准确揭示多年冻土区碳源汇特征及其演化趋势对降低我国陆地生态系统碳源汇评估中的不确定性、实现“碳中和”目标具有重要意义。自国家重点研发计划项目启动以来，研究团队阐明了多年冻土区碳氮磷循环关键参数的空间格局和驱动因素，构建了多年冻土区首个全生态系统增温实验平台，解析了碳氮循环关键过程对气候变暖等全球变化要素的响应机制，揭示了热融湖塘甲烷（CH4）排放、可溶性有机质降解以及微生物分布特征。项目取得的阶段性成果有望为实现我国“碳中和”战略目标提供科技支撑。

全球变暖背景下多年冻土融化导致的土壤水分状况的改变影响着植物的根系觅食行为.选取对气候变化十分敏感的青藏高原为研究区域，以多年冻土广泛分布的风火山地区高寒小嵩草（Kobresia pygmaea）草甸和藏嵩草（Kobresia tibetica）沼泽化草甸为研究对象，采用开顶式增温小室（open top chambers,OTCs）模拟气候变暖，开展增温试验（2012-2019年）.监测和收集2019年生长季（5-9月）地上20 cm高度处的空气温度（AT）和地下5 cm深度处的土壤湿度（SM）数据，测定并计算得到2019年枯黄期两种草甸表层（0-10 cm）土壤根系形态塑性指标：衡量觅食尺度的总根长（TRL）、根直径（RD）、根表面积（RSA）、根体积（RV）、比根长（SRL）、比根面积（SRA）、根组织密度（RTD）和表征觅食精度的根系生物量（RB），根系生理塑性指标：碳含量（RCC）、氮含量（RNC）、非结构性碳水化合物含量（RNSCs）、可溶性糖含量（RSSC）、淀粉含量（RSC）和可溶性糖比淀粉（RSSC/RSC），以了解多年冻土存在时，青藏高原两种典型高寒草甸根系觅食策略对...

考虑到宽幅路基的“聚热效应”和复杂的多年冻土环境，拟建青藏高速公路建设所面临的关键问题是如何保证路基的长期热稳定性。基于现场监测数据和传热传质理论，建立分离式通风管路基三维数值模型，分析与预测未来50年通风管在青藏高速公路分离式路基中的工程效果。结果表明：分离式通风管路基具有较好的降温效果，能够保证路基及其下部多年冻土的长期热稳定性。但是，当隔离带宽度小于10m时，后幅路基管道内部风流变化特征受到隔离带宽度的显著影响，导致其对下部多年冻土的降温效果弱于前幅路基。此外，在隔离带较窄情况下，两幅路基之间隔离带区域存在局地增温效应，将对路基及其下部多年冻土产生严重的热扰动，不仅引起多年冻土上限下降、温度升高，而且增加了路基两侧下部土体温度场的不对称性。尝试将两幅路基通风管连通来弱化局地增温效应，但连通后路基及隔离带区域下部土体的热状况反而更差，说明这种方法未能有效解决局地增温效应的热影响。

青藏铁路路基创造性采用了主动冷却路基的设计理念修建而成，目前铁路已经安全运营超过10年。青藏铁路路基修筑在多年冻土之上，路基下部冻土温度变化是衡量路基是否稳定的关键因素。基于长期（2008—2019年）地温观测资料，对昆仑山垭口南坡青藏铁路K980+000低温多年冻土区块石路基坡脚至坡脚外30m范围内的冻土上限变化、年际地温变化、季节性地温变化进行分析，研究了路基工程行为对低温多年冻土的长期影响机制。结果表明：冻土地温不断升高，冻土上限逐年下移；与天然孔比较，路基坡脚处地温增温幅度反而较小，主要可能受块石路基冷却效应的影响；冷季与暖季呈现出不对称的增温趋势。冻土路基普遍增温的趋势仍然存在，出于对多年冻土的保护与保证工程稳定性的考虑，应尽量采用冷却路基的思想修建路基。同时，应加强对路基的监测，分析长期增温过程后路基稳定性变化，并对路基下部冻土的变化做出定量研究。

多年冻土温室气体排放对全球气候变化有重要影响。采用静态暗箱—气相色谱法,于2016—2017年生长季（5—9月）,对大兴安岭多年冻土区兴安落叶松林、樟子松林和白桦林土壤二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）通量进行野外原位观测,对比分析温室气体通量的动态变化特征及其关键影响因子。结果表明:3种林型土壤CO2通量范围为65.88～883.59mg·m-2·h-1;CH4通量范围为-93.29～-2.82μg·m-2·h-1;N2O通量范围为-5.31～45.22μg·m-2·h-1。整个生长季兴安落叶松林、樟子松林和白桦林土壤均表现为CO2、N2O的排放源、CH4的吸收汇,土壤CO2和CH4通量在不同林型...

多年冻土区泥炭沼泽土壤孔隙水甲烷关联微生物及底物的研究有助于深入理解气候变化背景下寒区湿地生态系统甲烷循环过程。选取大兴安岭连续多年冻土区柴桦-泥炭藓和狭叶杜香-泥炭藓两种典型植被群落泥炭沼泽,设置开顶箱(Open Top Chamber,OTC)增温实验。于生长季(6月、7月、8月和9月)采集土壤孔隙水样品,对比分析OTC内外土壤孔隙水中产甲烷菌数量、甲烷氧化菌数量及溶解性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)浓度的动态变化特征,并探究土壤孔隙水甲烷关联微生物与DOC浓度的关系。结果表明:增温提高了生长季大兴安岭多年冻土区土壤孔隙水中产甲烷菌数量和DOC浓度,而对甲烷氧化菌数量的影响因月份而异。生长季柴桦-泥炭藓和狭叶杜香-泥炭藓泥炭沼泽土壤孔隙水中产甲烷菌数量的平均增加幅度分别为54.52%和44.97%,DOC浓度的平均增加幅度分别为34.16%和28.33%。增温使得生长季柴桦-泥炭藓和狭叶杜香-泥炭藓泥炭沼泽土壤孔隙水中甲烷氧化菌平均数量分别降低了46.20%和31.42%。一元线性回归分析结果表明,土壤孔隙水中DOC浓度可分别解释柴桦-泥炭藓和狭...

以青藏高原腹地典型高寒草甸植被类型为研究对象,采用红外灯加热的方法模拟全球增温,并利用水分探头,于2012年植物生长季(5—9月)获取0～100 cm不同土层深度土壤水分含量数据,并分析其对增温的响应。结果表明:(1)短期增温对高寒草甸土壤水分含量有提高作用,但增幅并不显著(P> 0. 05),平均提高2. 85%。(2)土壤水分含量随土层深度的增加呈现先减少后增加的趋势,在10～20 cm土层深度处降为最低值13. 8%,在60～100cm土层深度附近达到了20. 57%的最高值;对照组5个月10～20 cm土层深度的土壤水分含量显著低于其他土层,而增温组0～20 cm土层深度的土壤含水量显著低于其他土层深度,表明增温对表层(0～10 cm)的土壤含水量影响较大,对深层土壤含水量的影响则较小,而且短期增温不会对土壤水分的垂直分布趋势产生影响。(3)土壤水分含量随时间的变化,在5—8月呈上升趋势,表明在青藏高原北麓河地区植物生长季,8月是其土壤水分含量最充足的月份,到了9月土壤中含水量开始降低,但5个土层深度降幅均不明显;增温组土壤水分含量随时间的变化趋势与对照组基本一致。

采用开顶式增温小室(OTCs)方法模拟气候变暖,分别选取青藏高原腹地风火山地区高寒小嵩草草甸和高寒藏嵩草沼泽草甸优势物种小嵩草和藏嵩草为研究对象,对比分析增温处理下两种优势物种叶片的形态与生理特征变化,从而探索高寒植物对气候变暖的内在响应机理.结果表明:增温显著增加了小嵩草叶片长度(40.0%)和叶片数量(72.7%),也显著增加了藏嵩草株高(11.9%)和叶片长度(19.3%),促进了两种优势植物的形态生长和地上生物量增加.增温处理下小嵩草和藏嵩草叶片的膜透性(电导率),活性氧(过氧化氢和超氧阴离子自由基),超氧化物歧化酶、过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶和过氧化氢酶活性,丙二醛含量均没有显著变化.但抗坏血酸和游离脯氨酸含量在藏嵩草叶片内分别显著增加了29.8%和53.8%,而在小嵩草叶片内没有明显变化.可见,增温下小嵩草和藏嵩草均能够维持正常的抗氧化水平,以维持该区域优势植物生长;但藏嵩草生理过程对增温更加敏感.

采用红外辐射灯(infrared heater)模拟气候变暖背景,研究青藏高原多年冻土区高寒草甸优势植物种珠芽蓼(Polygonum viviparum)、美丽风毛菊(Saussurea superb)和黑褐苔草(Carex atrofusca)的生长发育及光合特性对气候变暖的短期响应及其差异性,旨在为评价草地生态系统的敏感性和脆弱性提供科学依据。结果表明,模拟增温W1(1.88℃)和W2(3.19℃)均可改变高寒草甸物种分布的频度和季节分布格局,并显著影响植被高度和光合色素含量,影响程度存在种间差异性。与不增温对照相比,W1增温下物种具有不同的响应,美丽风毛菊的高度、频度和叶绿素含量均呈下降趋势,而珠芽蓼和黑褐苔草均呈增加趋势。W2增温显著增加了珠芽廖和黑褐苔草的高度、频度和叶绿素含量(P<0.05),却显著降低了美丽风毛菊的叶绿素a/b值(P<0.05)。物种间光合特性存在显著差异(P<0.05),样地间差异性表现更为突出,但增温处理间变化不明显。这说明增温可促进高寒草甸牧草类植物的生长发育,延长青草期,有利于牧业生产,但斑块状分布明显。