编辑推荐：
为探究亚北极连续永久冻土南缘活动层（ALT）热动态的精细控制因素，研究人员以加拿大哈德逊湾低地泥炭地的苔原 Heath、开阔禾草沼泽和泥炭丘 / Palsa 地貌为对象，发现 2012 - 2024 年 ALT 融化深度显著增加，且地貌间解冻模式差异受土壤属性、地形和植被等调控，揭示了生物物理特性与气候的互作机制。
永久冻土是指持续两年或更久保持在 0°C 或以下的岩土物质，在维持北方地区稳定微气候和生态平衡中扮演关键角色。然而，全球气候变暖正导致北方地区永久冻土广泛且快速退化，表现为面积缩小、活动层加深、热喀斯特发育和地表沉降等。尽管已有大量关于永久冻土融化的研究，但在亚北极地区及连续永久冻土南缘，活动层热状况的认知仍较为有限。尤其是活动层热动态（如解冻时间、幅度和速率）如何受局部地貌特征影响，不同土地覆被类型下的调控机制尚不明确。在此背景下，开展对亚北极湿地不同地貌活动层热状况的研究，对于理解气候变化下永久冻土退化的复杂过程及生态系统响应至关重要。
为解决上述问题，研究人员针对加拿大哈德逊湾低地（HBL）这一北美连续永久冻土南缘的重要区域展开研究。该区域是北美最大的泥炭地复合体，包含苔原 Heath、开阔禾草沼泽（Fen）和泥炭丘（Palsa）等多种地貌，植被覆盖、土壤水分状况和土壤属性差异显著，为研究活动层热动态提供了理想场所。研究旨在明确不同地貌特征的生物物理属性和气候对活动层热状况的影响，分析土壤湿度、积雪覆盖、温度和植被组成等因素对活动层解冻模式的作用。研究成果发表在《FACETS》。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，在研究区域内的苔原 Heath、Fen 和 Palsa 地貌部署了 8 个连续数据记录气象站，配备地下热敏电阻串（Campbell CS225 Temperature String），以小时为单位收集土壤温度信息，同时记录空气温度、积雪深度和近地表土壤水分（以体积含水量 %（VWC）表示）。其次，在 Burntpoint Creek 研究站附近的两个样带（Fen 和苔原）进行手动活动层厚度（ALT）测量，通过插入钢杆至冻层来确定解冻深度，每年在 6 月初、7 月和 8 月进行三次测量，以评估季节解冻深度的年趋势。此外，运用线性混合效应模型和广义加性模型（GAMs）对数据进行分析，探讨地貌、气象和土壤水分指标与活动层热状况指标之间的关系。
活动层热状况比较
研究发现，苔原 Heath、Fen 和 Palsa 地貌的活动层热状况存在显著差异。苔原 Heath 站点的季节性土壤温度变化（0.15°C / 天）显著高于 Palsa（0.06°C / 天）和 Fen（0.08°C / 天）站点。Palsa 的解冻开始时间（DOY：197）显著晚于苔原 Heath（DOY：144）和 Fen 站点（DOY：162），且解冻期持续时间（98 天）显著短于 Fen（162 天）和苔原 Heath 站点（160 天）。苔原 Heath 站点的平均土壤温度（6.5°C）最高，其次是 Fen（4.8°C）和 Palsa（1.9°C），其中苔原与 Palsa 站点间差异显著。垂直解冻速率在苔原 Heath 站点最高（0.20 m / 天），Palsa（0.018 m / 天）和 Fen（0.015 m / 天）站点较低但相近，不过地貌间无显著差异。
手动活动层厚度比较
Fen 样带春季常被淹没，具有较高的禾草覆盖度、较厚的泥炭层（平均深度 27.6 cm）和较高的地表水分饱和度；而苔原样带春季不被淹没，有机层较浅（平均深度 6.2 cm），下伏砾石 / 沙子。在季节解冻模式上，苔原站点在 7 月采样期的解冻深度显著大于 Fen 站点，表明苔原样带的季节内解冻速率更快。此外，Fen 和苔原样带的解冻深度均随时间显著增加，且苔原样带的解冻深度更大。
天气对活动层热状况的影响
广义加性模型（GAMs）显示，近地表土壤水分（5 cm 深度）和加热度日数（HDD）在预测解冻期长度方面重要性相似，而土壤水分在预测解冻开始时间方面重要性相对更高。积雪最后一天是季节性土壤温度变化的重要预测因子，但在预测其他活动层热状况指标方面重要性较弱。土壤水分对解冻开始时间、解冻期长度和平均土壤温度有显著影响，HDD 与解冻开始时间提前和解冻期延长相关，积雪最后一天与地貌的交互作用对平均土壤温度和季节性土壤温度变化有显著影响。
讨论
活动层热状况在不同地貌间的差异主要由土壤属性、土壤水分和植被组成等 site-specific 环境因素介导。有机土层厚度是关键因素，其绝缘特性导致 Palsa（>1.25 m）和 Fen（平均 26.3 cm）的活动层解冻深度小于苔原 Heath（平均 8.9 cm）。苔原 Heath 的粗粒砾石土壤具有较高的热导率，促进了热量传递和土壤升温，加速了解冻过程。土壤水分通过影响热传导和蒸发散热对解冻产生负向作用，尽管 Fen 的土壤水分高于 Palsa，但其较薄的有机层使得解冻深度仍大于 Palsa。植被通过遮荫、积雪积累和地表反照率等影响热状况，Palsa 的地衣和灌木覆盖可能通过反射辐射减少热量吸收。地形对 Palsa 的解冻深度也有影响，穹顶状的 Palsa 1 和 2 解冻深度大于高原状的 Palsa 3，可能与积雪覆盖和风力暴露有关。
研究表明，未来气候变暖（预计 HBL 到 2080 年空气温度升高 10°C）将对不同地貌的永久冻土退化产生不同影响。苔原 Heath 等有机层薄、粗粒土壤的区域可能对变暖更敏感，而 Palsa 和 Fen 中的厚有机层和高土壤水分可能缓冲部分变暖效应。该研究揭示了亚北极生态系统中地貌特征的生物物理属性与气候的相互作用，为理解活动层解冻模式提供了新视角，有助于评估区域对气候变暖的响应，为永久冻土退化的缓解措施和适应性管理策略提供科学依据。
