冻融作用对土壤有机碳库及微生物的影响研究进展

冻融交替是作用于土壤的非生物应力,对土壤的理化和生物学性质均产生直接或间接影响.在气候变暖条件下,冻融作用对冻土区土壤碳库关键生物地球化学循环过程的影响已成为当前研究的热点.经过室内冻融模拟结合野外观测,大量研究结果表明不同冻融温度、速率、次数对土壤有机碳和微生物的影响不同.冻融作用能改变土壤理化性质,降低土壤团聚体稳...     

近10 a来冻土微生物生态学研究进展

冻土微生物在冻土生物地球化学循环中起着重要的作用, 并且在一定程度上可以指示全球气候变化. 在全球气候变暖的背景下, 研究冻土微生物群落特征及其与环境因子变化的关系是当前热点研究领域. 系统综述了冻土微生物群落的复杂性以及其影响因素、 冻土微生物生态功能及其对碳氮循环的反馈机制、 冻土微生物对环境气候变化的响应机理, 旨在为研究冻土微生物对全球气候变化的响应及其在生态系统中的作用提供参考.     

寒区灌丛与积雪关系研究进展

在气候变化的背景下, 寒区灌丛与积雪的相互关系成为寒区水文循环研究的重要环节. 综述近几十年来寒区灌丛-积雪相互关系的国内外研究现状, 并对未来研究提出了展望. 寒区灌丛过去几十年来覆盖面积和生物量等呈现增加趋势, 灌丛的增加可截留积雪, 改变积雪重分布, 影响积雪消融过程; 积雪可增加灌丛区地温, 制约灌丛区融雪时空变化过程, 影响寒区灌丛的生理生态过程. 灌丛与积雪同为寒区自然生态系统和环境的重要组成部分, 二者相互作用使地面太阳辐射和地表水分分配过程复杂化, 从而间接地影响寒区冻土环境变化. 最后, 指出了未来研究需要重点关注的几个问题: 寒区灌丛区积雪分布的精确估计; 灌丛-积雪-冻土连续体的研究; 耦合灌丛-积雪作用的寒区水文模型的构建.     

青藏高原冻土及水热过程与寒区生态环境的关系

从青藏高原冻土及水热过程出发,利用青藏高原活动层监测数据,讨论了冻土水热过程与植被生长环境的关系,比较了季节冻土区与多年冻土区水热过程的差异及与植被的关系,同时讨论了不同草地生态冻融过程的变化.结果表明,冻土及水热过程与寒区生态环境有着密切的关系,冻土及水热过程不仅控制着地表状态的变化,影响着植被的发育程度,同时二者之间也存在着强烈的相互作用的关系.一旦地表条件被破坏,干扰了冻土水热过程与地表植被生长间的平衡关系,将引起生态环境的退化,出现荒漠化,甚至沙漠化.     

土壤冻融条件下的陆面过程研究综述

冻土是全球中高纬地区和高山地带普遍存在的自然现象,它对全球以及区域性气候、水循环、水平衡等都有着巨大的影响,土壤冻融条件下的陆面过程正是这种影响的重要环节,介绍了土壤冻融条件下陆面过程的研究现状,特别是在大气环流模型(GCM)中引入水文陆面模型以来陆面过程研究的迅猛发展,对现在国际上正在进行的考虑冻土的陆面过程研究项目,如陆面过程参数化比较计划的第二阶段第五期PILPS(2E)以及美国NASA的寒区陆面过程实地试验计划也进行了介绍,并在此基础上对土壤冻融条件下陆面过程的发展趋势进行了分析.     

季节性冻土区水文特性及模型研究进展

简要评述了寒区冻土水文的研究进展情况,在分析季节性冻土的冻融水文过程和特点的基础上,系统归纳与总结了季节性冻融土壤条件下的融雪径流的产流模型、入渗规律及预报模型、对非寒区水文模型改进后应用到寒区的探讨及定量研究冻土水分迁移运动的数值模拟方法,并提出未来研究方向:开发更加逼近真实情况的水文水利模型;野外大田实验数据的监测采集并确定水文模型的参数;将水文模型与冻土水分迁移模型的完善结合.     

高寒山区冻土对水文过程的影响研究——以黑河上游八宝河为例

冻土对寒区水文过程具有重要的调节作用,是寒区水循环研究的核心内容之一.在分布式水文模型中对土壤冻融过程进行显式表达,对探索寒区水循环的机理、定量研究寒区流域径流的时空变化十分重要.先在黑河上游八宝河流域对考虑了土壤冻融过程的分布式水文模型进行简单验证,然后分析土壤冻融对流域水文过程的影响.对考虑和不考虑土壤冻融的模型模拟结果进行对比,发现冻土对流域的产流方式和速度有很大的影响,主要表现为：1）考虑冻土时,流域产流以壤中流为主,径流对降雨或融雪的响应速度较快,径流过程线变化较为剧烈,径流系数较高.冻土有效地阻碍了入渗过程,促进地表径流和壤中流的形成.壤中流发生的平均土壤深度冬季深,春季浅,年平均深度约为1.1 m;2）在不考虑冻土时,土壤下渗能力强,地下水补给是考虑冻土时的3倍,流域产流方式以基流为主,径流对降雨或融雪的响应速度减缓,径流过程线较为平滑,夏季洪峰在时间上存在明显的延迟.即便在降水强度较大的夏天,流域内都不会产生地表产流,而且壤中流产流的平均土壤深度平稳地处于2.4 m左右.研究对从机理上认识土壤冻融对水文过程的影响有一定的帮助.     

冻融和非冻融条件下包气带土壤墒情垂向变化的试验与分析

冻结层的存在使得寒区有着与非寒区差别明显的水文循环过程,土壤冻融规律、水热盐运移、融雪水入渗等已成为众多学者的研究对象. 寒区低温条件下冻融土壤持水性质与非冻融土壤不同,其包气带冻结层往往具有弱透水性、蓄水保墒和隔热减渗的作用,使得寒区春季冻结层土壤的墒情较高. 以冻融土壤和非冻融土壤墒情对比监测为基础,选取地表以下100 cm的土壤为研究对象,在黑龙江大学呼兰校区设置冻融和非冻融对比监测试验场,同时段、同频率、同埋深（间隔 20 cm土层）进行土壤结构、水热及环境参数监测. 通过对比分析了不同埋深不同冻融阶段的墒情参数,量化了低温冻融条件下土壤墒情较非冻融土壤的高出部分,最后对冻土保墒的机理进行探讨与分析. 结果表明：冻结条件下土壤水分重新分布,在土水势的作用下由非冻结区向冻结区迁移. 初冻期地表土壤墒情达到最大,冻结期土壤最大墒情值随冻结锋面迁移分别在20、40、60 cm处达到最大,稳定冻结期和融化初期在80 cm处达到最大;土壤最大墒情值一般在冻结锋面前沿的10～20 cm处,较好地保持了土壤水分. 无论是从空间（不同埋深）还是时间（不同冻融阶段）角度分析,冻融土壤含水率均大于非冻融土壤,二者含水率的差值随埋深和冻融阶段的推移而加大,在稳定冻结期80 cm处达到最大,差值量可达6.4%～7.8%.     

冻土冻融对地下水的影响:以祁连山多年冻土区大通河谷融区为例

冻土区地下水的形成、补给、径流、排泄方式以及地球化学特征受到冻土分布及其季节性冻融过程的强烈影响。以地处祁连山多年冻土区的大通河谷融区为典型研究区,基于钻探、坑探和地球物理工作查明了区内冻土特征和分布情况;结合水文地质观测及抽水试验,分析了研究区河流融区内地下水的赋存条件,深入研究了区内冻土冻融过程影响下地下水的水文地质和水化学特征,认为冻土冻融过程决定了研究区的地质和水文地质条件,控制着地下水的补给、径流、排泄方式,特别是对地下水质有优化作用——冻土区地下水质明显优于非冻土区。冻土区地下水成因和赋存条件研究对于其开发利用有重要意义。     

中国冻土地下水研究现状与进展综述

冻土地下水系统不仅在寒区水文循环中扮演着重要的角色,同时也在寒区水文过程和地表过程及其科学研究中起到了集蓄、融冻和泄流等至关重要的作用。近几十年随着全球气候变暖及人类活动（寒区工程量）的增加,冻土退化趋势显著,这一过程改变了寒区的水文地质条件,导致地下水动态特征发生显著变化,从而引起一系列的生态环境变化。近些年,诸多学者通过构建水热耦合模型来研究冻土地下水的运动机理、分布状况和季节动态,促进了寒区地下水理论知识的发展,推动了寒区水文地质知识体系的进步。本文主要针对目前我国多年冻土区地下水的研究现状进行了分析、整理、归纳,为进一步研究气候变化下地下水系统的发展与演变,以及对生态环境的影响提供参考依据。     

不同深度冻土微生物数量特征及其与土壤理化性质的关系

分别以乌鲁木齐河源区不同层位深坑冻土样品为研究材料,利用荧光显微计数技术、寡营养恢复培养技术等研究了微生物数量特征及其与土壤理化参数的关联度.结果表明:可培养细菌数量与冻土深度、土壤含水量、总C和总N含量都成显著的正相关,与pH值呈显著负相关.而且,可培养细菌数及其在细胞总数中所占比值随冻土深度的增加而下降,表明深坑样...     

青藏高原多年冻土微生物的培养和计数

以青藏高原腹地北麓河流域的两个6m钻孔为对象,对多年冻土中保存的微生物进行初步培养和总数测定,并分析了微生物与土壤环境之间的关系.结果表明,两个钻孔中可以培养的微生物数目在3.6×10⁶～5.0×10²之间;随着深度增加,冻土年代递增,可以培养的数目显著减少.表层冻土属于季节冻土,可培养的微生物种群较多.总的土壤微生物数目(包括可以培养和不能培养的微生物)随深度递减,两个孔在3.8×10⁹～1.0×10⁷之间.相关性分析表明,土壤中可以培养的微生物以及总的微生物与土壤的pH值、电导率、总有机质和全氮没有显著的相关关系,而与土壤深度关系密切.两个钻孔间的地表植被虽然差异明显,但从可培养的微生物数量和土壤微生物总数比较看来,两孔间没有明显的不同.     

长石微生物风化作用的研究现状与展望

矿物—微生物相互作用是地球表生环境下重要的地质作用类型,由于硅酸盐矿物的微生物风化影响着地球物质循环及地貌的形成和演变,尤其受到地质地球化学领域的关注。作为地球表层分布最广的硅酸盐矿物类型,长石在风化分解过程中,微生物通常会以流体模式、生物膜及真菌菌丝等方式与矿物表面发生作用。而长石在微生物作用下的分解机制主要包括质子交换和配体络合作用。微生物生理活动、微生物及代谢产物种类、生长条件,以及长石的种类、结构、成分及表面特征等均会影响其风化速率和风化程度。由于长石在硅酸盐矿物中的代表性,因此对长石—微生物作用模式、机理、影响因素等方面的研究,可以大大促进硅酸盐的微生物地质学的发展。     

马衔山多年冻土与季节冻土区土壤微生物量及酶活性的季节动态

为了研究马衔山多年冻土区和非多年冻土区土壤微生物碳氮、土壤酶活性的差异,选取多年冻土区、季节冻土区和交界区为对象,分析了0~30 cm土层微生物碳氮和转化酶、脲酶、中性磷酸酶、淀粉酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶酶活性不同季节的变化特征。结果表明：全氮、总有机碳、微生物量碳氮与多数土壤酶之间呈显著相关关系。在不同区域,土壤微生物碳氮均在0~10 cm含量最高,10~20 cm次之,20~30 cm最低。土壤微生物碳氮在生长季表现为含量逐渐增加,但是多年冻土区与季节冻土区差异不大。土壤酶活性在深度方面表现与微生物碳氮含量变化一致。土壤酶并无的季节变化规律。在多年冻土区,转化酶、多酚氧化酶和磷酸酶活性明显高于非多年冻土区。本研究表明,尽管多年冻土区的植被和土壤总有机碳明显高于非多年冻土区,其土壤微生物碳氮含量相当,且一些土壤酶活性也相当。说明非多年冻土区土壤的生物地球化学相对强度较大。因此,多年冻土退化后可能会导致生态系统的退化。     

对重金属和辐射污染的土壤和地下水的微生物修复

由重金属和辐射产生的环境污染在世界范围内产生了一系列问题.利用特殊的微生物如金属还原和耐金属细菌对环境中的金属和辐射污染进行处理具有非常好的前景.现场的生物修复的成功应用将对清除污染环境中的重金属和辐射提供潜在方法.最近的研究还关注于了解在微生物群体内重金属和辐射对微生物的作用.生物毯和生物膜是在生物修复中具有代表性的两种微生物群落的机能.金属的种类和价态变化、转移过程以及微生物代谢作用是对金属和辐射生物修复的三种重要的组成部分.结合以上三方面,可以更好的了解自然中的微生物和生物修复过程之间的关系.     

气候变暖对多年冻土区土壤有机碳库的影响

多年冻土区存储了大量土壤有机碳。气候变暖、 多年冻土退化导致其长期封存的有机碳逐渐或快速释放, 进入大气圈或水系统, 改变原有多年冻土区碳循环, 并可能显著加速气候变暖。通过综述气候变暖对多年冻土区碳库的影响研究进展, 主要包括多年冻土碳库储量、 降解机理及变化预测, 研究表明： 北半球多年冻土区的碳储量巨大, 但不确定性很高, 尤其是海底多年冻土和水合物碳库储量的评估; 多年冻土碳库对气候变暖的响应速度受土壤水热特性、 土壤有机质C/N比、 有机碳含量和微生物群落特征等多种环境因素的控制或影响; 目前, 关于北半球多年冻土碳库对气候变暖响应模拟结果说明, 多年冻土退化短期内不会导致经济和生产方面的灾难性后果。但是, 无论是针对多年冻土碳库评估, 还是多年冻土有机碳库对气候变暖的响应模拟研究结果, 都有较大的不确定性。未来多年冻土碳库变化的模拟和预测研究应更多考虑多年冻土快速退化和多年冻土区水合物分解, 如中小尺度热喀斯特的生态环境和碳的源汇效应。准确的多年冻土区有机碳排放模拟可为未来多年冻土碳与气候反馈的预估提供重要支持。     

青藏高原多年冻土微生物的分离分析及其意义

对取自昆仑山垭口2m钻孔的21个样品中的微生物进行了分离鉴定，并对其生长速度和耐药性进行了初步分析，结果表明：青藏高原多年冻土中有微生物存在，其种类表现为临床少见，生长速度缓慢，冻土微生物的生长表现为嗜冷性，在35℃时生长停止，反映其有特殊的生理活动机制，分离细菌的耐药性分析，发现冻土中有较大比例的耐药细菌，反映了高原微生物的特殊性。     

地质微生物学及其发展方向

地质微生物学是在20世纪末发展起来的新的地学分支,主要研究地质环境中的微生物活动过程及其形成的各种地质地球化学记录。通过对现代及地质历史上的各种地质环境,包括极高温,高压,极端酸性,碱性,高盐度,极高放射性,地球深部等环境中微生物的生存和演化,及其和地质环境的相互作用而形成的各种地球化学记录的研究,探讨微生物在过去、现在和将来对生命活动最重要的元素(C,H,O,N,S,Fe等)在全球或局部尺度上的循环作用,从而对微生物的风化作用、成矿作用、地质环境下的微生物生态链及其环境的研究提供重要的科学证据。微生物与矿物的相互作用、极端环境下的微生物和生态及分子地质微生物学是当前地质微生物学研究的重要方向。     

多年冻土区线性工程的生态环境影响研究现状与展望

在多年冻土区,线性工程（公路、铁路、输油管线、输电线路等）的修建和运营对沿途周边的冻土热状态、土壤理化性质、水文过程以及陆面过程产生显著影响,生态环境发生明显改变并对冻土的工程稳定性产生显著影响。冻土工程作用下的生态环境变化是冻土学近年来研究的热点之一,通过文献综述,对冻土区线性工程的主要特征,以及近几十年来工程影响下冻土环境和植被变化研究进展与现状进行了总结和归纳,在此基础上,探讨了多年冻土区工程建设存在的主要生态问题。目前,生态环境各要素对工程的反馈研究十分丰富,但是生态环境要素与工程相互作用的机理、过程的研究还需完善。在以后的研究中应重点拓展有效的监测手段,为冻土区生态环境监测和研究服务;同时,在深入理解寒区工程建设对生态环境作用机理、过程基础上,积极开展冻土区工程环境容量阈值评估以及生态环境变化预测研究,为寒区大规模工程建设与生态环境和谐发展提供理论支持与对策建议。