冰川前沿裸露地微生物生态学研究进展

微生物对冰川前沿裸露地土壤的发育具有影响, 并且参与生物地球化学循环, 在后续生物的定居和生长过程中起着重要作用. 近100多年来, 全球气候持续变暖, 平均温度升高了约0.74℃. 在气候变暖的影响下, 全球冰川快速退缩, 研究冰川前沿裸露地微生物的原生演替成为当前热点研究领域. 文章系统综述了冰川前沿裸露地微生物的群落结构和数量变化规律、 微生物对土壤发育和改良的作用及N循环相关微生物群落结构的变化及其作用, 旨在探索其演替规律, 为确定微生物在冰川前沿这一特殊生境中的生态功能奠定理论基础.     

微生物对冻土生境的适应以及对全球变化和寒区工程扰动的响应:进展与展望

多年冻土这一极端的生境中,温度、营养物质、冻融过程等因素深刻影响和限制着冻土中微生物生理、代谢途径和生态结构.低温胁迫下,冻土中微生物从形态、生理和生化水平发展了特殊的耐受机制.冻融过程对细胞产生直接危害,并通过调节水盐、营养条件输送而间接地影响微生物活动.寒区工程扰动下垫面和周边一定范围内冻土的水、热、力学平衡,由此也改变了微生物赖以生存的微环境,破坏了地表植被和下伏冻土中微生物的联系.寒区油气管道泄漏后严重地污染土壤,并毒害和抑制冻土中微生物.冻土区微生物数量及生物多样性的波动与冻土的后生冷生作用以及生物地球化学循环密切相关.它们可能记录了冻土的发育、全球变化和生态环境变迁的重要信息.全球变暖背景下,冻土区微生物对有机碳和温室气体的束缚、吸收、运移和最终排放发挥着重要的作用,在全球碳氮循环和对气候系统的反馈中扮演重要角色.     

冻土工程与环境研究的新进展——第八届国际冻土工程会议回顾

2009年10月在西安召开第八届国际冻土工程会议, 就冻土地区工程设计与建设、季节冻土区工程冻害防治、冻土物理力学特性、 模型发展及其应用、寒区气候、环境及冷生变化、多年冻土水文学、寒区水资源和土地应用等主要议题进行了广泛交流, 报告了近年来冻土工程与环境研究方面的一些新进展. 从冻土工程设计、施工和评价、普通冻土研究、冻土的物理力学性质、冻土模型发展及应用、 气候变化及冰冻圈环境等方面对该次会议交流的成果进行了总结. 与会研究者认为今后的研究一方面要加强理论研究、工程措施机理研究;另一方面要加强寒区环境对气候变化的响应及反馈、以及环境变化与冻土工程措施之间的相互作用研究.     

短期原油污染致使冻土活动层细菌群落显著改变——以加格达奇冻土活动层为例

生物降解与土著微生物群落结构、功能及其变化密切相关. 目前, 对于东北冻土土壤中的适冷降解菌了解不足. 新建成的中俄输油管道穿越中国东北的多年冻土区, 为相关研究提供了契机. 实验利用454高通量测序分析了加格达奇冻土活动层土壤在受控原油污染前后的微生物群落结构. 结果显示: 污染后的Proteobacteria和Firmicutes相对丰度显著升高, 优势类群包括Alicyclobacillus、Sphingomonas、Nevskia以及Bacillus. 群落以芳烃降解菌或者耐受油污环境的细菌为主. 这种变化与原油(尤其是芳烃)组分的生态毒害作用有关. 较高浓度的原油污染下, 群落中可耐受油污环境的细菌丰度相对更高.     

青藏高原典型高寒草甸植被生长发育对气候和冻土环境变化的响应

利用青藏高原河南县典型高寒草甸生态系统群落结构、地上生物量、发育期及其气候、冻土环境观测资料,系统研究了高寒草甸植被生长发育特征及其对气候变化和冻土退化的响应机理.研究表明：20世纪80年代后期以来,随年代进程高寒草甸植被出现了牧草返青初期无明显变化,而黄枯初期显著延迟,致使生长期延长,覆盖度总体下降,但自2004后开...     

冻土微生物研究进展与意义

冻土由于其独特的地理与气候特征, 蕴藏着大量具有生物活性的各种形态和生态群的微生物, 并且已存活了几千年甚至几百万年, 它们具有独特的遗传学特征和适应环境的生理生化机制. 开展冻土微生物的研究将为微生物多样性的保护和利用、对古气候的重建、生物基因的进化、宇宙生物学的研究、全球环境变化、甚至生命起源的研究开辟新的途径. 简述了冻土微生物研究的进展, 并探讨了冻土微生物研究的重要意义.     

喀斯特系统生物地球化学循环及对全球变化的响应

生物地球化学循环是地球系统物质循环的核心,是维系地表生态系统稳定和人类社会可持续发展的重要基础。然而,气候变化以及人类的过度干扰可能会显著改变表层地球系统中的生物地球化学循环过程,尤其是脆弱的喀斯特生态系统。特殊的多孔隙关键带结构也加速了喀斯特地区物质循环及其对外界环境变化的响应,影响了不同尺度的物质循环和生物地球化学过程。本研究主要综述了宏观尺度（气候变化）、中尺度（人类活动）和微观尺度（微生物活动）的环境变化对喀斯特地区生物地球化学循环的影响。结果表明多要素变化导致喀斯特地区物质循环受到强烈影响,气候变化、人类活动和微生物活动及其耦合关系对喀斯特地区生物地球化学循环的调控作用具有重要意义。最后,本研究强调了现有研究的局限性并指出未来研究的挑战与方向,即未来应从系统研究（如地球关键带）的视角出发,将多尺度观测－分析与综合模型集成研究并举,从而构建多源多尺度耦合的过程和系统模型,进而为阐明喀斯特系统的演变规律和动力学机制、实现喀斯特地区的生态保护和高质量发展提供理论基础。      

冻土研究评述

冻土是气候的编年史。冻土或终年冻结的地面是在温度低于0℃持续两年或两年以上情况下自然发生的物质。今天,对过去,特别是对将来全球气候变化的研究已成为科学研究最活跃的领域。其中,最引入注意的是对保存于冻土档案库中的、过去150000aB.P.至今气候变化的物理记录进行调查。关于冻土的成因和分布等的传统研究,尤其对北冰     

代表中国冻土学研究的一个重要里程碑——《中国冻土》一书

冻土是地气之间热量交换的产物, 因此, 冻土对气候的微小变化和变动都非常敏感. 同时, 冻土条件的变化对地气之间水热交换,气候及环境条件,地表径流及地下水, 地气之间的碳循环,植被生长及生态系统, 以及寒区工程建筑都具有重大的影响作用. 研究冻土与环境以及人为活动的相互作用及其反馈效应是全球变化研究的重要内容。     

代表中国冻土学研究的一个重要里程碑——读《中国冻土》一书

冻土是地气之间热量交换的产物,因此,冻土对气候的微小变化和变动都非常敏感.同时,冻土条件的变化对地气之间水热交换,气候及环境条件,地表径流及地下水,地气之间的碳循环,植被生长及生态系统,以及寒区工程建筑都具有重大的影响作用.研究冻土与环境以及人为活动的相互作用及其反馈效应是全球变化研究的重要内容.     

从第三极到北极： 多年冻土碳循环研究进展

多年冻土区储存着大量的土壤有机碳, 其碳库变化及生态系统碳反馈机制是当前全球气候变化研究中备受关注的热点问题。为了增强对多年冻土碳循环的认识, 通过综合第三极和北极地区多年冻土碳循环研究, 概述了土壤有机碳库大小、 脆弱性及生态系统碳交换过程, 分析了涉及大气、 海洋和陆地综合影响的多年冻土区生态系统碳循环。研究表明： 第三极和北极多年冻土区碳储量不确定性较大, 影响和控制有机碳分解和生态系统碳交换的生物地球化学过程仍需进一步研究, 进而改进生态系统碳循环相关的模拟研究。在全球气候变化背景下, 研究多年冻土碳库变化及其对气候变化的响应, 是预估未来气候变化的关键环节。     

环北极多年冻土区碳循环研究进展与展望

环北极多年冻土区作为全球碳库的重要组成部分,它以一种独特的方式响应着气候变化。在气候变暖的背景下,冻土中的有机碳将在全球碳循环中扮演着更活跃的角色。为增进对环北极多年冻土区碳循环的认识,分析了近年来北极多年冻土区碳储量和碳迁移状况,以及相关模型在模拟碳循环应用方面的最新进展。目前,对北极多年冻土区碳源/汇的时空分布格局、碳循环过程的关键驱动因子以及碳循环对全球变化的响应等一系列问题尚不能作出完整的、系统性的科学解释。同时,还进一步分析了北极多年冻土区碳循环模拟的三大不确定性因素。基于以上分析,提出未来对北极多年冻土区碳循环的研究还应在典型研究区开展长期的野外系统监测、创新研究方法,深化碳循环机制研究,重视学科交叉以及多模型集成,宏观与微观相结合、多途径与多尺度综合研究。     

青藏公路沿线多年冻土对气候变化和工程影响的响应分析

青藏公路沿线工程和气候变化影响下多年冻土变化监测表明,多年冻土对工程活动和气候变化的响应过程存在着较大差异,不同年平均地温的多年冻土使这种差异变得更为明显.分析结果表明:气候变化下低温多年冻土变化要大于高温多年冻土,工程状态下低温多年冻土变化要小于高温多年冻土;气候变化引起的低温多年冻土变化要大于工程对其的影响,而高温多年冻土正好相反.造成这一结果原因主要是由于在工程建设完成初期,相对于气候影响,工程作用对多年冻土的影响具有放大作用,这使得工程状态下多年冻土对气候变化基本没有响应.按照气候影响下多年冻土温度年变化速率来推测,低温多年冻土表面温度升温到工程状态需要50a左右时间,高温多年冻土需要20a左右.6m深的低温多年冻土温度升温到工程状态需要20a,高温多年冻土仅需要5~8a.     

区域尺度生态系统水分利用效率的时空变异特征研究进展

水分利用效率(WUE)是深入理解生态系统水—碳循环耦合关系的重要指标,揭示区域尺度生态系统WUE的时空变异特征及其控制机制,有助于评价和预测全球变化对生态系统水、碳过程的影响。综述了目前区域尺度生态系统WUE的研究进展,结果表明:①目前关于生态系统WUE影响因素的研究多基于站点尺度,区域尺度的研究相对缺乏;②关于不同生态系统WUE的大小及时间变化特征已有较明确的结论,而基于生态模型方法获取的生态系统WUE的空间分布格局尚需进一步验证;③已有研究表明气候变化和土地利用/覆被变化(LUCC)均会显著改变生态系统生产力或蒸散,然而,较少研究关注两者导致的生态系统WUE的改变。因此,区域尺度生态系统WUE时空变异的控制因子及其对气候变化和LUCC的响应可能是未来全球变化研究的热点问题之一。     

东北多年冻土退化及环境效应研究现状与展望

东北多年冻土属中高纬度多年冻土,对气候变化非常敏感。数据模型模拟表明,21世纪东北多年冻土区气温会持续上升,显著的变暖将导致多年冻土退化。东北多年冻土呈现自南向北的区域性退化趋势,多年冻土区南部表现为南界的北移、融区的扩大和多年冻土的消失,而北部表现为多年冻土下限的上移、活动层厚度增大及地温升高等。多年冻土的退化会导致寒区生态环境的恶化,如兴安落叶松占绝对优势的天然林带锐减,林带北移,沼泽湿地萎缩等。随着多年冻土的迅速退缩和变薄,原多年冻土中蕴藏的碳将释放出来,对气候变化产生积极的正反馈,加速变暖,并影响全球碳循环。多年冻土退化导致其热状态失稳而造成寒区基础设施损坏,并且影响冻土微生物、碳循环、寒区生态和水文等,而它们是区域气候变化的重要因子,也将成为未来多年冻土研究的重点。而这些研究都需要长期的基础数据作支撑,因此需要进一步完善冻土参数监测网络,用模型厘清气候变化与多年冻土退化及其环境效应之间的关系。     

Study on Environmental and Hydrological Effects of Thermokarst Lakes in Permafrost Regions of the Qinghai-Tibet Plateau

Thermokarst lake is the most visible morphologic landscape developing during the process of permafrost degradation, and it is still an international hot topic in permafrost research. The climate warming, and the consequent degradation of the permafrost on the Qinghai-Tibet Plateau aggravate thermokarst lake development. The permafrost is normally considered as an aquiclude, and the permafrost degradation, especially when the permafrost is completely thawed by a thermokarst lake, might influence regional ground water. Therefore, a research program focusing on environmental and hydrological effects of thermokarst lakes in permafrost regions of the Qinghai-Tibet Plateau was started and supported by the National Natural Science Foundation of China. The work proposed by the application includes: To analysis the spatial and temporal distribution rule of thermokarst lakes in the Qinghai-Tibet Engineering Corridor (QTEC) under the climate change and engineering activities, and to evaluate the ecological environment effects through remote sensing and field investigation; to reveal the main factors influencing a typical thermokarst lake and its hydrothermal condition, and to elucidate the conversion relationship between the thermokarst lake and the groundwater with hydrological and isotope tracer tests; to make an analysis of the influences of different lake stage and size on regional permafrost, hydrological conditions and ecological environment through numerical simulation and statistical modelling, considering the relationships between the thermokarst lake and the ground water level. The research results will help to accurately assess regional permafrost ecological environment evolution and trend prediction, and to reasonably understand the impact factors of the permafrost hydrological evolution and its response mechanism to the ecological environment in the river source regions of the Qinghai-Tibet Plateau. In this paper, the research status analysis, the main research contents, research objectives and prospects were introduced so as to provide some references for related researchers and engineers.     

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。