文丨小志一直说
编辑丨小志一直说
前言北极土壤储存了大量的有机物，主要封存在永久冻土基质中，这些有机物可能在温暖的未来变得生物可利用。北极土壤中活性层的加深可能会改变土壤微生物学和养分动态，导致氮和磷的动员以及增加二氧化碳释放到大气中。
在气温升高的情况下，会出现地貌和水文变化，特别是通过地下水和地表水之间的连通性增加。这些变化通过释放养分储存以及沿地表和地下水文路径的相关分布，对陆地和水生生态系统的功能具有重大影响。
虽然迄今为止的大部分焦点都集中在北极土壤中的有机碳池上，但氮和磷含量在生态上也很重要。碳，氮和磷构成了元素循环的核心，它们的化学剂量被认为在未受干扰的生态系统中通常是稳定的。
影响生态系统中养分含量的因素气候变化正在导致植物和土壤中碳：氮：磷化学计量的脱钩，碳：氮：磷化学计量的任何不平衡都可能表明生态系统的养分限制。 随着气候变化的迅速发展，这些变化可以在高纬度地区明显。
除了变暖的直接影响外，北极生物地球化学还受到与气候变化相关的更长生长季节相关的生态系统物候和生产变化的影响。关于北极绿化和褐变的争论越来越多，这与植被覆盖的变化以及对营养动力学和土壤的潜在后果有关。
除了这些自生驱动的植被和土壤过程变化外，火灾，氮沉积和放牧等外部干扰也可以推动生态系统的变化。
除了驯鹿和麝香等大型食草动物的影响外，已经记录了欧洲隐形蛾幼虫的爆发与矮灌木苔原的广泛落叶有关，鹅通过每年的迁徙在养分转移中发挥重要作用，而且由于靠近湖岸，它们在陆地和水生系统之间更局部地迁徙。
KaNgerlussuaq周围的地区是格陵兰岛西部最大的无冰地区，具有强烈的区域气候梯度，这会影响陆地植被和水化学以及湖泊学调查，还有一系列其他生态学研究专注于植被物候，碳动力学和营养相互作用。
除了局部景观形态的作用，还可能存在局部风蚀、尘埃沉积、以及食草动物的影响。两个研究地点的土壤养分含量在景观尺度和每个集水区内的catena位置上都显示出明显的空间变异性。
连环线位置之间的差异斜坡上的土壤作为地貌过程带，更容易受到侵蚀，并且曲率比平坦的波峰和山谷位置更不均匀。在经典定义的连环序列中，较细的颗粒，即粘土或OM，从上坡运输并重新沉积在下坡位置。
在两个集水区的山谷位置发现较高的营养成分。从山脊到山谷的浓度增加很可能与土壤湿度条件的差异有关，不太可能是颗粒和相关养分的侵蚀下坡运输的结果。
干燥的好氧条件导致永久冻土的缺失，更高的分解和矿化率，以及高地生态系统中薄的表面有机层。相比之下，平坦的低洼地区通常被近地表永久冻土覆盖，导致栖息地下水位和厌氧条件，减缓微生物分解的速度和大量有机碳的积累。
与凋落物层TN含量相比，两个位点的TON含量差异显著。SS17b的凋落物TON含量较高，SS85的土壤TON含量较高。
结果显示δ大幅增加15氮与土壤深度。植物δ15氮通常低于土壤有机质，反映在较低的δ15两个流域凋落物层的氮，并随土壤氮循环而增加。
通常，分馏序列是δ15氮硝酸盐<δ15氮铵<δ15氮旧有机物，剩余的未转换SOM在δ中变得富集15氮随时间推移，因此较深的土壤层通常具有更多的正δ15氮比表土。
δ13碳和δ15凋落物和土壤中的氮值反映了发生的总体输入、输出和转变，是生态系统碳和氮动态的总指标。δ之间存在全球性的机械联系13碳和δ15氮通过SOM分解和微生物加工过程以及这些同位素值的不平衡可以指示土壤碳或氮的生态系统来源，推断植被输入。
更大的δ15在SS25b的山谷和斜坡中观察到的凋落物和深层土壤与SS85的凋落物和深层土壤之间的氮差异表明氮循环更开放，更不稳定。
磷迄今为止，已发表的关于格陵兰岛西部土壤磷的研究很少。报告土壤磷在~0.06–0.40g磷kg的范围内在努克科布峡湾地区的三个栖息地，但没有进一步讨论这些值。
土壤T磷17b和SS85浓度较高，总体平均值为0.69g磷kg−1.Kangerlussauq土壤与荷兰耕地土壤相似和英格兰和威尔士的草原土壤，即使没有肥料投入。Kangerlussuaq地区土壤磷的来源反映了母地质物质的风化作用。
除了富磷尘埃的输入外，SS17b处麝香的存在还增加了土壤表层凋落物部分中不稳定的WIT磷组分，通过粪便和尿液的输入明显加速了磷循环，如果植被绿化增加，则有可能进一步加速。由于高磷，可以假设陆地生态系统将来可能会变得更加氮和温度受限。
地球化学变化可能导致产量增加和植被成分改变，并可能增加碳分解和向效率较低的系统发展，从而导致养分损失。
营养比例所有样品的氮磷比在0.6和22.1之间。SS17b的平均氮：磷为7.4，SS10的平均氮：磷为1.85，氮：磷比值>16表示磷限制，而氮：磷<14表示氮限制。北极生态系统的氮和磷离子特别有限，因为它们依赖于碳矿化的约束。
碳氮比在13.7和32.2之间，SS16b和SS6的平均碳：氮分别为17.20和5.85。SS17b较低的碳：氮比率支持放牧作为关键过程的推断，因为碳：氮比率与OM分解呈负相关。
氮和δ的差异15集水区之间的氮也可能是由SS17b处的麝香的存在引起的，δ15与SS85相比，氮在后期更高。δ15放牧土壤中的氮含量较高，表明生态系统氮损失更大。
碳：磷比值在10和398之间，SS126b和SS17的平均碳：磷为202和85。SS17b处的植被比SS85处的磷限制要小。土壤磷的增加对土壤微生物群落和物种组成有强烈影响，进一步影响矿化。碳矿化的增加是否直接增加了氮和磷的可用性是值得怀疑的。
流域之间的土壤和植被差异格陵兰岛土地覆盖的空间异质性与温度和水平衡有关。植被类型和土壤温度之间的相互作用在预测生态系统呼吸方面很重要，尽管气温可能不会直接影响深层土壤温度，但它会显著改变土壤水分含量。
SS17b和SS85之间的海拔差异很小，但由于其对当地气温和这些地点之间的降水差异的影响，应考虑坡向和整体起伏。气候条件的这些局部差异会在当地范围内造成生长季节开始和长度的变化。
使用原位土壤孵化，在阿拉斯加北坡山麓的干燥，潮湿和潮湿生态系统中检测到五倍的差异。这些差异主要是由于生态系统之间SOM质量和小气候的差异。根据小气候和植被特征。
土壤矿化速率还取决于植物凋落物的化学和物理质量。Kangerlussuaq地区的植被覆盖在朝北的斜坡上通常“更绿”。草原在冰缘的高海拔地区变得更加突出，而朝南的斜坡和远离冰盖的地区则以矮灌木苔原为主。
SS85集水区大部分覆盖着混合矮灌木植被，但朝南的斜坡以落田为主，或者根据曲率而裸露。在SS17b处，西北朝向的斜坡占据了湖泊周围集水区的最大部分，主要覆盖着矮灌木植被。
朝南的斜坡是裸露、基岩和伐地的组合，而陡峭而短的东北坡主要覆盖着植被类型的混合体，这些植被类型逐渐在山顶合并为伐地。在该地区排水稍好的平坦地区和较高的海拔地区观察到一些草原型植被。
麝香放牧和更广泛的生态因素北极植被的最新变化集中在与气候变化相关的过程上：变暖、生长季节长度改变和土壤生物地球化学。导致水文路径和植物水分胁迫变化的降水改变也很重要，在某些地区，火灾动态的变化也很重要。
苔原植被的干扰也可能是由动物的丰度和活动增加引起的。驯鹿和麝牛的数量已被证明与格陵兰岛东部和西部的天气模式有关。没有证据表明驯鹿和麝香之间存在饲料竞争。
鉴于麝香鱼在1962年引入SS17b集水区周围相当小的地理区域后种群数量迅速增加，可以合理地假设它们影响了该地点的植被和养分循环。
正如在SS17b观察到的那样，麝香在明确的地理，领土边界内形成小集群的趋势可能导致具有对比植被成分的独特“草坪”。除了通过粪便输入的养分外，放牧和践踏也会影响植被覆盖。
由于食草动物的食物偏好和植物物种的不同耐受水平，这些与放牧相关的过程会影响土壤温度。麝香是北极最大的陆生食草动物，它们的年际和年内生境选择与人口密度和积雪有关变化很大。
在SS17b的集水区平坦、低海拔部分和缓坡的朝北坡上观察到成片的草原。这些也是在几次野外战役中观察到麝香的位置。麝香维持着以禾本科为主的生态系统，抑制了灌木的丰度。
两个集水区的T磷含量不同，这种差异主要是由对比的凋落物层驱动的，因为土层的磷含量相似。集水区内和集水区之间的可变性表明了额外的过程复杂性。
SS17b的凋落物WERP和WETP要大得多，这可能与麝香的存在有关，也是可用于植物吸收的T磷比例，因此可以解释凋落物层中T磷的变化，而土壤剖面没有显著差异。
WIT磷物种的特征是在放牧牧场的表层土壤中富集的。在大多数样品中，WER磷在WET磷中所占的比例很高，残留物是土壤溶液中有机磷的近似指标。在这里，有机磷估计在两个集水区的土壤溶液中占25%，这一比例与英格兰集约化管理草原渗滤液中报告的比例相对相似。
在有机地层较薄的干燥苔原生态系统中，初级矿物中含有大量可风化磷的年轻土壤中的磷有效性可能很高，但在更密集的风化土壤中含量较低，特别是如果磷酸盐与铝或氧化铁等次生矿物紧密结合。有机磷与各种土壤矿物质的这种反应使得难以估计磷矿化速率。
与集水区年龄相比，麝香的引入相对较新，需要替代机制来解释深度磷的差异。虽然尘埃沉降对磷动力学产生影响，但植被随着景观和土壤年龄逐渐从氮转移到磷限制。磷循环与氮循环形成对比，因为它受到物理化学和生物过程的控制，主要是风沙尘沉积。
格陵兰冰盖是磷产生的热点，尘埃沉积提供了这种营养物质与陆地环境的重要联系机制。 这种沉积的磷中有多少是生物学上可用的尚不清楚。土壤样品的淤泥含量或粒径也是未知的，这使得很难区分这些可能的外部磷输入。
观察到不稳定和难熔磷含量随着淤泥含量的增加而增加，最近灰尘输入为生态系统提供了植物可用的磷。
虽然SS17b非常靠近Sandur，但在两个地点，估计的粉尘沉积速率相似。在这种情况下，尚不清楚这两个集水区对小冰期冷却的影响反应不同，小冰期可能重新设定了景观个体发生和生物地球化学过程。
在LIA期间，两个集水区的植被都会大量枯死。由于寒冷的片状风引起的风冲刷和通气空洞的发展可能在SS17b更为明显，而很明显，在LIA期间尘埃沉积更高。
在集水区、连环位置和土壤深度之间观察到碳、氮和磷的显著差异。与土壤深度和连环位置的差异可能是由土壤-植物相互作用以及与地形相关的温度和水分含量条件的变化引起的。
麝香的存在有助于集水区之间营养浓度的差异，尽管气候和植被的梯度与冰盖的距离也是导致两个集水区之间局部过程差异的因素。
由于土壤磷储存量高，存在加速磷从土壤释放到陆地和水生生态系统的风险，增加了对北极风化率变化的担忧。
这突出了生态系统方式在具有多种联系和驱动因素的迅速变化的景观中的困难和重要性。它还强调了了解受永久冻土影响的土壤及其在全球养分循环中的作用的重要性。
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