东北地区是我国唯一的高纬度多年冻土区,也是我国第二大多年冻土区,多年冻土面积近40万平方公里。大部分分布在47°N以北的大兴安岭区域(内蒙古自治区东北部和黑龙江省北部),大兴安岭中南部(内蒙古东部)则主要分布山地冻土。东北多年冻土位于欧亚大陆多年冻土南缘,属于不连续多年冻土区。
在兴安岭北部,广袤无垠的森林、湿地和积雪是最具特色的下垫面,对下伏季节冻土和多年冻土的地温以及冻融作用有着十分重要的影响。在我国东北的兴安岭和俄罗斯的外贝加尔地区,积雪、植被、水分、地形和大气逆温等局地因素导致的温度位移十分显著,因而形成与极地和高海拔冻土截然不同的兴安-贝加尔型多年冻土。此类冻土的形成、发展和保存更多受制于局地因子,例如盆地中部、洼地的沼泽湿地的冻土比高处的山顶和中上部冻土更为发育(温度低、厚度大,热稳定性强)。这里的冻土对气候变暖的敏感性较弱,但对可能导致地表覆被和排水条件变化的人类活动(如垦殖、森林减退和城镇化)的响应比高原冻土更加敏感。
近十几年来东北地区北部城镇化发展较快,在寒区基础工程设施的建设过程中,伴随大面积的地面剥离工程,对植被破坏非常严重,改变了多年冻土的水热平衡状态。从而引起多年冻土地下冰融化,多年冻土上限下降,造成了大量的环境工程地质问题,例如热融滑塌、地面路基下沉、边坡失稳等。掌握本区多年冻土状况及其与局地因子之间的关系能为人类工程活动的决策与实施提供科学依据和理论指导,最终切实保护冻土环境和工程建筑物的稳定性。
冻土生态联合观测站(50°50′N,121°30′E)设在大兴安岭生态站内,生态站始建于1991年,位于潮查森林管护所生态功能区内,是国家林业局在我国寒温带、高纬度地区最早建立的森林野外观测站,代表了大兴安岭北部针叶林生态区域,依托单位是内蒙古农业大学。
这里处于大兴安岭中山地带,位于大兴安西北坡根河上游。最高海拔1116 m,最低海拔810 m,相对高差200~300 m;山体北高南低,平均坡度12°。属于寒温带大陆季风气候,受西伯利亚冷空气和蒙古高压控制,冬季漫长而严寒,春秋季凉爽而短暂,夏季更短,温差变化极大。年平均气温-5.4℃,最低气温-50℃,最高气温32℃,年均日照2594 h,全年≥10℃积温1403℃。年降水量为450~550 mm,60%集中在7、8月份;9月末至第二年5月初为降雪期,降雪厚度达20~40 cm;每年10月到第二年3月降雪量占全年降水量的12%,是季节性积雪区。全年地表蒸发量800~1200 mm,无霜期仅为80天。
地带性植被为寒温带针叶林,由于远离人类活动,基本保留着原始林景观。主要林型为杜香—落叶松林、杜鹃—落叶松林,还有草类兴安落叶松林等,沿河还有溪旁落叶松林和藓类落叶松林等。主要成林树种为兴安落叶松,其面积占总面积的79%,树高25~30 m,胸径26~30 cm,公顷蓄积150~200m3,落叶松林龄最大在160年左右。在缓坡地带伴生有少量的白桦(Betula platyphylla)、山杨(Populus davidiana),林木组成一般为8落2白,如果白桦组成增大至六成以上,则为白桦派生林型。林下植物常见有杜香(Ledum palustre)、杜鹃(Rhododendronsp.)、越橘(Vacciniumsp.)、红花鹿蹄草(Pyrola incarnata)、舞鹤草(Maianthemumsp.)、山黧豆(Lathyrus humitis)等。
区内土壤以暗棕壤为主,由于当地寒冷湿润,苔鲜枯枝落叶层发育较厚,达5~8 cm,腐殖质一般在l0 cm左右,滞水性强,使土壤在生长季处于湿润状态,灰化现象不明显,土层20~40 cm,含有较多石砾,河谷分布有草甸土和沼泽土,成土母质多残积物。基岩以花岗岩和玄武岩为主。
境内连续多年冻土和岛状多年冻土交错分布,为大片连续多年冻土带南缘,冻层深度0.8~3.0 m,结冻期长达8个月。这里也是大兴安岭北部冰缘地貌强烈发育区,主要冰缘地貌类型有石海、石河、泥炭丘、冰丘、雪蚀凹地等。总而言之,这里不仅是研究我国高纬度多年冻土与寒温带植被及其他因子回馈机制的理想区域,而且其研究成果能为当地以后公路、铁路、输油输气管道等大型工程活动的决策与实施提供科学依据和理论指导,最终切实保护冻土环境和工程建筑物的稳定性。
冻土生态联合观测站的主要研究内容包括:森林-积雪-冻土之间的互馈机制、不同景观下的冻土水热动态、冻土地温变化与环境因子的关系、气候变化和人类活动影响下冻土长期响应、以及人类活动对多年冻土水文地质环境的影响。目前,站内已经取得深度不一的地温观测孔15个。除地温观测孔外,还布置了活动层温湿观测系统、雪特性观测系统、2套标准自动气象台站、土壤热通量板、28个有效地表温度自动记录计(U盘温度计)、20处雪深观测花杆、4块植被调查样地等。迄今为止,已经获得了大量有效的第一手资料。
依托本站开展的研究项目有:冻土工程国家重点实验室开放基金课题“森林和沼泽植被减退对大兴安岭西坡北部多年冻土热稳定性影响的对比观测研究”(SKLFSE200902);实验室探索项目(SKLFSE-ZT-01)“大兴安岭积雪、冻土和森林、湿地生态系统的互馈机制研究”(编号:40901044),国家自然科学基金“大兴安岭地区不同植被类型对冻土水热过程的影响研究”(编号:41201066);冻土实验室自选课题“大兴安岭北部地温/活动层水热过程监测研究”;寒旱所人才基金“大兴安岭积雪对冻土区活动层的影响”(编号:Y18A81001);冻土工程国家重点实验室青年人才项目(编号:SKLFSE-ZQ-12)“大兴安岭不同类型多年冻土分区生态环境特征指标变化研究”和“大兴安岭北部植被与积雪对冻土热稳定性影响的研究”。取得的成果有2009年杨思忠博士论文《大兴安岭中部伊图里河不活动冰楔特征及其气候环境意义研究》和2011年常晓丽博士论文《大兴安岭北部植被与积雪对冻土地温影响研究》,以及核心论文及SCI论文数篇(如下)。
Jin HJ,et al. Degradation of permafrost in theXing¢anlingMountains,Northeastern China.Permafrost and Periglacial Processes, 2007,18(2), 245-258.
Jin HJ,et al. Symbiosis of marshes and permafrost in theHigganMountains,Northeastern China.Chinese Geographical Sciences, 2008,18(1): 62-69.
常晓丽,金会军,何瑞霞等.大兴安岭北部多年冻土监测进展.冰川冻土, 2013,35(1): 93-100.
常晓丽,金会军,王永平等.植被对多年冻土的影响研究进展.生态学报, 2012,32(24): 7981-7990.(获得该杂志优秀学术论文)
常晓丽,金会军,何瑞霞等.中国东北大兴安岭多年冻土与寒区环境考察和研究进展.冰川冻土,2008,30(1):176-181.
常晓丽,金会军,于少鹏等.大兴安岭林区植被对冻土的影响.生态学报,2011,31(18): 5138- 5147.
孙广友,金会军,常晓丽,等.大兴安岭北部宽谷地貌对沼泽湿地形成的控制.冰川冻土, 2010,33(5): 991-998.
Chang XL,et al. Thermal impacts of boreal forest vegetation on active layer and permafrost soils in northern Da Xing'anling (Hinggan) Mountains,Northeast China.Arctic, Antarctic and Alpine Research, 2014, in press.
观测站基本信息
中文名称:冻土生态联合观测站(根河)
英文名称:Cooperative Station of Permafrost Ecology in the Hola Basin, Middle Da Xing’anling Mountains(CSoPE-DXM)
学科领域:冻土学、寒区生态、森林水文学、碳排放、森林经营等
学科定位:高纬多年冻土区寒温带生态系统动态变化的基础观测研究,侧重观测研究多年冻土与北方森林、湿地生态系统各因子之间的互馈机制。
依托单位:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所、内蒙古农业大学林学院
主要责任人:金会军、常晓丽(寒旱所冻土工程国家重点实验室);
张秋良(内农大大兴安岭森林生态系统定位观测研究站)
基地地址:内蒙古根河市景观路13.5 km大兴安岭森林生态系统国家野外科学观测研究站(http://www1.imau.edu.cn/linxue/show.php?contentid=714)
邮政编码:022300