摘要
泥炭地土壤碳储量巨大，约占全球土壤碳库的三分之一，其微小的变化都会导致大气温室气体浓度发生明显改变，因此在全球碳循环和气候变化中起着重要作用。冻融是高纬度和高海拔地区泥炭地普遍发生的土壤过程。在气候变化背景下，冻融作用对泥炭地土壤温室气体排放的影响研究己成为全球变化生态学研究的热点。冻融作用形成的草丘微地貌是泥炭地中常见的一种地貌类型，由于微地貌的水热条件等存在空间异质性，导致土壤温室气体的排放在草丘和丘问存在差异。此外，因人为疏干排水导致泥炭地地下水位下降，显著影响了温室气体的排放和泥炭地的碳汇功能。然而，目前的研究大多关注植物生长季天然泥炭地土壤温室气体的排放特征，而有关冻融期排水和微地貌对泥炭地土壤温室气体排放的影响研究相对匮乏。基于此，本论文以青藏高原东北缘的若尔盖泥炭地为研究区域，选取天然泥炭地(为便于描述，本文称之为“湿地”)、排水后泥炭地(称之为“疏干湿地”)，以及微地貌的草丘和丘问作为研究对象，通过野外定点连续观测，并结合区域气候、植被及土壤理化性质(包括有机碳、氮含量以及酶活性等)等环境因子数据，研究了冻融期若尔盖泥炭地土壤温室气体(包括CO2、CH4和N20)的排放特征。研究结果表明: (1)排水和微地貌引起的土壤水分差异，导致湿地与疏干湿地、草丘与丘问环境因子呈现一定的空间异质性。相比于湿地，冻融期疏干湿地表层土壤温度的升温时间更早且升温幅度更高，而土壤湿度则呈现出冻融前期高于湿地，中后期低于湿地的特点。此外，相比于地下水位较高的湿地，疏干湿地植物地下生物量、土壤有机碳和总氮含量较高，但植物地上生物量、土壤pH、氧化还原条件(以土壤中Fe2+/Fe3+比值表征)、酶活性、含水率、孔隙度和容重均无显著差异。与湿地和疏干湿地的变化趋势不同，相比于水分条件较好的丘问，草丘土壤有机碳和总氮含量却较低，且含水率和孔隙度也低于丘间，但土壤氧化还原条件趋向于氧化态，而植物地下生物量、土壤pH和酶活性均无显著差异。 (2)相比于湿地，冻融期疏干湿地土壤CO2排放速率较高，而CH4和N20的排放速率与湿地无显著差异，进而导致疏干湿地CO2∶CH4排放比例较高。与湿地和疏干湿地的变化趋势略有不同，CO2、CH4和N2O排放速率在草丘与丘间无显著差异，但CO2∶CH4排放比例亦是草丘高于丘间。与排水导致土壤地下水位显著降低不同，微地貌仅引起草丘与丘间水分条件的微小差别，使其土壤温室气体的排放特征与湿地和疏干湿地有所不同。就时间变化而言，无论是湿地与疏干湿地，还是草丘与丘问，仅土壤CO2的排放速率随着冻融进行呈现逐渐增加的趋势，而CH4和N2O则无明显时间变化。 (3)影响冻融期不同水分条件泥炭地土壤温室气体CO2、CH4和N20排放的关键环境因子是不同的。在地下水位较高的湿地和丘问，影响土壤CO2、CH4和N2O排放速率的主要环境因子分别是土壤湿度、土壤温度和土壤容重;另外，土壤孔隙度也是影响CH4排放的关键环境因子;CO2∶CH4的排放比例则主要受土壤有机碳含量和土壤温度的影响。在地下水位较低的疏干湿地和草丘，影响土壤CO2排放速率的主要环境因子是土壤温度和土壤有机碳含量;而CH4和N20的排放速率以及CO2∶CH4的排放比例无明显主控因子。上述结果表明土壤水分条件好、温度高的环境条件会加速土壤中CO2和CH4的排放，且随着温度的升高，CH4的排放速率高于CO2，进而导致CO2∶CH4的排放比例降低;土壤容重增加会加速N2O的排放。此外，在地下水位较低的疏干湿地和草丘，有机碳含量高的土壤有利于CO2的排放。冻融过程中，CO2和CH4的排放速率还受到土壤酶活性的影响，其中疏干湿地与草丘土壤CO2排放速率与β-葡萄糖苷酶活性和亮氨酸氨基肽酶活性显著正相关，而湿地与丘间土壤CH4排放速率与α-葡萄糖苷酶活性显著正相关，表明冻融过程中，土壤酶活性对温室气体的排放具有一定的促进作用。 综上所述，本论文通过野外定点连续观测，并结合区域环境因子数据，阐明了若尔盖泥炭地冻融期土壤CO2、CH4和N2O的排放特征，揭示了水分条件不同(湿地VS疏干湿地、草丘VS丘间)的泥炭地冻融期土壤CO2、CH4和N2O的排放通量不同，且受到不同环境因子的调控。本论文研究结果有助于厘清人类活动干扰和气候变化背景下泥炭地土壤温室气体排放对冻融作用的响应和机制，为准确评估和预测泥炭地土壤碳储量的动态变化及对环境变化的响应提供了数据基础和理论依据。
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