東北地理所在計(jì)劃火燒影響下多年凍土區(qū)泥炭地關(guān)鍵元素循環(huán)研究方面取得進(jìn)展
氣候變化和人類活動(dòng)正在增加泥炭地野火的頻率，嚴(yán)重威脅多年凍土區(qū)泥炭地的碳庫。大興安嶺凍土泥炭地是我國唯一的高緯度多年凍土泥炭地，位于全球高緯度多年凍土區(qū)的最南端，對(duì)氣候變化具有高度敏感性。該地區(qū)泥炭地與森林生態(tài)系統(tǒng)交錯(cuò)分布，在林火頻發(fā)的大興安嶺地區(qū)具有重要生態(tài)功能。作為林緣部位的重要生態(tài)系統(tǒng)，大興安嶺泥炭地在區(qū)域林火防控中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。目前，大興安嶺多年凍土區(qū)林緣泥炭地火管理已成為森林防火的重要手段，并由當(dāng)?shù)亓謽I(yè)部門每年秋季對(duì)區(qū)內(nèi)林緣泥炭地實(shí)施計(jì)劃火燒。雖然計(jì)劃火燒對(duì)防控森林火災(zāi)效果顯著，然而計(jì)劃火燒也通過消耗地表枯落物和產(chǎn)生熱解碳對(duì)泥炭地的碳庫產(chǎn)生影響，其影響過程和潛在機(jī)制亟待評(píng)估。
圖1 大興安嶺地區(qū)采樣點(diǎn)及試驗(yàn)設(shè)計(jì)
中國科學(xué)院東北地理所濕地演化與生態(tài)功能學(xué)科組與東北林業(yè)大學(xué)、吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)等高校合作，自2020年起在大興安嶺地區(qū)的林緣泥炭地進(jìn)行長期計(jì)劃火燒模擬試驗(yàn)（圖 1），探究計(jì)劃火燒影響下多年凍土區(qū)泥炭地土壤碳穩(wěn)定性以及養(yǎng)分循環(huán)影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著計(jì)劃火燒次數(shù)的增加，泥炭土壤總碳含量逐漸下降，原因在于連續(xù)火燒導(dǎo)致游離顆粒有機(jī)物（fPOM）降低。土壤有機(jī)碳的結(jié)構(gòu)方程模型表明，計(jì)劃火燒后植物生物量的增加直接影響了泥炭地的碳累積，而土壤含水率和pH通過影響土壤碳氮比和土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性間接影響了碳累積（圖2）。此外，計(jì)劃火燒導(dǎo)致泥炭地生態(tài)系統(tǒng)從氮限制向磷限制轉(zhuǎn)化，植物氮磷比的結(jié)構(gòu)方程模型表明，火后產(chǎn)生的熱解碳是驅(qū)動(dòng)氮限制向磷限制轉(zhuǎn)化的主要原因。
圖2 計(jì)劃火燒對(duì)泥炭地土壤碳氮循環(huán)的影響機(jī)制
與此同時(shí)，連續(xù)低強(qiáng)度的計(jì)劃火燒降低了多年凍土區(qū)泥炭地的土壤碳穩(wěn)定性，火后熱解碳的輸入成為泥炭土壤輕組碳組分的一部分，并主要保留在fPOM組分中（圖 3）。進(jìn)一步化學(xué)分析表明，計(jì)劃火燒導(dǎo)致fPOM碳成分變化，火燒區(qū)的fPOM中芳香度增加了32%，這意味著泥炭土壤fPOM組分的穩(wěn)定性明顯增加。然而，連續(xù)火燒后泥炭土壤熱穩(wěn)定性下降，表現(xiàn)為Q1比例增加以及T50降低，計(jì)劃火燒通過改變fPOM碳組成，影響了土壤熱穩(wěn)定性。而盡管增加了fPOM中芳香族化合物含量，但同時(shí)也促使土壤酶活性和二氧化碳的排放量的增加，對(duì)土壤碳穩(wěn)定性產(chǎn)生了十分復(fù)雜的影響。
圖3 計(jì)劃火燒對(duì)多年凍土區(qū)泥炭地土壤碳組成和穩(wěn)定性的影響
研究成果近期在線發(fā)表于環(huán)境領(lǐng)域經(jīng)典期刊Environmental Science & Technology和Science of the Total Environment，濕地演化與生態(tài)功能學(xué)科組的聯(lián)合培養(yǎng)學(xué)生李光新和吉生珍分別為第一作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目重大項(xiàng)目、面上項(xiàng)目和重點(diǎn)項(xiàng)目（No. 42494822,42171103,42330509）、中國科學(xué)院東北地理所青年科學(xué)家小組項(xiàng)目（2022QNXZ01）等項(xiàng)目的共同資助。
論文信息如下：
Li,G.,Sun,L.,* Hu,H.,Ji,S.,Hu,T.,Cong,J.,Han,D.,Gao,C.* 2025. Effects of Low-Severity Fire on the Composition and Stability of Soil Organic Carbon in Permafrost Peatlands (Northeast China). Environmental Science & Technology. https://doi.org/10.1021/acs.est.4c09001
Ji,S.;Li,G.;Cong,J.;Xu,H.,* Han,D.,Gao,C.* Prescribed burning effects on carbon and nutrient cycling processes in peatlands of Greater Khingan Mountains,Northeast China. Science of the Total Environment 2025,963,178441. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2025.178441
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