東北地理所在計劃火燒影響下多年凍土區泥炭地關鍵元素循環研究方面取得進展
氣候變化和人類活動正在增加泥炭地野火的頻率，嚴重威脅多年凍土區泥炭地的碳庫。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的最南端，對氣候變化具有高度敏感性。該地區泥炭地與森林生態系統交錯分布，在林火頻發的大興安嶺地區具有重要生態功能。作為林緣部位的重要生態系統，大興安嶺泥炭地在區域林火防控中發揮著關鍵作用。目前，大興安嶺多年凍土區林緣泥炭地火管理已成為森林防火的重要手段，并由當地林業部門每年秋季對區內林緣泥炭地實施計劃火燒。雖然計劃火燒對防控森林火災效果顯著，然而計劃火燒也通過消耗地表枯落物和產生熱解碳對泥炭地的碳庫產生影響，其影響過程和潛在機制亟待評估。
圖1 大興安嶺地區采樣點及試驗設計
中國科學院東北地理所濕地演化與生態功能學科組與東北林業大學、吉林農業大學等高校合作，自2020年起在大興安嶺地區的林緣泥炭地進行長期計劃火燒模擬試驗（圖 1），探究計劃火燒影響下多年凍土區泥炭地土壤碳穩定性以及養分循環影響。研究發現，隨著計劃火燒次數的增加，泥炭土壤總碳含量逐漸下降，原因在于連續火燒導致游離顆粒有機物（fPOM）降低。土壤有機碳的結構方程模型表明，計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碳穩定性間接影響了碳累積（圖2）。此外，計劃火燒導致泥炭地生態系統從氮限制向磷限制轉化，植物氮磷比的結構方程模型表明，火后產生的熱解碳是驅動氮限制向磷限制轉化的主要原因。
圖2 計劃火燒對泥炭地土壤碳氮循環的影響機制
與此同時，連續低強度的計劃火燒降低了多年凍土區泥炭地的土壤碳穩定性，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）。進一步化學分析表明，計劃火燒導致fPOM碳成分變化，火燒區的fPOM中芳香度增加了32%，這意味著泥炭土壤fPOM組分的穩定性明顯增加。然而，連續火燒后泥炭土壤熱穩定性下降，表現為Q1比例增加以及T50降低，計劃火燒通過改變fPOM碳組成，影響了土壤熱穩定性。而盡管增加了fPOM中芳香族化合物含量，但同時也促使土壤酶活性和二氧化碳的排放量的增加，對土壤碳穩定性產生了十分復雜的影響。
圖3 計劃火燒對多年凍土區泥炭地土壤碳組成和穩定性的影響
研究成果近期在線發表于環境領域經典期刊Environmental Science & Technology和Science of the Total Environment，濕地演化與生態功能學科組的聯合培養學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基金項目重大項目、面上項目和重點項目（No. 42494822,42171103,42330509）、中國科學院東北地理所青年科學家小組項目（2022QNXZ01）等項目的共同資助。
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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