０引言

２００７年ＩＰＣＣ［１］發(fā)布的氣候變化第四次評估報告預測稱全球表面溫度預計在到２１世紀末升高１．８～４．０℃，高緯度和高海拔地區(qū)溫度升幅將會更大［２］．青藏高原是地球上面積最大的高海拔凍土分布區(qū)［３］，對全球變化響應(yīng)異常敏感，近５０ａ來氣增溫率平均達到０．２５℃•（１０ａ）－１［４］．氣候變暖能對多年凍土、活動層狀態(tài)等造成強烈影響，同時能引起地氣間雪蓋層和植被的水熱平衡發(fā)生變化，進而影響高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性［５－６］．對１９８５—１９８７年和１９９９—２０００年的衛(wèi)星和遙感圖片分析發(fā)現(xiàn)，在全球氣候變暖和人類活動的雙重影響下，目前青藏高原高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)正遭受著前所未有的退化［７］．此外，氣候變化對多年凍土、活動層、植被的影響，通過各種復雜的機理反過來對氣候變化形成反饋作用［６，８－９］．青藏高原的環(huán)境變化不僅使區(qū)域地表過程具有敏感響應(yīng)，也在長時間尺度和大空間范圍上影響到整個北半球乃至全球氣候環(huán)境系統(tǒng)，大面積的凍土導致的地表干濕狀況的時空變化以及地表熱量平衡的變化深刻地影響季風行為和全球變化過程［８－９］．活動層的水熱過程反映了土壤的干濕及熱量狀況，是多年凍土區(qū)地氣系統(tǒng)水能循環(huán)的重要組成部分［１０－１３］，通過它將氣候、水文、生態(tài)和環(huán)境緊密地聯(lián)系在一起．活動層特殊的水熱交換是維持高寒生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵所在，凍土及其孕育的高寒生態(tài)系統(tǒng)具有顯著的水源涵養(yǎng)功能，是穩(wěn)定河源區(qū)水循環(huán)與河川徑流的重要因素［１０］．活動層作為高寒生態(tài)系統(tǒng)的下界面，是大氣與多年凍土的能量交換帶，多年凍土與大氣之間的相互作用主要通過活動層中的水熱動態(tài)變化過程而實現(xiàn)［１１－１２］．活動層變化不但會導致土壤持水性變化，直接影響土壤水熱傳輸過程、水分賦存條件，進而影響到生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并對氣候變暖形成反饋作用［８，１３］．近些年在青藏高原開展了許多水熱過程的監(jiān)測研究［１１－１２，１４－１６］，用于闡述凍融過程對高寒生態(tài)系統(tǒng)的影響．吳青柏等［１２］對青藏高原季節(jié)凍土區(qū)和多年凍土區(qū)水熱過程進行分析研究，認為凍土及水熱過程與寒區(qū)生態(tài)環(huán)境有著密切的聯(lián)系．然而，增溫對高寒沼澤草甸生態(tài)系統(tǒng)水熱狀況的影響研究仍較為缺乏．因此，本文采用開頂式生長室（ＯＴＣ）增溫方法模擬氣候變暖［１７］，研究短期增溫對高寒沼澤草甸活動層土壤熱狀況的影響．

１研究區(qū)域及研究方法

１．１研究區(qū)域概況

風火山試驗區(qū)位于青藏高原多年凍土區(qū)北麓河流域（９２°５０′～９３°３′Ｅ和３４°４０′～３４°４８′Ｎ），隸屬青海省玉樹藏族自治州曲麻萊縣境．該區(qū)屬青藏高原半干旱氣候區(qū)，區(qū)內(nèi)沒有冰川和積雪覆蓋．年平均（１９７３—２００５年）、極端最高和極端最低氣溫分別為－５．２℃、２３．２℃和－３７．７℃，年平均降水量２９０．９ｍｍ，年均水面蒸發(fā)量１３１６．９ｍｍ，相對濕度５７％，年平均地溫－１．５～－４．０℃，多年凍土厚度５０～１２０ｍ，活動層厚度０．８～２．５ｍ［１８］．此外，該區(qū)屬高寒沼澤草甸區(qū)，組成草群植物主要由濕中生、濕生多年草本植物群落構(gòu)成，群落覆蓋度大、物種組成豐富．優(yōu)勢種為藏嵩草（Ｋｏｂｒｅｓｉａｔｉ－ｂｅｔｉｃａ）、小嵩草（Ｋｏｂｒｅｓｉａｈｕｍｉｌｉｓ）、紫花針茅（ＳｔｉｐａｐｕｒｐｕｒｅａＧｒｉｓｅｂ．）、羊茅（ＦｅｓｔｕｃａｏｖｉｎａＬｉｎｎ．）和粗喙苔草（Ｃａｒｅｘｓｃａｂｒｉｒｏｓｔｒｉｓ）．該區(qū)土壤類型為高寒沼澤草甸土（表１），土壤發(fā)育很慢，處于原始的粗骨土形態(tài)，凍土和地下冰比較發(fā)育，河谷中存在著潛水，常形成冰錐、凍脹丘，斜坡地帶常有冰錐、冰丘、凍融泥流及凍融滑塌發(fā)育，沉積地層主要為上第三系湖相沉積及第四系全新統(tǒng)沖洪積層．

１．２增溫試驗布置

野外生態(tài)系統(tǒng)增溫實驗是研究氣候變暖與陸地生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系的主要方法之一，目前最簡單和最普遍使用的一種增溫方法就是被動增溫的溫室或開頂式溫室［１５］．該方法最初是由國際山地綜合研究中心（ＩＴＥＸ）為研究氣候變暖對高緯度和高海拔地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的影響普遍采用的一種增溫方法［１９］．ＯＴＣ增溫裝置的最大優(yōu)點就是成本低、操作方便、易重復，適用于長期野外觀測實驗，并能保證試驗樣地土壤條件基本不受干擾和破壞．因此，于２００６年６月在風火山試驗區(qū)高寒沼澤草甸觀測場內(nèi)，分別選取植被蓋度（９０％）、植物類型以及地勢基本一致的３處試驗樣地．在進行試驗布置，對３處樣地的土壤和植被狀況進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)３處樣地所有的土壤物理化學性質(zhì)不存在顯著性差異（ｐ＞０．４），地上生物量分別為３２３．３、３４３．１、３１１．９ｇ•ｍ－２，不存在顯著差別．ＯＴＣ設(shè)計見圖１，以８ｍｍ厚的有機玻璃纖維為材料，分別搭建底面積和頂面積均為２．２５ｍ２（１．５ｍ×１．５ｍ），高２ｍ的２座ＯＴＣ，ＯＴＣ底部四周埋于土壤３０ｃｍ深處．ＯＴＣ－１樣地對頂部進行半封頂處理，頂部開口面積０．３６ｍ２（０．６ｍ×０．６ｍ），用于限制少部分降雨及達到更高的增溫幅度，這種類型的溫室也被Ｈａｖｓｔｒｏｍ等［２０］在亞北極和北極地區(qū)采用過．ＯＴＣ－２樣地為了減小對降水的影響，采用完全開頂直體結(jié)構(gòu)；另一處Ｃｏｎｔｒｏｌ樣地不作處理，作為室外對照．同時，計劃使ＯＴＣ－１氣溫比Ｃｏｎｔｒｏｌ點高出４～６℃，ＯＴＣ－２比Ｃｏｎｔｒｏｌ高出２～４℃．溫室建好后一直固定在試驗樣地上對室內(nèi)氣溫進行增溫作用．在試驗區(qū)架設(shè)Ｗａｔｃｈｄｏｇ小型氣象站采集試驗區(qū)室外常規(guī)氣象數(shù)據(jù)，空氣溫濕度、降水、輻射、日照時數(shù)、風速等．兩個ＯＴＣ內(nèi)空氣溫濕度的測定是在草地上空８０ｃｍ處架設(shè)空氣溫濕度探頭；土壤溫度觀測是依據(jù)熱敏電阻探頭法，這種方法是凍土工程國家重點實驗室研制開發(fā)，并在青藏高原使用３０多年，其觀測范圍在－４０～５０℃，精度在±０．０２℃，探頭布設(shè)于高寒沼澤草甸試驗場５、２０、３０、４０、６５、８５ｃｍ及１２０ｃｍ深處；土壤水分觀測采用ＦＤＲ水分探頭，探頭布設(shè)于５、２０、４０、６５ｃｍ和１２０ｃｍ深度．所有的探頭都連接到ＣａｍｐｂｅｌｌＣＲ１０００自動數(shù)據(jù)采集儀，每隔３０ｍｉｎ采集１次數(shù)據(jù)．本研究主要基于２００８年１月１日至２００８年１２月３１日的觀測數(shù)據(jù)進行分析．