A2008气候变化对大兴安岭冻土湿地的影响

气候变化对大兴安岭冻土湿地的影响1

王宪伟1,2，李秀珍1，吕久俊1,2，孙菊1,2，李宗梅1,2

1中国科学院沈阳应用生态研究所，沈阳（110016）

2中国科学院研究生院，北京（100049）

E-mail: xzli@https://www.wendangku.net/doc/853119464.html,

摘要：大兴安岭地区是我国地带性多年冻土和冻土湿地的主要分布区，近30年来，大兴安岭地区整体增温显著，气候变化的幅度加大，加之人类活动的频繁，冻土退化严重，冻土湿地出现了原有湿地萎缩和新生湿地扩张的现象。不连续岛状和零星岛状多年冻土区，典型的冻土泥炭藓沼泽湿地退化严重，而对于大片连续多年冻土区，气候变化对冻土湿地的影响则较复杂，冻土湿地会向多种湿地类型发育。不过目前对大兴安岭冻土湿地的研究还相当的有限，对冻土与湿地的共生机理、冻土湿地的形成发育，冻土湿地的结构功能及冻土湿地对气候变化的响应需要进一步的长期研究。

关键词大兴安岭；气候变化；冻土湿地

中图分类号：X14 文献标识码：A

1. 引言

冻土湿地是一种在高纬度或高海拔、在冷湿的环境下形成的一种特殊的森林、沼泽湿地类型，分布于多年冻土的分布带上，土壤层下有多年冻土层，地表多泥炭藓和藓类的分布。冻土湿地发育于冷湿的气候条件和冻土的综合作用下。冻土的存在起到了隔水板的作用，使地表滞水，冷湿的气候环境使植物残体难以被微生物分解从而使有机质累积，形成泥炭；泥炭的形成又可以保护和促进冻土的发育。目前的研究表明，高纬度地区冻土与湿地存在着一种共生的关系[8,15]。

大兴安岭是中国唯一的寒温带针叶林区，也是我国唯一一片具有地带性连续多年冻土分布区，该区也是欧亚大陆地带性多年冻土分布区的南缘[1,12]，根据多年冻土覆盖面积和类型，可分为大片连续多年冻土（连续性70％～90％）、不连续岛状多年冻土（连续性70％～30％）和零星岛状多年冻土（连续性30％以下）[5]。大兴安岭地区也是我国冻土湿地的主要分布区。冻土湿地分布的特点为：由北向南贫营养型的湿地类型逐渐减少，富营养型的湿地类型逐渐增多，多分布于平坦的河谷和靠近分水岭附近的拗沟中[6,14]，在地势平坦和山顶浑圆的地区也有分布，并且具有垂直地带性的特点。主要的冻土湿地类型有：森林沼泽湿地、灌丛沼泽湿地、苔草沼泽湿地和泥炭藓沼泽湿地[14,16]。对于不连续岛状多年冻土区和零星岛状多年冻土区，冻土湿地的主要类型为泥炭藓沼泽湿地，也可能存在着少量的灌丛沼泽湿地；对于大片连续多年冻土区，冻土湿地的类型较多，存在着“小老树”这种典型的冻土湿地类型[18]。

处于欧亚大陆冻土带南缘的大兴安岭多年冻土较薄，对气温升高和外界变化极为敏感。研究表明，与100年前相比，东北地区现代多年冻土南界已北移20-30 km，出现了自南向北的区域性退化趋势[3,4]。与冻土退化相对应，大兴安岭的冻土湿地出现了原始湿地萎缩和新生湿地扩张的现象。不过大兴安岭湿地的形成条件、成因类型、分布、面积，湿地生态系统的组成、功能的正负效应、湿地生物多样性，湿地和森林的相互制约机理等问题都有待专门研究[17]。

1本课题得到国家自然科学基金(40671013)的资助。

2. 近30年来大兴安岭地区的气候变化趋势

大兴安岭（46°26′～53°34′N，119°30′～127°01′E）南北长1 400 km，东西平均宽度200 km，总面积约8.46万km2，主脉呈NNE－SSW走向，全区北部较低，南部较高，主脉的东侧较陡，西侧较缓，总体上属于小起伏中－低山。大兴安岭属于寒温带季风区，但具有明显的山地气候特点。冬季长达9个月，夏季最长不超过1个月，大部分地区几乎无夏季。全年的平均温度为-2～-4 ℃，昼夜温差较大，极端最低气温-52.3 ℃，无霜期90~110天，全年降水量350～500 mm，相对湿度70％～75％，自然形成了南温北寒、东湿西干的气候特征[9]。

图1 近30年的大兴安岭北坡的4个气象站年均温的变化

Figure 1 Changes in mean annual air temperature during 30 years for the four climate stations of the air of northern

Daxing’anling Mountains

2.1 近30年年均温的变化趋势

近百年全球平均气温上升了0.6 ℃，我国平均气温上升0.4~0.5 ℃，东北地区气温上升了将近2℃，呈明显变暖趋势[11]。图1为大兴安岭北坡漠河（52°58′N，122°31′E），图里河（50°29′N，121°41′E），博克图（48°46′N，121°55′E），扎兰屯（48°00′N，122°44′E）4个气象站30年（1971-2000年）的年均温变化图，整体呈增温的趋势，30年年均温大约增加了1.41 ℃。图2为大兴安岭阿尔山（47°10′N，119°56′E）气象站的30年（1971-2000年）的年均温变化图，阿尔山为大兴安岭岛状多年冻土南缘地区，海拔较高，30年年均温增加了1.44 ℃。图3为大兴安岭东南坡塔河（52°79′N，124°43′E），新林（51°42′N，124°20′E），呼玛（51°43′N，126°39′E），加格达奇（50°24′N，124°07′E）4个气象站近30年（1971-2000年）年均温变化图，30年年均温增加了约1.58 ℃。

总体上来看，大兴安岭地区有明显的变暖的趋势，这与全球和我国整体的趋势是一致的，不过其增加是我国增加幅度最大的地区[11]。大兴安岭地区的气候具有纬度地带性和垂直地带性相结合的特点，具有山地气候效应，山体可维持整体气候的寒冷[10]。但由于其分布区域大，大体跨越了7个纬度和6个经度，地貌类型也不尽相同，既有北部的低山丘陵，也有

南部的高山地区[5]。所以大兴安岭的不同地区，气候变化也不一样。从年均温增加的幅度来看，大兴安岭地区东南坡要略大于北坡。阿尔山是大兴安岭不连续岛状多年冻土的南缘，山体较高，垂直地带性明显，虽然处于大兴安岭南部，其温度在近30增加的幅度与大兴安岭北坡相当。

（Year）

图 2 近30年的阿尔山的4个气象站年均温的变化

Figure 1 Changes in mean annual air temperature and anural precipitation during 30 years for the four climate

stations of the Aershan

2.2 近30年年降水量的变化

图4为大兴安岭8个气象站的年降水量的变化图。近30年大兴安岭地区总的降水量长期来看变化不大，受山体的影响，东南坡的降水量整体上要大于北坡的降水量。在1990年以前，年降水量较平稳，变化的幅度小，不过1990年以后，降水的年季的变化幅度增大，即出现了大涝的年份，又出现了大旱的年份。

年份（Year）

图3 30年的大兴安岭东南坡的4个气象站年均温的变化

Figure 3 Changes in mean annual air temperature during 30 years for the four climate stations of the air of east－

southern Daxing’anling Mountains

3. 气候变化对大兴安岭冻土湿地的影响

上一世纪，大兴安岭冻土在全球变化和人类活动的作用下，出现了明显的退化现象，这使得原始冻土湿地出现了萎缩，而冻土的退化也会使一些低洼地区出现新生湿地的扩张[17]。大兴安岭地区冻土与湿地存在着一种共生的机理，根据孙广友（2000）的研究，在冻土区，

湿地既属于冻土活动层，又是冻土与外部系统相互作用的界面，也是物质能量传输的通道；沼泽湿地植被层和下覆泥炭层具有独特的热力学性质，即隔热和保储水分，不但使下覆冻土的冷储不易耗散，而且还可以增加冷储量，对冻土起保护增生作用。

年份（Year）

图4 30年的大兴安岭北坡的8个气象站年降水量的变化

Figure 4 Changes in annual precipitation during 30 years for the eight climate stations of the Daxing’anling

Mountains

3.1 气候变暖对冻土湿地的影响

大兴安岭地区是上一世纪我国增温幅度最大的地区。目前，大兴安岭地区冻土退缩强烈。20世纪50年代在牙克石、加格达奇附件观测到的多年冻土已经消失，60年代在大杨树观测的岛状冻土也不负存在[17]。总体上在气候变暖下，多年冻土存在着三种变化，融化的深度加大，融化区域的面积增大，多年冻土的南界北移。与冻土退化相比，气候变化对冻土湿地的影响更加的多元，表现为原始湿地的萎缩和新生湿地的扩张。

大兴安岭南北跨度大，不同地区多年冻土退化的格局不同。在斜坡或相对较高地区多年冻土融化，融深加大，融速加快，土壤会变干，这使原始的湿地萎缩。冻土的融化使大量的融水向低洼的地区聚集，在低洼地区则会出现新生湿地的扩张[17]。北方冻土湿地是重要的全球的碳汇区，冻土退化，土壤变干，会使更多的土壤有机质分解，会向大气释放更多的CO2；在低洼的地区，土壤水分增加，水位提高，在厌氧的环境下，湿地会向大气释放更多的CH4。CO2和CH4都是重要温室气体，这将进一步促进全球变暖。

大兴安岭冻土湿地的变化会对冻土森林环境带来了巨大的威胁。这会使兴安落叶松的生长条件恶化，如在根河地区出现了兴安落叶松倾倒的现象，造成大面积的森林死亡，一次倾倒了6 000 m3蓄积量的林木。兴安落叶松与冻土、湿地共同维系着寒温带明亮针叶林的冷湿环境、涵养着水源[9,14]。大兴安岭地区不仅是重要的林区，它也是黑龙江和嫩江重要的水源区，冻土湿地生态系统对维持黑龙江和嫩江的水系径流、调节流域气候和维护河流生态系统功能有着极其重要的作用[18]。

3.2 大兴安岭冻土湿地对气候变化存在的潜在响应

大兴安岭地区整体的山体不高，分水岭和缓，河流中上游的河谷、沟谷和沟底平坦，排水能力差，地下水位高，多年冻土的存在形成了天然的隔水层，排水不畅，造成地表滞水，平坦的地势是湿地形成发育的基础，冷湿的气候和多年冻土的存在是湿地形成的直接因素，在这些条件的综合作用下，不同地段发育着不同的湿地类型。不过湿地的形成和发育受到许多因素的制约和影响，同一块湿地在整个发育过程中其发展速度和规模也是不一样。

冻土湿地的形成与发育是一个复杂的过程，这与冷湿的环境，自然地理条件和人类活动息息相关的。由于大兴安岭地区分布广泛，地形复杂，不同地区的冻土湿地对气候变化的响应也不同。对于不连续岛状多年冻土区和零星岛状多年冻土区，多年冻土不断的退缩及最终的消失，会使冻土湿地萎缩和消失，原有的典型的贫营养的泥炭藓沼泽湿地可能演化为富营养的苔草沼泽湿地或灌丛沼泽湿地，对于大片连续多年冻土区，融深的加大、融区的扩大和南界的北移，冻土湿地的变化更加复杂，出现的湿地类型会更多，总体上，自北向南，贫营养型的冻土湿地类型将减少，富营养型的湿地类型将增加，像泥炭藓为主的贫营养型的湿地会退化或演替为以苔草为主的富营养型的湿地类型。

大兴安岭冻土的退化会产生热喀斯特效应。温度升高，地下冰融化引起地面塌陷会形成各种洼地，这种塌陷过程类似喀斯特过程，而塌陷原因和温度有关，故称热力喀斯特。在斜坡上会形成各种滑塌洼地，在平坦地面上形成漏斗状沉陷洼地，洼地内常积水成湖，又称热力喀斯特湖。大兴安岭根河地区兴安落叶松倾倒的现象就伴随着地表的下陷[17]。随着北方地区的持续变暖，这种热喀斯特效应也将更显著。

已有的研究表明当平均气温增加4 ℃和降水量增10%时，东部各森林地带将有可能北移3~5个纬度，届时大兴安岭的森林可能完全北移出境，取而代之的是以中温性的草原与针阔混交林为主[12]。同时，大兴安岭典型的冻土湿地也将完全的消失，取而代之的是以苔草和芦苇为主的中富营养型的湿地类型。

4. 结语

大兴安岭地区虽然山地气候效应显著，能够维持冷湿的气候环境，但近30年来，气候变暖明显，平均增加了大约1.48 ℃，受山体影响，东南坡增加的幅度要略大于北坡。虽然总体降水量的趋势没有太大的变化，但降水和干旱的年季变化幅度增大，加之人类活动的影响，使大兴安岭的冻土出现了严重的退化现象，与冻土的退化相对应，大兴安岭冻土湿地出现了原始湿地萎缩和新生湿地扩张的现象。

大兴安岭地区是中国东北最大的原始林区，寒温带气候和独特的地质条件形成了大兴安岭的冻土湿地。在气候变化和人类活动的作用下，不连续岛状多年冻土区和零星岛状多年冻土区，冻土湿地将退化甚至完全的消失，大片连续岛状多年冻土区贫营养型的泥炭藓沼泽湿地将减少，而苔草和灌丛类的中富营养型的湿地类型将增加。湿地是许多珍稀动植物的栖息地，具有独特的物质循环和能量流动，有着调蓄水量和调节气候等生态功能。大兴安岭冻土湿地对气候变化的响应将对大兴安岭的森林和环境造成巨大的影响，特别是对于森林生态系统将带来严重威胁。

目前对于大兴安岭冻土湿地方面的研究，对冻土的研究相对较多，对湿地的研究还非常有限，定性的研究多，定量的研究少，将冻土湿地作为整体的研究则更少。大兴安岭冻土与湿地存在着共生的机理，对湿地的形成发育机制、湿地生态系统的组成和功能及湿地生物多样性等方面的研究有待于进一步的深入研究。由于气候变暖，使大兴安岭冻土退化的问题日益突出，湿地保护冻土的功能不容忽视，对冻土湿地的保护也刻不容缓。

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Impact Of Climate Change On The Permafrost Wetland In

Daxing’anling Mountains

WANG Xianwei1,2, LI Xiuzhen1, LV Jiujun1,2, BING Longfei1,2, SUN Ju1,2, LI

Zongmei1,2

1Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Science, Shenyang (110016) 2Graduate University of Chinese Acadamy of Science, Beijing (100039

Abstract

Daxing’anling Mountains are the primary distributions of the permafrost and wetland of frozen ground areas in China. During the last 30 years, Daxing’anling Mountains became warmer obviously and the changing extent became greater. The permafrost degradation had been more serious accompany with the people’s disturbance. The original wetland was decreasing, while new wetland was expanding. The Sphagnum peatland would be degenerated in the discontinuous island permafrost zone and sporadic permafrost zone. The wetland would be changing more complex in the continuous permafrost and would be developed more tapes. At present, the researches of the permafrost wetland in Daxing’anling Mountains are limited. We should do more work about the symbiosis between permafrost and wetland mechanism, the permafrost wetland formation and growth, the structure and function of the permafrost wetland and the response of the permafrost wetland to climate change.

Keywords: Daxing’anling Mountains; climate change; permafrost wetland