大兴安岭火干扰下多年冻土退化机制：人为控制火烧( PFB )对生态系统依赖型冻土的热力影响研究

针对人为控制火烧(PFB)对大兴安岭生态系统依赖型多年冻土(XAP)的长期热力扰动问题，中国科学院西北生态环境资源研究院团队通过5年原位监测与电阻率成像(ERT)技术，首次揭示PFB导致冻土层形成季节性融化夹层、活动层增厚等连锁退化效应，为寒区防火隔离带建设提供科学依据。

　　

在全球变暖背景下，多年冻土(permafrost)作为地球冰冻圈的关键组成部分，其退化过程正引发连锁生态危机。位于中国东北部的大兴安岭地区，分布着独特的生态系统依赖型多年冻土——兴安冻土(Xing’an permafrost, XAP)，其稳定性高度依赖地表植被和有机质层的保温作用。与气候主导型的青藏高原冻土不同，XAP对地表干扰更为敏感，而当地为预防森林火灾每年实施的计划火烧隔离带(Prescribed firebreak burning, PFB)可能正在悄然改变冻土演化轨迹。

中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室的研究团队，在2019-2024年间建立了综合监测体系，通过钻孔地温监测与电阻率成像(ERT)技术，首次系统揭示了低强度重复火烧对XAP的热力影响机制。研究发现，看似温和的PFB竟会导致冻土层出现"季节性融化夹层"这一特殊现象——在寒冷季节，本该完全冻结的地层中出现了液态水层，且夹层底部逐年下移。监测数据显示，PFB区域的活动层厚度(Active Layer Thickness, ALT)比未干扰区平均增加0.8米，浅层地温升幅达1.5°C，这种热扰动效应随深度增加逐渐减弱但持续存在。

研究采用的关键技术包括：1) 建立包含12个测温孔的自动化监测系统，持续记录5年地温数据；2) 应用高密度电阻率成像(ERT)技术绘制冻土三维分布；3) 结合气象站数据对比分析火烧区与非干扰区的热力学差异。

【地面温度-深度剖面】章节揭示，PFB导致两个显著热力异常：每年4月出现的融化夹层厚度从2020年0.3米增至2024年1.2米；10月观测到的季节性融化深度(STD)在火烧区比对照区深1.5米。ERT成像显示，PFB区域冻土面积缩减27%，电阻率值降低15-20%，表明冰含量减少且未冻水增加。

【讨论】部分深入对比了三类干扰机制的差异：工程活动通过改变地表边界条件引发持续热输入；积水通过增强热对流加速冻融循环；而PFB则通过移除植被覆盖和有机层，显著降低地表热阻。值得注意的是，PFB的热影响具有"温水煮青蛙"式的累积效应——虽然单次火烧强度仅为野火的1/10，但年复一年的重复干扰使冻土系统失去恢复机会。

研究结论指出，在当前气候背景下，持续实施的PFB将导致XAP不可逆退化。这一发现颠覆了传统认知——过去认为低强度火烧生态影响可忽略，实际上其对冻土系统的长期热扰动可能比偶发野火更为深远。论文为寒区防火隔离带的科学规划提供了关键依据，建议在XAP分布区采用物理隔离等替代方案。该成果发表于地学权威期刊《CATENA》，不仅对理解人为-自然耦合作用下的冻土演化机制具有理论价值，也为"双碳"目标下的寒区碳管理提供了新视角——XAP退化释放的温室气体可能部分抵消防火带来的碳汇效益，这种权衡关系亟待后续研究量化评估。