森林約占全球土壤碳庫的70%，是調(diào)節(jié)大氣CO₂濃度的關(guān)鍵因素。濕地作為陸地和水生系統(tǒng)的過渡區(qū)，通常地下水位接近地表。全球變暖導(dǎo)致北方低地森林被濕地取代，造成景觀破碎化，并可能改變碳通量。土壤CO₂通量占大氣碳的20-38%，其主要來源是土壤呼吸，包括自養(yǎng)和異養(yǎng)呼吸。異養(yǎng)呼吸受溫度、濕度和溶解有機(jī)物（DOM）影響。低分子量化合物（LMW）更易降解，促進(jìn)微生物活動和土壤呼吸。解凍期雨雪事件可將DOM輸送至濕地，影響土壤CO₂通量。本研究假設(shè)，解凍期森林濕地集水區(qū)的土壤CO₂通量受DOM運(yùn)動的影響，目標(biāo)是分析CO₂通量變化，確定DOM的影響， 并探索微生物在其中的作用。

圖們江位于中國、朝鮮和俄羅斯的交界處，最終流入日本海，地處中高緯度地區(qū)，范圍為北緯41.99°到44.51°（圖1(a)）。布爾哈通河是圖們江的重要支流，其上游流域面積為1560平方公里。該流域以山地森林為主，森林、農(nóng)田和濕地的覆蓋率分別為81.7%、12.0%和2.0%（圖1(b)）。主要植被為蒙古櫟、白樺、紅松和苔草，分別分布在混交林和濕地中。土壤類型包括壤土、粉質(zhì)黏壤土和黏土，深度分別為0–11、11–34和34–64厘米。水東森林濕地流域（SFWC）是布爾哈通河流域的一個子流域，面積為0.98平方公里，其中森林、農(nóng)田和濕地面積比例分別為93.1%、0.7%和2.2%。此外，高地森林匯聚形成一條流經(jīng)下游濕地的溪流。因此，該流域?yàn)檠芯咳诨陂g森林濕地內(nèi)DOM運(yùn)動對土壤CO₂通量變化特征的影響提供了一個理想的天然實(shí)驗(yàn)室（圖1(c)）。

圖 1. 圖們江流域地理位置（TRB，a）及BRW主要土地利用分布（b）。森林濕地流域內(nèi)現(xiàn)場站點(diǎn)（▲）、土壤呼吸站點(diǎn)（●）、水體采樣站點(diǎn)（▲）的空間分布及相應(yīng)的場景圖片（c）。上游水和下游水分別是流入濕地的上游水和流出濕地的下游水的簡稱。

本研究使用便攜式溫室氣體分析儀及PS-3010超便攜CH4/CO₂土壤呼吸系統(tǒng)（北京理加聯(lián)合科技有限公司）測量了低洼森林、濕地和農(nóng)田的土壤呼吸速率。在每種土地利用隨機(jī)選擇的5m×5m區(qū)域內(nèi)設(shè)置三個獨(dú)立地塊（1 m × 1 m），并將九個表面積為 78.5cm2 的土圈提前24小時插入土壤10 cm。分別于2021年4月18日至21日 8:00、12:00 和17:00 記錄原位土壤呼吸測量值。雖然植被對土壤呼吸速率影響較小，但在監(jiān)測期間也從土圈中清除了地上生物量和雪。

圖 2. 2019 年至 2021 年凍融期間土壤 CO₂ 每日變化（a）。2020 年和 2021 年凍融期間森林土壤溫度和濕度每日變化（b）。Tsoil10、Tsoil20、Tsoil30 和 Tsoil50 分別代表 10cm、20cm、30cm和50cm 深度的土壤溫度（?C）。Msoil10、Msoil20、Msoil30 和 Msoil50 分別代表 10 cm、20 cm、30 cm 和 50 cm 深度的土壤濕度（%）。

圖3. 2020年和2021年融雪期氣溫、相對濕度及日降雨量變化，其中紅色箭頭指向雨雪天氣（a）。2020年和2021年融雪期土壤CO₂通量與主要?dú)庀笠蜃樱鉁?、相對濕度）的線性回歸分析（b）。R²和P值分別表示相關(guān)系數(shù)的平方和線性擬合的顯著性水平。

圖4. 2021年解凍期間水樣中DOC（a）和DON濃度變化趨勢（b）。2021年解凍期間土壤CO2通量與DOC（c）、DON（d）濃度的線性回歸分析。R²和P值分別表示相關(guān)系數(shù)的平方和線性擬合的顯著性水平。

本研究采用現(xiàn)場測量、野外采樣和多種分析方法，探討了融化期間森林濕地集水區(qū)內(nèi) DOM 運(yùn)動對土壤 CO₂ 通量變化的影響特征。首先，融化期間土壤 CO₂ 通量較高可能部分歸因于儲存的 CO₂ 的爆發(fā)。其次，高地森林的 DOM 可以通過地表徑流輸送到下游，然后在融化期間影響下游土壤 CO₂ 通量。最后，DOM 輸入中的 LMW 可能通過改變微生物豐度來刺激土壤呼吸。總體而言，流域 DOM 運(yùn)動可以影響融化期間下游土壤 CO₂ 通量，其中微生物可能通過改變土壤呼吸速率發(fā)揮作用。