH4排放产生重要影响,
可能直接决定冻土区湿地对全球气候变暖的反馈方式。 综述了近年来多年冻土退化对湿地 CH4排放影响的研究。 多年冻土退
化导致的土壤活动层深度增加和植被类型由中生向湿生的转变都可能会大大增加冻土区湿地 CH4排放量,从而可能对全球气
候变暖产生正反馈作用。 但多年冻土退化导致的水文条件变化、土壤温度变化和微生物组成及活性变化对湿地 CH4排放的影
响却存在一定的不确定性。 多年冻土退化除了影响湿地 CH4排放量之外,还可能通过改变土壤冻融过程而影响湿地 CH4排放
的季节分配模式。 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。
关键词:多年冻土退化;甲烷排放;季节分配模式;湿地
Effect of permafrost degradation on methane emission in wetlands: a review
SUN Xiaoxin, SONG Changchun*, WANG Xianwei, MAO Rong, GUO Yuedong, LU Yongzheng
Northeast Institute of Geography and Agoecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130012, China
Abstract: In the northern hemisphere, global warming is resulting in the thawing of permafrost. Permafrost degradation
would have a dramatic impact on methane emission from wetlands in the permafrost area and thus regulate the feedback
effects of wetlands in relation to global warming. In this paper, we reviewed the effect of permafrost degradation on methane
emission in the northern wetland ecosystem. Permafrost degradation increased the active soil layer depth and caused a shift
in plant species from neutral鄄growing to wet鄄growing, which enhanced methane emission in wetlands and produced positive
feedback for global warming. The effect of altered water regimes on methane emission in wetlands was different among
different types of permafrost regions. In continuous and discontinuous permafrost regions, wetter soil conditions due to
permafrost degradation enhanced methane emission in wetlands. However, in sporadic permafrost regions, island permafrost
thawing caused wetland drought conditions, leading to the disappearance of the soil surface water and thus decreasing
methane emissions. Increased soil temperature induced by permafrost degradation increased methanogenic activity and
thereby accelerated methane production; however, these warmer temperatures also increased methanotrophic activities,
concurrently accelerating methane oxidation. Nonetheless, the composition of methanogens and methanotrophs in wetlands
was changed dramatically by permafrost degradation; thereby, with the process of permafrost degradation, the ultimate
effects of soil temperature and microbial composition and activity on methane emission in wetlands remain uncertain. In
addition, permafrost degradation altered the soil freeze鄄thawing process, and thus seasonal patterns of methane emissions in
wetlands. Finally, we addressed existing gaps in the research and identified a prospect for further study.
Key Words: permafrost degradation; methane emission; seasonal pattern; wetlands
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摇 摇 多年冻土是指处在 0 益或 0 益以下 2 a或更多年的土地(土壤和岩石,并包括了冰和有机物) [1]。 北半球
现有多年冻土面积 22. 79伊106 km2,约占北半球陆地面积的 23. 9% [2]。 多年冻土分布范围非常广泛,从 26毅N
的喜马拉雅山至 84毅N的格陵兰岛北部都有分布[2]。 多年冻土由于冷湿的环境抑制有机物分解,导致其具有
非常高的平均土壤碳含量,据最新的研究估算值,全球多年冻土区土壤碳库大约为 1672 Pg (其中 0—100 cm
为 496 Pg,0—300 cm为 1024 Pg,300 cm以下为 648 Pg),这些有机碳约为全球地下有机碳库的 50% ,远远超
过了植被(650 Pg)和大气(730 Pg)中的碳含量[3鄄4]。
由于全球气候不断变暖,大部分多年冻土区的冻土已经开始融化[5鄄9],并且在未来一个世纪,融化的速度
和面积都可能会随着气候变暖而进一步增强[10]。 多年冻土融化将导致储存在冻土中的大量土壤有机碳迅速
释放出来[11鄄14],碳释放主要通过以下 3 种形式:CH4、CO2和 DOC[15]。 CH4和 CO2是最重要的温室气体,与
DOC不同,它们可以对大气化学组成产生直接影响,因此,多年冻土融化释放的 CH4和 CO2可能会对气候变暖
产生强烈的正反馈。 又由于 CH4相对于 CO2约 25 倍的全球增温潜势[16],在气候变化对多年冻土区湿地碳循
环影响的研究中,CH4通量变化的研究显得尤其重要。 现有部分研究结果显示:由于多年冻土退化引起湿地
植被总的净吸收碳和异养呼吸释放的碳可能同时增加,导致生长季 CO2汇的功能增加,这本应对全球变暖产
生负反馈,但是,如果考虑到 CH4排放也增加,用 CO2等价(GWP100)的方法折算后,增加的 CH4排放将会部分
地(或完全)抵消增加的碳汇[17],甚至可能使总的辐射强迫增加,从而反映出对气候变暖的正反馈[18]。 由此
可见,CH4排放的变化不仅是多年冻土退化背景下湿地 C 循环研究中的重要组成部分,甚至可能决定湿地生
态系统对全球气候变暖产生反馈作用的方向。
多年冻土能够阻止地表水向地下渗透,使活动层土壤长期饱和,有利于形成湿地[19鄄20],因此,多年冻土区
同时也是全球湿地的主要分布区,北方高纬度地区分布了全球 50%以上的湿地[21]。 多年冻土退化会对分布
在冻土之上的湿地产生多方面的影响,包括湿地冻土活动层深度变化[8, 22]、水文变化[23]、土壤温度变化[24]、
植被组成及生产力变化[18]、微生物组成和活性变化[25鄄26]等,这些都是湿地 CH4通量的主要控制因子。 这一系
列环境和生物因子的变化,都可能对该区湿地目前的 CH4排放及其未来变化趋势产生重要影响。 因此,进一
步研究和探讨多年冻土退化对湿地 CH4排放的影响程度、影响机理及其对全球气候变化的反馈机制,对于准
确预测全球气候变化及其影响将具有重要意义。
1摇 多年冻土退化对湿地 CH4排放量的影响
北方高纬度地区生态系统对气候变化高度敏感,并且占陆地表面的比例较大,因此,对地球系统非常重
要,尤其对全球碳循环非常重要[27]。 研究表明:北方高纬度地区陆地生态系统是大气 CO2的汇(0. 3—0. 6
PgC / a),占全球陆地 CO2汇的 30%—60% [28]。 同时,北方高纬度地区的湿地为全球大气 CH4的主要天然来源
之一,年 CH4排放量约占全球 CH4天然排放量的 20%—60% [21, 29鄄30]。 全球气候变暖将导致这些地区越来越
多的被冻结的有机碳可以被微生物分解,由于北方高纬度地区湿地较多[21],湿地具有较高的厌氧条件,因此,
厌氧菌产生的 CH4是本区冻土退化后碳释放的最主要形式之一。 而多年冻土退化将直接导致控制湿地甲烷
产生和排放的环境因素和生物因素的改变,因此,必将对湿地 CH4排放产生重要影响。
1. 1摇 活动层深度变化对 CH4排放的影响
活动层深度变化是多年冻土退化的最主要标志之一,可以直接或间接影响冻土区湿地的 CH4通量。 网格
法观测瑞典北部 9 个多年冻土地点 29 a的活动层厚度变化的结果表明[9]:气温增加导致了所有地点的活动
层都变厚了,增加速率为每年 0. 7—1. 3 cm,在多年冻土厚度较薄的一些地点,增加速率可达每年 2 cm。 用模
型估计中等气候变化情景下的欧亚大陆多年冻土区变化结果显示[31]:到 2050 年,最北部多年冻土区活动层
深度将增加超过 50% ,而其它的大部分地区也将超过 30%—50% 。 Stendel和 Christensen 模拟北半球多年冻
土变化的结果也表明:到 21 世纪末,全球变暖(IPCC 第二次报告的 A2 情景)将导致北半球大部分多年冻土
区的活动层深度增加 30%—40% ,其中,增加程度最大的地区为西伯利亚东北和加拿大西部,其次为中国东
北和蒙古,以及加拿大和阿拉斯加的部分地区[32]。 活动层厚度非常重要,因为它影响植物根的深度、水文过
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程以及能暴露在 0 益以上的土壤有机质的数量[14]。 多年冻土区的陆地和大气间大部分能量、水分和气体交
换都必须经过活动层才能完成。 因此,活动层深度增加必将对多年冻土区湿地 CH4通量产生重要影响。 最直
接的影响就是将土壤中冻结的、相对稳定的有机碳转变为冰点温度以上的、易被微生物利用的有机碳,引起湿
地中产甲烷菌可利用底物增加,从而导致 CH4产生和排放量增加[33鄄34]。 在将活动层深度与 CH4通量进行相关
分析时发现,有些多年冻土区活动层深度与 CH4排放有一定的相关性[35鄄36],尤其在春季融化期,CH4排放量可
能随着土壤融化后活动层深度的增加而显著增加[37鄄38]。 陆地生态系统模型的模拟结果也显示:CH4净排放对
活动层深度非常敏感,活动层深度增加 10 cm,将导致 CH4净排放增加 38% [39]。 根据模型模拟的俄罗斯多年
冻土退化结果显示:到 2150 年,多年冻土活动层深度会增加 30%—50% ,由此导致的俄罗斯多年冻土区湿地
CH4排放将增加超过 25%—30% [40]。 但也有一些研究地点发现活动层深度与 CH4排放无显著相关性[41鄄42],
这说明活动层深度的变化对 CH4通量的影响可能更多地来源于间接作用,虽然有时候二者之间无法建立直接
的联系,但活动层深度变化通过改变湿地微地形、水文和土壤温度等一系列环境因素从而间接地对 CH4通量
产生较大影响。
1. 2摇 土壤温度变化对 CH4排放的影响
多年冻土退化导致土壤温度升高对冻土区湿地 CH4排放量产生较大影响。 全球气候变暖导致的气温升
高可能会改变冻土层及活动层温度,虽然在北方高纬度湿地中,地温的变化受到地表泥炭藓层及地下有机质
层的影响,可能与气温变化有一定的差异,两种温度的年际变化可能并不一致,但从 10 a 或更长的时间尺度
来看,多年冻土的地温与气温之间具有显著相关性[43]。 也就是说,随着气温升高和多年冻土退化,多年冻土
区的冻土层和活动层温度也有逐渐升高的趋势。 多年冻土不同深度的地温增加的速率略有不同,在距离地表
2 m的范围内,地温增加速率一般为 0. 03—0. 05 益 / a[43鄄44],个别地点甚至高达 0. 2 益 / a[24],并且最近 10 a的
变暖速率还在加速[45]。 温度升高可以增加产甲烷菌的活性,因此,可能会增加产 CH4速率。 即使在冰点以下
的温度少量增加,也可能引起甲烷生成的大量增加,如取自西伯利亚北极圈的多年冻土在室内培养产甲烷潜
能的结果显示:培养温度从在-6 益升至-3 益时,CH4生成速率从每克土壤约 0. 14 nmolCH4 / h 增加到 0. 78
nmolCH4 / h[25]。 但温度升高同时也会增加甲烷氧化菌的活性,使产生的甲烷更多地被氧化。 因此,由土壤温
度升高导致的产甲烷菌和甲烷氧化菌的活性变化对甲烷排放的综合影响目前尚难以确定。 但土壤温度升高
可以导致活动层深度增加[24, 44],活动层深度增加直接或间接导致 CH4排放增加[31]。 同时,温度升高导致的
多年冻土中所含的冰向液体水的变化对生态系统演替的影响是非线性的[14]。 而水文条件是甲烷排放的最重
要影响因素,因此,由升温导致的土壤水文条件变化对甲烷排放产生的影响可能会远远大于温度本身的影响。
可见,评价土壤温度这一单一因素对冻土融化后甲烷排放的影响是比较困难的,还需要和水文条件、产甲烷菌
和甲烷氧化菌的种类和活性的变化以及底物的变化等因素综合起来考虑才能得到更精确的预测结果。
1. 3摇 水文条件变化对 CH4排放的影响
多年冻土退化导致的水文条件变化对 CH4排放产生重要影响。 在连续和不连续多年冻土区,冻土融化后
会改变湿地微地形,形成斑块状热卡斯特湖和池塘[5, 46],这使得局部水分条件增加[47鄄48],尤其是水位高度增
加。 水位是 CH4生产和排放的主要驱动者,高水位导致更大的厌氧 CH4产生区,增加 CH4排放[49]。 因此,湖
和池塘及其边缘会成为 CH4排放的“热点冶 [34],这些“热点冶的 CH4排放速率可能比附近多年冻土未融化区域
湿地的 CH4排放速率高几十倍[50鄄52]。 此外,多年冻土区湿地内由这些热卡斯特作用形成的湖和池塘可能在
上百年的时间尺度上存在,因此,多年冻土退化导致的湿地水文条件的变化对 CH4排放升高的影响将是长期
的[51]。 相反,在多年冻土分布区的南界附近,多年冻土仅以岛状存在,多年冻土层非常薄,这些薄的岛状多年
冻土退化的特点是其本身完全消失,因此,失去对湿地的保水作用[53],导致湿地变干,进而减少 CH4排放[54]。
1. 4摇 植物组成变化对 CH4排放的影响
下层多年冻土分布的变化及其引起的湿地水文条件的变化,将导致植物种类组成的变化,不同植物的底
物供应能力和 CH4传输能力的差异将导致 CH4排放发生显著变化。 亚北极地区湿地生态系统近 30 a 研究结
1835摇 18 期 摇 摇 摇 孙晓新摇 等:多年冻土退化对湿地甲烷排放的影响研究进展 摇
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果显示:随着多年冻土退化,区域内植被组成发生显著变化,适应相对干燥环境的青姬木(Andromeda polifolia)
和岩高兰 ( Empetrum hermaphroditum) 等灌木类型减少,相应地适应低湿环境的羊胡子草 ( Eriophorum
vaginatum)和灰株苔草(Carex rostrata)等禾草植物增加[47, 55]。 加拿大不连续多年冻土区的研究结果也显示:
多年冻土退化导致泥炭地内的乔木树种黑云杉(Picea mariana)急剧减少,而苔草属(Carex spp. )植物显著增
加[55鄄56]。 与乔木、灌木和苔藓相比,禾草和莎草科植物的枯落物和根系分泌物可以为产甲烷菌提供更多的有
效底物[57],促进 CH4生成,同时还可以提供更多的 CH4传输通道[58鄄59],进而增加 CH4排放。 很多野外研究证
实了湿地内不同植被覆盖点间的 CH4通量差异,几乎所有结果一致地认为:禾草为优势地点的 CH4排放速率
高于乔木、灌木或苔藓为优势地点的排放速率[50, 57, 60]。 因此,如果单独考虑植被这个因子,它可能会导致多
年冻土退化后的湿地 CH4排放显著增加。
1. 5摇 微生物组成及活性变化对 CH4排放的影响
微生物组成和活性对多年冻土退化后环境变化的响应可能会决定多年冻土区湿地 CH4产生与排放的变
化,这方面的研究以前较少,但近年逐渐引起研究者的重视。 虽然全球总 CH4排放的 80%—90%都来源于微
生物活动[61],但仅有少数研究涉及了微生物过程对湿地 CH4产生和氧化的影响[62鄄63]。 湿地 CH4的产生和氧
化过程都是通过专门的产甲烷菌和甲烷氧化菌来完成的,这两种微生物的组成及活性共同决定 CH4排放数
量。 尽管多年冻土区湿地创造了极端冷湿的恶劣土壤条件,但土壤中仍然存在大量产甲烷菌和甲烷氧化菌。
在多年冻土的活动层中,产甲烷菌和甲烷氧化菌的细胞数量可以分别高达每克土壤 3伊108和 1伊108个,占总细
胞数量的 0. 5%—22. 4% [64鄄65]。 产甲烷菌和甲烷氧化菌种群丰富度和多样性也较高,甚至可能与温带土壤相
当[65-66]。 适应了极端条件的产甲烷菌和甲烷氧化菌在多年冻土中仍然保持着一定的活性,产甲烷菌在-3—
-6 益的培养条件下的 CH4生成速率仍然可以达到每克土壤约 0. 14—0. 78 nmolCH4 / h[25]。 原位观测也表明:
产甲烷菌在冬季还保持活性,甚至可能超过生长季的活性[67],这可能是冬季中湿地仍然排放 CH4的原
因[68鄄69]。 此外,多年冻土区不同水文条件下的产甲烷菌组成和活性也有一定的差异,这可能是导致大尺度空
间上 CH4排放随着土壤水文变化的主要原因[70]。
由于产甲烷菌和甲烷氧化菌组成及其活性受土壤温度、水文条件以及土壤养分可利用性等的影响[66],而
多年冻土退化会导致冻土区湿地的这些环境条件产生巨大变化,因此,产甲烷菌和甲烷氧化菌对多年冻土退
化的响应将可能决定多年冻土退化后湿地 CH4通量变化。 事实上,现在已经有结果初步证明了这一推论。 高
北极泥炭地产甲烷菌的丰富度和多样性随温度升高而增加,进而对 CH4生成速率有很强的促进作用[71]。 西
伯利亚泥炭地产甲烷菌活性随温度的轻微增加而有较大程度的增强,因此,多年冻土退化后活动层土壤温度
增加将可能导致总的 CH4排放量显著增加[25, 72]。 温度升高还能导致多年冻土的土壤中高活性甲烷氧化菌群
落中的类型玉甲烷氧化菌的重要性下降,而类型域甲烷氧化菌的重要性增加[26]。 在冻土环境中,类型玉甲烷
氧化菌占有绝对优势[66]。 由于类型玉甲烷氧化菌存在于较低的 CH4 浓度环境下,而类型域甲烷氧化菌可以
存在于低氧和高浓度 CH4 的环境中[65],因此,这一转变可能会加速厌氧层所产生 CH4 的氧化速率,从而减少
CH4 排放量。 由于多年冻土退化对环境的影响是复杂的,产甲烷菌和甲烷氧化菌对环境变化的响应也非常复
杂,因此,这些微生物组成、多样性及其活性变化对退化的多年冻土区湿地 CH4排放的影响还存在很大的不确
定性,非常有必要对这方面进行进一步深入研究。
2摇 多年冻土退化对湿地 CH4排放季节分配模式的影响
多年冻土退化导致的冻鄄融作用变化可能会改变多年冻土区湿地 CH4排放的季节分配模式。 多年冻土区
湿地的冻鄄融作用期是一年中时间较长且相对重要的时期,冻鄄融作用对湿地 CH4的排放产生重要影响,使多
年冻土区湿地在生长季以外也可能出现 CH4排放的高峰值。 由于产 CH4微生物冬季还保持着可能较高的活
性[67],在冬季也产生大量 CH4,这些 CH4积累在冻层下,在春季融冻期集中释放出来,形成 CH4排放峰
值[38, 73鄄74]。 随着气候变暖和多年冻土退化,春季的土壤融冻期可能会提前,那么春季 CH4排放的高峰期也会
提前。 土壤融冻期提前可能会导致生长季延长,生长季 CH4排放量在全年中所占的比例将可能会提高,相应
2835 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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的冬季所占比例有可能会降低。 此外,最新的研究表明,在生长季结束后,多年冻土的活动层内会积累大量
CH4,随着冬季初土壤开始冻结,冻结过程中的物理挤压作用使积累的 CH4从土壤中释放出来,从而使冬季初
具有与生长季相似的 CH4排放速率[41],甚至可能产生高于生长季的 CH4排放速率[75],这可能是高纬度地区一
个重要的、但目前还未被认识的 CH4排放季节分配组分。 Mastepanov 等还推测,这一现象之所以在低纬度非
多年冻土区的研究中还没有发现过,可能是由于多年冻土层是阻止 CH4向下扩散的必要条件[75]。 如果这一
结果在多年冻土区具有普遍性,那么多年冻土融化后,多年冻土上限下降或者多年冻土层完全消失后,都可能
使这种冻结期的高排放消失,从而改变现有湿地 CH4排放季节分配模式。
3摇 结论及研究展望
全球气候变暖引起的多年冻土退化将导致环境因素的多方面变化,这些因素进一步影响冻土区湿地 CH4
产生和排放的变化,这种变化不仅体现在 CH4排放量上,也体现在 CH4排放的季节分配模式上。 同时,多年冻
土退化对环境因素的影响以及这些变化的环境因素对湿地 CH4排放的作用都存在着非线性关系的复杂性,这
使得湿地 CH4排放对多年冻土退化的响应具有很大的不确定性。 因此,多年冻土退化对冻土区湿地 CH4排放
的影响效果及其主要影响机理方面的研究,对于预测全球气候变化及北方高纬度地区生态系统对气候变化的
响应机制有重要意义。 但目前研究中尚存在以下问题:
(1) 研究主要集中在连续多年土区和不连续多年冻土区,如美国阿拉斯加中部和北部[23, 46, 52],加拿大中
北部[17, 51]和俄罗斯的西伯利亚地区等[31, 34]。 但是,岛状和零星多年冻土区的冻土对气候变化最敏感,例如
欧亚大陆多年冻土区南部,但这些地区的多年冻土退化状况及其产生的影响还很少被人们所了解[76]。 因此,
应该注意对这些敏感地区进行集中研究。 此外,多年冻土退化导致的环境条件变化具有非常大的不确定性,
对湿地 CH4排放的影响也有很大的变异性,因此,应该加强跨纬度、跨区域的多点同步观测研究。
(2)目前研究大多停留在观测水平上,缺乏机理方面的研究,尤其是冻土退化过程中湿地土壤微生物群
落组成、多样性和活性变化等对 CH4产生、氧化及排放变化影响机理的研究较少,这是以后的研究中应该重点
关注的地方,很可能会成为未来研究的热点。
(3) 全球气候变化引起的多年冻土区湿地 CH4排放的变化可能对气候系统产生强烈的反馈作用,但目前
大多数预测全球气候变化的模型都未能将这种反馈作用考虑进去,这可能会造成在预测全球气候变化的方向
和强度时产生较大偏差,因此,以后的全球气候变化预测模型应该将这一作用耦合进去。
(4) 多年冻土退化导致湿地土壤原有的相对稳定的有机碳变得易于分解,但这些易分解的有机碳通过有
氧分解产生 CO2和厌氧分解产生 CH4的相对量现在还是未知数,而 CH4比 CO2具有更高的全球增温潜势,少量
CH4就可能对气候系统产生较大影响。 因此,确定这部分有机碳厌氧分解产生的 CH4的相对量及其对气候反
馈作用的相对程度,将有助于准确预测未来全球气候变化。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 18 September,2011(Semimonthly)
CONTENTS
CO2 emission from an alpine Kobresia humilis meadow in winters WU Qin, HU Qiwu, CAO Guangmin, et al (5107)………………
Effect of cultivation on soil organic carbon and total nitrogen accumulation in Cele oasis croplands and their relation to crop yield
HUANG Caibian, ZENG Fanjiang, LEI Jiaqiang, et al (5113)
…
……………………………………………………………………
Biomass and its allocation of four grassland species under different nitrogen levels
QI Yu, HUANG Yongmei, WANG Yan, et al (5121)
……………………………………………………
………………………………………………………………………………
Small鄄scale spatial patterns of genetic structure in Castanopsis eyrei populations based on autocorrelation analysis in the Tiantai
Mountain of Zhejiang Province QI Caihong, JIN Zexin, LI Junmin (5130)………………………………………………………
Influence of vegetation on frozen ground temperatures the forested area in the Da Xing忆anling Mountains, Northeastern China
CHANG Xiaoli,JIN Huijun,YU Shaopeng,et al (5138)
………
……………………………………………………………………………
Analysis of stable carbon isotopes in different components of tree rings of Pinus sylvestris var. mongolica
SHANG Zhiyuan, WANG Jian, CUI Mingxing, et al (5148)
……………………………
………………………………………………………………………
Retrieval of leaf area index for different grasslands in Inner Mongolia prairie using remote sensing data
LIU Yibo, JU Weimin, ZHU Gaolong, et al (5159)
………………………………
………………………………………………………………………………
Decomposition of lotus leaf litter and its effect on the aquatic environment of the Beili Lake in the Hangzhou West Lake
SHI Qi, JIAO Feng, CHEN Ying, et al (5171)
……………
……………………………………………………………………………………
Effects of fire disturbance on greanhouse gas emission from Larix gmelinii鄄Carex schmidtii forested wetlands in XiaoXing忆an
Mountains, Northeast China YU Lili, MU Changcheng, GU Han, et al (5180)…………………………………………………
Wetland landscape transition pattern of Lianbo Beach along the Middle Yellow River
GUO Donggang,SHANGGUAN Tieliang,BAI Zhongke,et al (5192)
…………………………………………………
………………………………………………………………
Effect of revegetation on functional groups of soil organic carbon on the Loess Plateau
LI Ting, ZHAO Shiwei,ZHANG Yang, et al (5199)
…………………………………………………
………………………………………………………………………………
Soil organic and inorganic carbon contents in relation to soil physicochemical properties in northeastern China
ZU Yuangang, LI Ran, WANG Wenjie, et al (5207)
………………………
………………………………………………………………………………
Characteristics of soil respiration in fallow and its influencing factors at arid鄄highland of Loess Plateau
GAO Huiyi, GUO Shengli, LIU Wenzhao (5217)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Soil microbial functional diversity between rhizosphere and non鄄 rhizosphere of typical plants in the hilly area of southern Nixia
AN Shaoshan,LI Guohui,CHEN Liding (5225)
……
……………………………………………………………………………………
Differences in the surface palynomorph assemblages on a karst mountain and rocky desertification areas: a case in Nanchuan
District,Chongqing HAO Xiudong, OUYANG Xuhong,XIE Shiyou (5235)………………………………………………………
Ash content and caloric value in the leaves of Sinocalycanthus chinensis and its accompanying species
JIN Zexin, LI Junmin, MA Jine (5246)
………………………………
……………………………………………………………………………………………
Uptake kinetic characteristics of Cu2+by Salix jiangsuensis CL J鄄172 and Salix babylonica Linn and the influence of organic acids
CHEN Caihong, LIU Zhikun, CHEN Guangcai, et al (5255)
…
………………………………………………………………………
Introduction of TaNHX2 gene enhanced salt tolerance of transgenic puna chicory plants
ZHANG Lijun,CHENG Linmei,DU Jianzhong,et al (5264)
………………………………………………
…………………………………………………………………………
Effects of air humidity and soil water deficit on characteristics of leaf cuticular waxes in alfalfa (Medicago staiva)
GUO Yanjun, NI Yu,GUO Yunjiang, et al (5273)
…………………
…………………………………………………………………………………
Influence of water storage capacity on yield of winter wheat in dry farming area in the Loess Plateau
DENG Zhenyong, ZHANG Qiang, WANG Qiang, et al (5281)
…………………………………
……………………………………………………………………
Research of dynamic variation of moisture in apple orchard soil in the area of Xianyang in recent years
ZHAO Jingbo, ZHOU Qi, CHEN Baoqun, et al (5291)
………………………………
……………………………………………………………………………
Volatile oil contents correlate with geographical distribution patterns of the miao ethnic herb Fructus Cinnamomi
ZHANG Xiaobo,ZHOU Tao,GUO Lanping,et al (5299)
……………………
……………………………………………………………………………
Effect of environmental factors on growth of Chlorella sp. and optimization of culture conditions for high oil production
DING Yancong, GAO Qun, LIU Jiayao, et al (5307)
………………
………………………………………………………………………………
The effects of substrates on locomotor performance of two sympatric lizards, Takydromus septentrionalis and Plestiondon chinensis
LIN Zhihua, FAN Xiaoli, LEI Huanzong, et al (5316)
……
……………………………………………………………………………
Guild structure of wintering waterbird assemblages in shallow lakes along Yangtze River in Anhui Province, China
CHEN Jinyun, ZHOU Lizhi (5323)
…………………
…………………………………………………………………………………………………
Phylogenetic diversity analysis and in situ hybridization of symbiotic Oxymonad flagellates in the hindgut of Reticulitermes chinensis
Snyder CHEN Wen, SHI Yu, PENG Jianxin, et al (5332)………………………………………………………………………
An entropy weight approach on the comprehensive evaluation of the Pearl River Delta Nature Reserve
ZHANG Linying, XU Songjun (5341)
………………………………
………………………………………………………………………………………………
Review and Monograph
On planning method of mesoscale and microscale ecological land RONG Bingling, LI Dong, XIE Yingxia (5351)……………………
Effects of land use change on soil organic carbon:a review CHEN Zhao,L譈 Changhe,FAN Lan,et al (5358)………………………
Marine phytoplankton and biological carbon sink SUN Jun (5372)………………………………………………………………………
Effect of permafrost degradation on methane emission in wetlands: a review
SUN Xiaoxin, SONG Changchun, WANG Xianwei, et al (5379)
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A review on the effects of biogenic elements and biological factors on wetland soil carbon mineralization
ZHANG Linhai, ZENG Congsheng, TONG Chuan (5387)
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A review of studies using ecological network analysis LI Zhongcai, Xu Junyan, WU Changyou, et al (5396)…………………………
Scientific Note
Dynamics of age structures on Agropyron michnoi and Leymus chinensis in different communities
JIN Xiaoming, AI Lin, LIU Jidong, et al (5406)
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The impact of thematic resolution on NDVI spatial pattern HUANG Caixia, LI Xiaomei, SHA Jinming (5414)………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 18 期摇 (2011 年 9 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 18摇 2011
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