焦亞青， 宋立全， 臧淑英， 孫超峰， 魯博權

（1.哈爾濱師范大學寒區(qū)地理環(huán)境監(jiān)測與空間信息服務黑龍江省重點實驗室，黑龍江哈爾濱150025；2.黑龍江省寒區(qū)生態(tài)安全協(xié)同創(chuàng)新中心，黑龍江哈爾濱150025）

0 引言

國際凍土協(xié)會將多年凍土定義為溫度在0 ℃或低于0 ℃至少連續(xù)存在兩年的巖土層［1］。在高緯度地區(qū)，沼澤濕地和凍土通常共生［2］。多年凍土土壤有機氮經(jīng)過礦化作用轉換為銨態(tài)氮（NH4+-N）和硝態(tài)氮（NO3--N），通過硝化和反硝化作用產(chǎn)生溫室氣體氧化亞氮（N2O）逸散到大氣中，從而對濕地生態(tài)系統(tǒng)和全球氣候變化產(chǎn)生影響［3］。高緯度多年凍土泥炭地土壤氮素儲存量約40～60 Pg［4］，在氣候變暖的背景下，凍土退化、凍融循環(huán)過程的改變影響了土壤氮素的礦化過程［5］，提高了凍土泥炭地N2O 排放潛能［6］，從而加劇全球變暖。

凍融作用是土壤由于氣溫變化而反復凍結融化產(chǎn)生的［7］，是土壤水分和熱量動態(tài)變化的表現(xiàn)形式［8］。凍融過程直接改變了土壤的溫度［9］、水分遷移［10］、微生物活性［11］，從而加速有效氮素以氣體形式或淋溶形式釋放［12］。此過程主要發(fā)生在植物非生長的春季和秋季［13-14］。春季和秋季氣溫仍較低，一般認為氣溫較低時有機質分解較弱，然而，研究發(fā)現(xiàn)秋季土壤氮礦化仍非常強烈［15］；秋季土壤微生物活性和營養(yǎng)物質含量發(fā)生變化［16］，導致氮礦化過程不斷累積。此外，凍融作用在非生長季產(chǎn)生的影響可能延續(xù)到凍融后期［17］，秋季氮礦化的累積會導致春季凍融期無機氮的釋放和N2O排放潛能。

目前關于無機氮影響因素的研究主要集中在溫度、水分、土壤理化性質、微生物、植被類型等方面［18-22］，雖然獲得了不少研究成果，但在不同自然生態(tài)系統(tǒng)中研究結果還存在較大差異，主要歸結于土壤溫度和水分。在凍融條件下頻繁的水熱交替會影響土壤微生物活性，改變土壤團聚體結構和對土壤無機氮固持［23］。有研究發(fā)現(xiàn)，在一定模擬條件下，土壤水分和溫度與土壤氮礦化之間存在線性相關［24］；但也有研究發(fā)現(xiàn)土壤氮礦化與溫度之間并沒有直接關系［25］。國內(nèi)外在不同土地類型（濕地［26］、草地［27］、田地［28］、水稻［29］）、不同坡面［30］、不同緯度［31-32］等條件下通過室內(nèi)模擬和原位培養(yǎng)的方法已經(jīng)開展了無機氮變化影響因子的研究。其中，室內(nèi)模擬實驗容易改變土壤溫度和水分條件，可得到土壤無機氮變化規(guī)律，但是由于研究方法和凍融格局的差異，得到的結果也不一致［33］。與室內(nèi)模擬凍融實驗相比，野外原位實驗彌補了溫度、水分極端變化的缺陷，很大程度上還原了無機氮在自然條件下的變化規(guī)律，但目前野外原位監(jiān)測研究仍非常少見，導致秋季凍融對土壤無機氮變化的影響尚不明確。我國關于凍融條件下無機氮的研究主要集中在森林［34］、農(nóng)田［35］、山地［31］、濕地［36］等生態(tài)系統(tǒng)，但在多年凍土泥炭地研究較少。因此，在氣候變暖、多年凍土退化背景下，深入探討秋季凍融對多年凍土泥炭地無機氮影響的研究是必要且緊迫的。

大興安嶺多年凍土泥炭地位于歐亞大陸多年凍土區(qū)的南緣，由于緯度高，并伴隨著晝夜溫差大的氣候特點，是全球變暖響應敏感的地區(qū)之一，該區(qū)多年凍土泥炭地具有濕冷、滯水、厚度淺、穩(wěn)定性較差等特點［37］。近年來，由于全球變暖，該區(qū)凍土退化、水位下降，群落結構發(fā)生變化，從而導致生產(chǎn)力發(fā)生變化，必然會對土壤無機氮的時空變化產(chǎn)生影響。目前關于大興安嶺凍土區(qū)的研究主要集中在不同植被類型［38］土壤碳氮礦化［39］、微量元素［40］的分布、溫室氣體排放［41］等方面。然而，在野外原位探究多年凍土泥炭地無機氮對秋季凍融的響應方面的研究很是缺乏。因此，本研究以大興安嶺三種多年凍土泥炭地為研究對象，旨在探明秋季凍融期間土壤溫度和含水量變化對淺層和深層多年凍土泥炭土壤無機氮動態(tài)的影響，也為進一步探究該過程中溫室氣體（N2O）排放對全球變暖響應的研究提供基礎數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)位于大興安嶺北部的黑龍江省漠河森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位研究站（53°28′N，122°21′E）。本區(qū)為寒溫帶大陸性季風氣候，區(qū)域氣候有顯著性差異：冬季受大陸氣團控制，寒冷而漫長（約占7 個月之久），夏季受海洋氣團影響，濕熱短促，降水集中。年均氣溫為-4.5 ℃，其中1 月最冷，平均溫度為-29.1 ℃；7 月最熱，平均溫度為18.2 ℃。年平均降水量460.8 mm，且主要集中在7、8 月份。日照時間較長，其中夏天晝長夜短，白晝可達18小時以上；春季降水少，風多且干旱，易發(fā)生森林火災；秋季溫度急劇下降，常有初霜和凍害發(fā)生。平均無霜期85～90 d。

本區(qū)地形以低山丘陵為主，坡度平緩，河流溝谷濕地分布著多年凍土。土壤類型為棕色針葉林土、泥炭沼澤土和草甸土，泥炭層厚度45～60 cm，其中0～10 cm土壤全氮含量為14.8 mg·g-1，pH為4.7。該區(qū)泥炭地植被類型以興安落葉松-泥炭蘚（Larix gmelinii Sphagnum）群落為主。高層灌木有興安落葉松（Larix gmelini）、樟子松（Pinus sylvestris var.mongolica）、白樺（Betula platyphylla）；矮層灌木有杜香（Ledum palustre）、杜鵑（Rhododendron simsii）、云杉（Dragon spruce）等；草本層有小葉章（Calamagrostis angustifolia）、白毛羊胡子草（Eriophorum vaginatum）等形成的“塔頭”。

2 方法與數(shù)據(jù)

通過對研究區(qū)秋季凍融期大氣、土壤溫度的連續(xù)觀測，將研究區(qū)最低氣溫開始位于0 ℃以下（研究區(qū)9 月中下旬）至最高氣溫位于0 ℃以下并持續(xù)3～5天的（研究區(qū)11 月上旬）這段時間作為本研究的秋季凍融期［42-43］。其中9 月25 日—10 月7 日為秋季凍融前期，該地區(qū)的大氣和土壤溫度均呈下降趨勢。10 月10 日—10 月22 日為秋季凍融中期，日最低氣溫降至0 ℃，截至10 月24 日—11 月5 日為秋季凍融后期，日最高氣溫和地表溫度均低于0 ℃，且持續(xù)數(shù)天。根據(jù)大興安嶺多年凍土泥炭層土壤平均深度，把土壤垂直剖面分為兩部分：0～20 cm 為淺層泥炭土；20～50 cm為深層泥炭土。

2.1 樣品采集

本研究在大興安嶺多年凍土泥炭地，沿一定坡度設置三種典型的泥炭地為研究對象，分別設置3個100 m×100 m 樣地，在每種泥炭地樣地內(nèi)隨機設置3 個20 m×20 m 樣方作為重復，于2019 年9 月25日—11 月5 日，采樣周期為間隔1 天，采樣時間均固定在北京時間09：00—11：00，分別采集淺層和深層多年凍土泥炭土壤，土壤樣品的測定值作為該天土壤要素的平均值。

每次采樣時，去除樣地表面的凋落物和腐殖質后，用內(nèi)徑5 cm 的土鉆分層采集0～10、10～20、20～30、30～40和40～50 cm深度的土壤，剔除雜草和石礫后過2 mm 孔徑篩，同種樣地同層均勻混合，用于多年凍土泥炭地土壤無機氮和含水量的測定。用便攜式溫度計（JM-624，中國天津今明儀器有限公司）重復3 次測量0～50 cm 土層深度的土壤溫度（間隔為5 cm）以及采樣地實時大氣溫度。

2.2 樣品處理

將新鮮土樣置于已稱鋁盒中，用烘干法（105 ℃，24 h）測定不同土層土壤含水量。稱取10 g新鮮土樣于250 mL 三角瓶內(nèi)，加入100 mL 氯化鉀（1 mol·L-1），搖床常溫振蕩1 h 后靜置30 min，離心10 min 后用0.45 μm 定性濾紙過濾，移濾液40 mL于50 mL的離心管中保存待測。過濾的土壤溶液盡快在24 h 之內(nèi)分析，如不能達到要求則冷藏保存。三種多年凍土泥炭地土壤NH4+-N 和NO3--N 含量用連續(xù)流動分析儀（SKALAR San++，荷蘭）測定。

2.3 數(shù)據(jù)處理

應用Excel 2010 對初始數(shù)據(jù)進行整理，Origin 9.0軟件進行繪圖。應用SPSS 22.0數(shù)據(jù)處理軟件，用單因素方差分析（LSD）方法，比較三種多年凍土泥炭地類型在秋季凍融期中土壤溫度、含水量、NH4+-N和NO3--N 含量的差異。用Pearson相關分析檢驗環(huán)境變量與土壤NH4+-N 和NO3--N 含量的相關關系（當P＜0.05 為顯著）。采用多元線性逐步回歸的方法揭示多年凍土泥炭土壤無機氮對溫度和含水量的響應程度。

3 結果

3.1 秋季凍融期土壤溫度、含水量變化規(guī)律

在秋季凍融前期和中期，XY 分別與XA、BM 在15 cm、30 cm 和35 cm 土壤溫度呈現(xiàn)差異顯著（P＜0.05），在秋季凍融后期差異均不顯著（P＞0.05）（附表1）。土壤總體均溫大致呈現(xiàn)出XY 最大，BM 最小的趨勢。如圖1所示，3種凍土泥炭地淺層土壤溫度在秋季凍融后期波動幅度較大，與秋季凍融前期相比降低幅度分別為79%、68%和52%；深層土壤溫度先降后升呈波動變化。其中XY 在整個秋季凍融時期深層土壤溫度大于淺層，而XA 和BM 僅在秋季凍融中期和后期與之變化一致，秋季凍融前期淺層土壤溫度大于深層。

圖2表明，在整個秋季凍融時期，3 種凍土泥炭地淺層含水量均大于深層，其中XY 平均整體含水量最大，BM 最??；且在秋季凍融前期和中期XY 分別與XA、BM 在0～20 cm 土壤含水量呈現(xiàn)出顯著差異水平（P＜0.05）（附表1）。3 種凍土泥炭地在秋季凍融前、中和后期土壤含水量均呈現(xiàn)波動下降趨勢，其中XY 降幅最大（63.8%），BM 降幅最?。?.3%）。

附表1 3種多年凍土泥炭地的土壤溫度、含水量方差分析Attached table 1 Variance analysis of soil temperature and soil moisture content in the three permafrost peatlands

圖2 秋季凍融期3種泥炭地淺層、深層土壤含水量變化（XY：小葉章泥炭地；XA：興安落葉松-泥炭蘚泥炭地；BM：白毛羊胡子苔草泥炭地）Fig.2 Variations of soil moisture content in shallow and deep layers of three permafrost peatlands during the autumn freeze-thaw period（XY：Calamagrostis angustifolia peatland；XA：Larix gmelina-Sphagnum peatland；BM：Eriophorum vaginatum peatland）

3.2 秋季凍融期多年凍土泥炭地土壤NH4+-N、NO3--N含量變化規(guī)律

圖3可以看出，XA與BM土壤NH4+-N變化趨勢基本一致，即秋季凍融后期NH4+-N 平均含量均大于前期，其中BM土壤NH4+-N增加幅度最大（26.5%）。XY淺層土壤NH4+-N在整個秋季凍融期中呈波動變化，秋季凍融中期出現(xiàn)最大值為（20.60±0.20）mg·kg-1。在整個秋季凍融期，XY 和XA 淺層NH4+-N 均大于深層，且不同凍土泥炭地的淺層、深層NH4+-N在對應土層間均不存在顯著差異（P＞0.05）（附表2）。NH4+-N總體變化趨勢為：BM＞XY＞XA。

附表2 3種多年凍土泥炭地在不同土層深度的無機氮濃度差異性分析Attached table 2 Difference analysis of inorganic nitrogen concentration in three permafrost peatlands at different soil depths

圖3 2019年秋季凍融期3種泥炭地淺層、深層土壤NH4+-N含量變化（XY：小葉章泥炭地；XA：興安落葉松-泥炭蘚泥炭地；BM：白毛羊胡子苔草泥炭地）Fig.3 Variations of soil NH4+-N content in shallow and deep layers of three permafrost peatlands during the autumn freeze-thaw period in 2019（XY：Calamagrostis angustifolia peatland；XA：Larix gmelina-Sphagnum peatland；BM：Eriophorum vaginatum peatland）

如圖4 所示，3 種凍土泥炭地NO3--N 變化趨勢各不相同，總體上：XY＞XA＞BM。其中BM 土壤NO3--N 在秋季凍融后期明顯上升，上升幅度為107.4%，XA則在秋季凍融中期逐漸降低之后升高，出現(xiàn)最小值為（0.02±0.01）mg·kg-1。在秋季凍融前期，XY深層土壤NO3--N分別與XA和BM 在對應土層間存在顯著差異（P＜0.05），其中XY 深層土壤NO3--N 在秋季凍融中期達到最高值（14.64±1.11）mg·kg-1而后下降。

圖4 2019年秋季凍融期3種泥炭地淺層、深層土壤NO3--N含量變化（XY：小葉章泥炭地；XA：興安落葉松-泥炭蘚泥炭地；BM：白毛羊胡子苔草泥炭地）Fig.4 Variations of soil NO3--N content in shallow and deep layers of three permafrost peatlands during the autumn freeze-thaw period in 2019（XY：Calamagrostis angustifolia peatland；XA：Larix gmelina-Sphagnum peatland；BM：Eriophorum vaginatum peatland）

3.3. 種凍土泥炭地NH4+-N、NO3--N 含量與環(huán)境變量之間的關系

在整個秋季凍融時期，BM 淺層（10～20 cm）、深層（20～30 cm）含水量分別與淺層、深層NH4+-N 存在相關關系（P＜0.05）（附表3），可解釋淺層NH4+-N 釋放的30.1%和19.4%（表1）。XA淺層（10～20 cm）含水量與淺層NO3--N 存在顯著正相關關系（P＜0.05），可解釋淺層NO3--N 釋放的17%。XY 環(huán)境因子與無機氮之間不存在回歸關系。

表1 2019年秋季凍融期不同泥炭地類型土壤溫度、含水量與無機氮含量的逐步多元線性回歸分析Table 1 Multiple linear stepwise regression analysis of soil temperature，moisture content and inorganic nitrogen concentrations in different peatland types during the whole autumn freeze-thaw period in 2019

附表3 整個秋季凍融時期凍土泥炭地的環(huán)境變量與無機氮濃度的相關分析Attached table 3 Correlation analysis of environmental variables and inorganic nitrogen concentrations in permafrost peatlands throughout the autumn freeze-thaw period

表2可知，在秋季凍融前期，XY 樣地0 cm 土壤溫度分別與淺層和整體NH4+-N 之間存在顯著正相關關系（P＜0.05）（附表4），可解釋無機氮釋放的50.5%和66.4%。XA 樣地0 cm 土壤溫度與淺層NH4+-N和NO3--N間存在相關關系，無機氮釋放分別為68.5%和50.3%。BM 深層（40～50 cm）含水量與深層NH4+-N 之間存在正相關關系，可解釋深層NH4+-N釋放的52%。

表2 2019年秋季凍融前期不同泥炭地類型土壤溫度、含水量與無機氮含量的多元線性逐步回歸分析Table 2 Multiple linear stepwise regression analysis of soil temperature，water content and inorganic nitrogen concentrations in different peatland types during the prophase of autumn freeze-thaw period in 2019

附表4 秋季凍融前期凍土泥炭地的環(huán)境變量與無機氮濃度的相關分析Attached table 4 Correlation analysis of environmental variables and inorganic nitrogen concentrations in permafrost peatlands during the prophase of autumn freeze-thaw

在秋季凍融中期，XY 樣地0 cm 土壤溫度與整體NO3--N 之間存在顯著負相關關系（P＜0.05）（附表5），可解釋無機氮釋放的65%（表3）。XA 樣地淺層（0～10 cm）含水量與淺層NO3--N 間存在顯著性負相關關系（P＜0.05），可解釋無機氮釋放的59.4%。BM 無機氮含量與淺層環(huán)境因子有關（P＜0.05），可解釋淺層NH4+-N釋放的64.1%。

表3 2019年秋季凍融中期不同泥炭地類型土壤溫度、含水量與無機氮含量的多元線性逐步回歸分析Table 3 Multiple linear stepwise regression analysis of soil temperature，water content and inorganic nitrogen concentrations in different peatland types during the metaphase of autumn freeze-thaw period in 2019

附表5 秋季凍融中期凍土泥炭地的環(huán)境變量與無機氮濃度的相關分析Attached table 5 Correlation analysis of environmental variables and inorganic nitrogen concentrations in permafrost peatlands during the metaphase of autumn freeze-thaw

如表4 所示，在秋季凍融后期，僅有XY 環(huán)境因子與無機氮含量有關，其中淺層土壤溫度與無機氮之間存在顯著正相關關系（P＜0.05）（附表6），可解釋整體NH4+-N 釋放的69.1%和淺層NO3--N 釋放的58.9%。

表4 2019年秋季凍融后期小葉章泥炭土壤溫度與無機氮含量的多元線性逐步回歸分析Table 4 Multiple linear stepwise regression analysis of soil temperature and inorganic nitrogen concentrations in the XY peatland during the anaphase of autumn freeze-thaw period in 2019

附表6 秋季凍融后期凍土泥炭地的環(huán)境變量與無機氮濃度的相關分析Attached table 6 Correlation analysis of environmental variables and inorganic nitrogen concentrations in permafrost peatlands during the anaphase of autumn freeze-thaw

4 討論

4.1 多年凍土泥炭地土壤無機氮變化

本研究中，3 種多年凍土泥炭地土壤NH4+-N、NO3--N 含量的變化范圍分別為：（1.00±0.00）～（20.60±0.20）mg·kg-1、（0.02±0.01）～（14.64±1.11）mg·kg-1，較該區(qū)域7 月（98.43～216 mg·kg-1、15.58～17.07 mg·kg-1）變化明顯降低［44］，說明秋季凍融期溫度變化會影響北方泥炭地土壤無機氮的動態(tài)。但是也有研究發(fā)現(xiàn)秋季溫度變化對凍土區(qū)無機氮含量沒有影響［45］，其原因可能是土壤在不同的生態(tài)系統(tǒng)中，產(chǎn)生了對環(huán)境和溫度耐受力不同的土壤微生物，而土壤微生物是影響土壤中無機氮變化的關鍵因素［46］，從而使無機氮變化相對復雜。

本研究發(fā)現(xiàn)大興安嶺凍土區(qū)土壤有效氮以NH4+-N 為主，這與肖瑞晗在研究本區(qū)域結果相一致［47］。由于NO3--N 攜帶被土壤膠體排斥的負電荷［48］，一方面在非生長季受降水等影響向較深土壤淋溶，另一方面受到反硝化作用以揮發(fā)方式損失，從而導致土壤中NH4+-N 明顯高于NO3--N。本研究中，XA 樣地土壤淺層無機氮的含量明顯高于深層，這一結果與魯博權等［49］研究結果相似，即無機氮在垂直方向上具有空間異質性。這是由于凍土區(qū)植被根系在汲取氮素時會使有機質在淺層聚集，且淺層土壤因水熱條件和土壤基質有效性條件好，氮礦化程度高于微生物的固持［50］，而深層土壤則相反，從而導致無機氮含量較低。我們發(fā)現(xiàn)在整個秋季凍融時期，土壤NH4+-N 在3 種凍土泥炭地各土層間不存在顯著差異（P＞0.05）；而NO3--N 在淺層和深層土壤中呈現(xiàn)出顯著性差異（P＜0.05），其中XY 受飽和含水量的影響NO3--N 平均含量較高，說明較高含水量會促進土壤礦化作用?？赡苁怯捎谶@種條件下微生物活性的增強提高了氨化而抑制了硝化作用，使NH4+-N 含量不斷累積同時不斷向NO3--N轉換［51］。不同泥炭地間無機氮含量以及組分會形成以上差異，說明不同泥炭地間土壤微生物會因為環(huán)境因子的不同形成差異，從而導致土壤氮礦化程度不同［52］，其次由于不同土層間土壤物理性質（結構、孔隙度）的差異，造成了NO3--N 淋溶、NH4+-N 吸附程度不同。

4.2 多年凍土泥炭地土壤無機氮對秋季凍融的響應

影響凍土區(qū)泥炭地無機氮含量的因素多且復雜，其中土壤溫度和含水量是影響無機氮轉化的主要環(huán)境因子［53］。在不同生態(tài)系統(tǒng)條件下，控制水熱條件對無機氮的影響存在差異（表5）：森林生態(tài)系統(tǒng)中長白山地區(qū)溫帶森林土壤以及濕地生態(tài)系統(tǒng)中三江平原沼澤濕地和小興安嶺濕地土壤在經(jīng)過凍融模擬實驗后，均發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)后無機氮含量高于培養(yǎng)前，這與本研究發(fā)現(xiàn)秋季凍融后期土壤無機氮含量明顯高于凍融前期的結果相一致，說明土壤氮礦化過程在秋季凍融后期受到強烈影響使硝化底物逐漸聚集，此時環(huán)境變化不足以影響硝化細菌活性且硝化過程強于反硝化過程［54］，因而導致無機氮含量上升。但是受培養(yǎng)溫度不同的影響，研究發(fā)現(xiàn)森林系統(tǒng)中大興安嶺落葉松林土壤凍融交替會減少土壤中有效氮的累積。

表5 控制水熱條件下無機氮變化研究的比較Table 5 Comparisons of inorganic nitrogen changes under controlled hydrothermal conditions

有研究認為單一的溫度［50］或水分［55］條件會對無機氮造成影響，本實驗發(fā)現(xiàn)在秋季凍融時期土壤溫度和含水量與無機氮含量之間存在相關關系，但是與水熱的交互作用之間不存在相關性，這與馬秀艷［56］在研究該區(qū)結果不同，產(chǎn)生差異的原因可能是因為野外原位實驗與室內(nèi)模擬實驗條件下，環(huán)境因子變化的復雜程度不同，造成了無機氮與水熱交互作用的相關性存在差異。

經(jīng)逐步回歸分析表明（表2～4），在不同凍融階段，無機氮對環(huán)境因子的響應程度也存在差異。在整個秋季凍融期，BM 淺層（10～20 cm）含水量對無機氮含量的影響程度最大（R2=0.301），這是由于淺層土壤含水量更容易影響土壤通氣性和土壤微生物活性，進而改變影響了土壤基質的養(yǎng)分循環(huán)，從而對無機氮轉化產(chǎn)生影響。通常認為無機氮對溫度的響應程度大于含水量［62］，但是BM 樣地在整個秋季凍融時期，溫度和含水量都處于較低水平且變化幅度較小，與溫度相比含水量對土壤微生物活性起有效作用，這與趙媛［34］在研究秋末凍融循環(huán)對長白山地區(qū)無機氮的影響結果相似，即無機氮對含水量的響應程度大于溫度。在秋季凍融前、中和后期，3 種多年凍土泥炭地淺層（0～20 cm）土壤的環(huán)境因子與無機氮釋放有關，其中淺層土壤溫度對無機氮釋放的貢獻率最大（R2=0.685），這主要受當?shù)胤巧L季寒冷氣候的影響，溫度通過改變土壤中生物酶和氨氧化細菌、硝化細菌的活性來影響氮的分解和無機氮的釋放［63］。但是不同土壤環(huán)境條件下微生物對溫度敏感程度有很大差異［64］，本研究發(fā)現(xiàn)，受非生長季溫度逐漸降低的影響，XA 僅在秋季凍融前期土壤溫度對無機氮釋放有貢獻（R2=0.685），在秋季凍融后期不存在相關關系，這與表5 中草地生態(tài)系統(tǒng)下青藏高原高寒草甸區(qū)研究發(fā)現(xiàn)短期的凍融交替可以顯著增加土壤中的氮礦化累積結果相似。說明與長期凍融相比，短期溫度變化會破壞土壤團聚結構從而影響氨氧化細菌的活性，一部分微生物為了維持繁殖不斷汲取死亡微生物的養(yǎng)分，從而促進了微生物的活性，影響土壤氮礦化速度。但也有研究發(fā)現(xiàn)，短期凍融對土壤氮礦化并沒有影響［57］，土壤微生物會對溫度變化做出調(diào)節(jié)反應，從而無機氮變化不顯著。秋季凍融期無機氮對環(huán)境因子的響應程度存在以上差異的原因可能有以下四方面：第一，樣地沿一定坡度選取，地勢高低不同造成了土壤含水量存在顯著差異。第二，受到地表植被的影響，土壤微生物的類別和數(shù)量存在差異因此對氮礦化程度不同［44］。第三，與凋落物有關，不同凋落物分解的有機質不同會影響土壤有效基質［65］。第四，3 種泥炭地土壤的容重、孔隙度和pH值等物理性質存在差異［66］。這些要素的綜合影響造成了不同泥炭地間，以及凍融期不同時期間無機氮含量對溫度和含水量響應程度的不同。

在整個秋季凍融期，頻繁的凍融交替一方面會改變土壤理化性質影響氮元素的依附能力，釋放出固定的NH4+-N［67］，另一方面會使部分微生物死亡釋放出細胞中的礦質氮，為生存微生物提供了養(yǎng)分，因此提高了非生長季土壤氮礦化速量。本研究中，XY淺層土壤NH4+-N在秋季凍融中期出現(xiàn)峰值之后下降，可能是因為在秋季凍融初期土壤環(huán)境因子（其中淺層土壤溫度對NH4+-N 貢獻最顯著為66.4%）變化使土壤粒子不斷收縮造成土壤膠體中固定NH4+-N 被釋放而導致暫時升高，秋季凍融后期土壤理化性質遭到破壞使土壤孔隙度增大對NH4+-N的固持能力下降因而不斷淋溶減少［68］。XA 樣地在秋季凍融中期，一方面淺層環(huán)境因子對NO3--N 貢獻為59.4%且存在顯著負相關關系（P＜0.05）因而使淺層NO3--N 含量明顯上升，另一方面由于泥炭地土層黏重且滲透性差導致NO3--N 淋溶性較差而上升［69］。

5 結論

本研究以大興安嶺三種多年凍土泥炭地為研究對象，通過野外原位實驗，分別分析了秋季凍融前、中和后期多年凍土泥炭地淺層和深層土壤無機氮的時空變化特征、淺層和深層土壤含水量和溫度的變化規(guī)律，建立了土壤無機氮含量與土壤溫度和含水量間的多元線性回歸模型。主要結論如下：

（1）大興安嶺多年凍土泥炭地在秋季凍融期中無機氮含量以NH4+-N 為主，淺層土壤NH4+-N 和NO3--N含量明顯高于深層；秋季凍融后期NH4+-N和NO3--N 含量明顯高于秋季凍融前期；整體上BM 樣地 的NH4+-N 含 量 最 高，XY 樣 地 的NO3--N 含 量最高。

（2）短期凍融交替更容易影響無機氮含量；XA和BM 在秋季凍融前期和中期，無機氮含量顯著受到溫度影響（P＜0.05）。3種泥炭地無機氮含量對土壤溫度和含水量的響應程度不同；淺層土壤無機氮含量對淺層土壤水熱條件響應強烈。

（3）本研究探討了秋季凍融條件下多年凍土泥炭地無機氮的時空分布變化，有助于了解在全球變暖條件下中高緯度無機氮變化特征，也可進一步為秋季凍融期溫室氣體排放對全球變暖響應的研究提供基礎數(shù)據(jù)。