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(1.中國(guó)科學(xué)院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所 濕地生態(tài)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 吉林 長(zhǎng)春 130102；2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)， 吉林 長(zhǎng)春 130102；3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049)

0 引 言

全球氣候評(píng)估顯示，自1970年以來(lái)，大氣中不斷增加的CO2及其它溫室氣體會(huì)導(dǎo)致平均氣溫持續(xù)上升，預(yù)計(jì)本世紀(jì)末全球地表溫度升高1.1 ℃～6.4 ℃，這會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境發(fā)生相應(yīng)變化[1-2]。積雪是指降水以固態(tài)相沉積在地表形成的雪層，是地球表面最為活躍的自然要素之一，在自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，也是對(duì)全球氣候變化響應(yīng)最為敏感的指示因子?；诖耍瑢?duì)積雪的研究引起了全球的關(guān)注[3]。從全球尺度來(lái)講，冰雪圈是全球氣候系統(tǒng)的重要組成部分，而積雪是冰凍圈的主要存在形式之一。積雪與地球表面其他物質(zhì)相比，具有高反射率、強(qiáng)熱輻射及低熱導(dǎo)性等獨(dú)特的物理性質(zhì)，影響地面和大氣的能量交換和輻射平衡[4]。從區(qū)域尺度來(lái)講，積雪是重要的淡水資源，冰雪融水過(guò)程會(huì)影響春季徑流的出現(xiàn)時(shí)間和狀態(tài)。受積雪覆蓋的影響，凍土區(qū)凍融過(guò)程也會(huì)發(fā)生顯著改變[5]，進(jìn)而影響到土壤理化性質(zhì)、水熱平衡關(guān)系、植物及土壤微生物等。

凍土是一種寶貴的土地資源，是地球冰凍圈系統(tǒng)中的主要組成部分[6]，季節(jié)性凍土因具有凍結(jié)滯水、凍融交替以及阻滲能力等特性，具有重要的生態(tài)水文功能。季節(jié)性凍土的發(fā)育受人和自然多種因素的影響，而季節(jié)交替和氣候變化都會(huì)造成凍土層中水熱儲(chǔ)存和運(yùn)移規(guī)律的改變，使其發(fā)生周期性融凍。反過(guò)來(lái)，在季節(jié)性凍土區(qū)融雪產(chǎn)水期，土壤水分的凍結(jié)、遷移等也將會(huì)影響水分動(dòng)態(tài)變化與營(yíng)養(yǎng)循環(huán)[7-9]，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響。積雪、凍土、植被間的相互影響由此也受到了研究者的興趣，而且水和土是自然環(huán)境與農(nóng)業(yè)的基本資源，是人類(lèi)生存的基石,因此總結(jié)國(guó)內(nèi)外學(xué)者們關(guān)于積雪消融的生態(tài)效應(yīng)及其與季節(jié)性凍土、植被間的關(guān)系，對(duì)進(jìn)一步研究降雪、消融過(guò)程引發(fā)的水文特性，生態(tài)效益的耦合關(guān)系具有一定的理論意義。

基于Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)檢索的68篇有關(guān)積雪生態(tài)效益的參考文獻(xiàn)利用CiteSpace軟件[10-11]進(jìn)行高頻詞共現(xiàn)分析，圖譜網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。在關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)關(guān)鍵詞，節(jié)點(diǎn)的大小代表中心性的大小，節(jié)點(diǎn)之間的連線代表兩個(gè)關(guān)鍵詞之間的關(guān)系，連線的粗細(xì)代表關(guān)鍵詞之間聯(lián)系緊密程度。由圖1可知,“frozen soil”“climate change”是圖譜中的最大節(jié)點(diǎn)，可以反映出研究的背景情況。另外,“temperature”“runoff”“snow cover”“snow depth”“soil temperature”等節(jié)點(diǎn)相對(duì)明顯，由此可見(jiàn)，對(duì)土壤溫度、產(chǎn)流及雪被覆蓋等方面研究是當(dāng)前關(guān)注的熱點(diǎn)。

圖1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)Fig.1 Co-occurrence network of key word

1 積雪與土壤水文過(guò)程

冬季土壤含水量變化較大，積雪消融可以為土壤補(bǔ)給水分，造成凍土層水儲(chǔ)存和運(yùn)移規(guī)律的改變，影響著土壤水分動(dòng)態(tài)變化。融雪水的下滲和地表徑流作為融雪水的兩種表現(xiàn)形式，其產(chǎn)生過(guò)程受到土壤溫度、凍結(jié)深度、土壤初始含水量及雪層厚度等多種因素的影響[12]，并改變了土壤水文過(guò)程。

1.1 融雪水下滲

積雪的存在影響了土壤各個(gè)層次的含水率。在凍結(jié)期，土壤凍結(jié)有利于水分的保持，減少蒸發(fā)和滲透[13]。隨著土壤從表面凍結(jié)，少量未凍水由于土壤溫度梯度的變化有向上層運(yùn)移的趨勢(shì)[14]，而在深層土壤中的水也會(huì)在土壤水勢(shì)驅(qū)動(dòng)作用下向表層移動(dòng)[15]。融雪產(chǎn)水期間，融雪水的下滲更多作用在表層土壤，短時(shí)間內(nèi)補(bǔ)給到一定深度的土層，使土壤表層的含水率上升，是表層土壤獲得水源補(bǔ)給的主要來(lái)源[16]。

在融雪產(chǎn)水期間，土壤初始含水量對(duì)凍融條件下土壤中水分的運(yùn)移具有重要作用。季節(jié)性凍土區(qū)在土壤初始含水量較高的條件下，土壤中會(huì)有充足的水分供給冰晶生長(zhǎng)，在土壤中形成連續(xù)的冰晶體，形成致密塊狀凍層；水分入滲到凍結(jié)層，部分結(jié)冰堵塞的孔隙，并且水分在其中的運(yùn)輸能力極低，影響到了土壤中的飽和導(dǎo)水率和滲透率，在地表形成了一個(gè)富含冰層的區(qū)域。此外，初始含水量還影響著土壤凍結(jié)深度，即對(duì)于同一種土壤，其初始含水量越大，土壤凍結(jié)深度越淺[17-18]。融雪水的下滲率是受冰量和土壤孔隙控制的，同時(shí)凍結(jié)深度、地形地質(zhì)等均會(huì)影響融雪水的有效下滲率。土壤凍結(jié)深度少于20 cm不會(huì)阻礙雪水下滲補(bǔ)給土壤[19]，但Johnsson等認(rèn)為在凍結(jié)開(kāi)始前土壤含水量高會(huì)減少融雪水的下滲[12]。

另外，雪蓋厚度、較早的消融隨后又凍結(jié)形成底冰等也可能會(huì)影響到融雪水下滲。由于基底冰層的存在，薄雪覆蓋下的深且穩(wěn)固持久的凍土降低了土壤入滲能力，阻礙了融雪水下滲，在冬末和春季產(chǎn)生徑流，但在積雪區(qū)融雪水的下滲不會(huì)受到土壤薄冰層的阻礙，大量的融雪水會(huì)下滲到厚雪蓋下的凍結(jié)淺的凍土中[20-21]，在融雪期間當(dāng)凍土層的溫度接近0℃，很少的融雪水下滲后會(huì)在凍土層再發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象[22]。

1.2 融雪水產(chǎn)流

在春季融雪期間，融雪水產(chǎn)流與季節(jié)性凍土區(qū)雪蓋厚度、凍結(jié)條件及滲透能力等有著十分密切的聯(lián)系。由于凍土的存在減少了融雪水下滲，融雪水會(huì)在地表產(chǎn)生徑流排出，隨著時(shí)間的推移，融雪水強(qiáng)度穩(wěn)定增加[20]。而未凍結(jié)土壤與變化的凍結(jié)深度會(huì)引起地表徑流、壤中流及垂直下滲的空間多變性[23-24]，當(dāng)土壤凍結(jié)較淺時(shí)，地表下的側(cè)向流是徑流的主要部分[25]。當(dāng)土壤具有較高的固有滲透性并且融雪量相對(duì)較小時(shí)，融雪水可能完全滲入凍土而不產(chǎn)生徑流[26-27]，在整個(gè)融雪期結(jié)束之前，土壤一直保持凍結(jié)狀態(tài)，并且會(huì)形成底冰層，在最后階段的融雪水主要來(lái)源于底冰的融化[28]。但Nyberg等在瑞典北部的森林試驗(yàn)區(qū)研究發(fā)現(xiàn)徑流并沒(méi)有受到土壤凍結(jié)明顯的影響，已凍結(jié)的森林土壤并不會(huì)增加徑流量[29]。

融雪徑流的產(chǎn)生與氣溫也密切相關(guān)，積雪融水所需要的能量主要來(lái)自于氣溫，融雪速率對(duì)氣溫變化響應(yīng)敏感[30]。氣溫升高引起積雪消融量急劇增加[14]，加速冰雪融化產(chǎn)流，流量增長(zhǎng)速率與氣溫增大速率成正比。但氣溫變化與融水并不同步，存在著一定的滯時(shí)性[31]。氣候變暖使融雪提前，以融雪水為主補(bǔ)給的河流最大徑流前移，夏季徑流明顯減少[32]。氣溫升高加速了春季融雪，這可能會(huì)導(dǎo)致更快、更早和更大的春季徑流產(chǎn)生。另外，徑流的產(chǎn)生改變了水質(zhì)，使水中含有較少的有機(jī)物質(zhì)和可溶性元素[24]。

圖2 融雪時(shí)期土壤水分示意圖Fig.2 The diagram of soil water during snowmelt events

2 積雪影響土壤溫度的變化

雪的導(dǎo)熱性很差，雪層的覆蓋可以隔絕土壤直接與空氣接觸，減少土壤熱量的外傳，在一定程度上對(duì)土壤起著保溫作用，使得土壤溫度變化幅度減小,近地表土壤熱通量增加[33-35]。當(dāng)季節(jié)性積雪厚度大于30 cm時(shí)，可以很大程度上阻隔土壤熱能的散失[36]，影響凍結(jié)深度[37]。積雪對(duì)土壤溫度的影響具有二重性，在凍結(jié)初期對(duì)土壤保溫效果好，弱化淺層土壤溫度的降低,使凍結(jié)深度變淺，后期土壤解凍時(shí)，需吸收大量相變熱，導(dǎo)致了地溫回升延遲，從而延長(zhǎng)凍結(jié)的時(shí)間[38-39]。

2.1 積雪深度與土壤溫度

不同積雪覆蓋下的土壤溫度不同、雪深的改變及持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短都會(huì)造成土壤凍結(jié)的變化。積雪越厚，土壤溫度和凍土層位置越穩(wěn)定，而無(wú)積雪覆蓋的土壤表層溫度受外界影響較大。Hardy等在新罕布什爾HBEF(Hubbard Brook Experimental Forest)試驗(yàn)地移除雪蓋時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)雪區(qū)與積雪覆蓋區(qū)相比，土壤霜凍程度更廣大，凍結(jié)加深，春季融雪期土壤含水量更少[40]。早期降落且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的積雪可讓土壤在整個(gè)積雪季節(jié)保持融化的狀態(tài)，可能會(huì)使土壤無(wú)凍結(jié)，而土壤表層積雪較薄或積雪出現(xiàn)的時(shí)間較晚傾向于促進(jìn)土壤凍結(jié)[41]。相比之下，一直沒(méi)有積雪覆蓋的土壤，可能在冬季的大部分時(shí)間或全部冬季都會(huì)保持凍結(jié)狀態(tài)，并且凍結(jié)深度加深，凍結(jié)鋒面下移。在寒冷多雪的冬季，積雪覆蓋下的土壤溫度日均值一直0℃之上，而無(wú)雪土壤溫度通常下降到-3℃以下[42]。雪蓋減少或移除時(shí)，土壤溫度會(huì)顯著變化，可以說(shuō)雪深是土壤溫度和凍結(jié)深度的調(diào)節(jié)者。

此外，不同土壤深度的溫度對(duì)于積雪覆蓋、氣溫的響應(yīng)不同，在一定深度，土壤的溫度會(huì)發(fā)生溫度梯度式的變化，深層土壤溫度變化平穩(wěn)，淺層溫度波動(dòng)較劇烈，但存在一個(gè)拐點(diǎn)，使土溫保持穩(wěn)定，但地溫的變化滯后于氣溫，并引起水分的遷移[43-44]。

2.2 氣候變化背景下積雪-土壤溫度的關(guān)系

積雪覆蓋下的凍土變化與氣溫具有良好的相關(guān)性，在未來(lái)全球氣候變化的背景下，氣候變暖會(huì)使冬季氣溫升高，影響土壤溫度及凍結(jié)程度。一些學(xué)者認(rèn)為，雖然氣溫升高，但是由于降雪減少，雪層變薄。缺少了雪蓋的保溫作用，土壤溫度降低，凍結(jié)深度增加[7,45]。Ven?l?inen、Isard等多人在密歇根南部依據(jù)水文-土壤-溫度模型研究發(fā)現(xiàn)，氣候變暖使雪蓋減少，但是由于氣候干燥，土壤凍結(jié)會(huì)增加[46-47]。

而另一部分學(xué)者則指出，隨著冬季增溫，會(huì)出現(xiàn)無(wú)積雪或雪蓋形成較晚且持續(xù)時(shí)間較短，土壤溫度上升，凍結(jié)深度減少等現(xiàn)象。Kreyling等研究指出，由于氣候變暖，未來(lái)在德國(guó)的某些區(qū)域?qū)⒉辉儆醒└采w，連同土壤最低溫度逐年增加，土壤凍融循環(huán)的次數(shù)將明顯減少[48]。Jylh?等利用區(qū)域氣候模型預(yù)測(cè)本世紀(jì)末的歐洲無(wú)雪的季節(jié)增加，土壤溫度上升[49]。Zhao等研究分析了青藏高原近30年的氣象數(shù)據(jù)資料發(fā)現(xiàn)，冬季增溫幅度高于夏季，冬季氣溫是影響該地區(qū)季節(jié)性凍土變化的主要因素，隨著冬季氣溫的升高，土壤凍結(jié)深度減少，解凍時(shí)間提前，在青藏高原腹地及東北區(qū)域凍結(jié)時(shí)間減少了至少20 d[50]，而在西北和東南區(qū)凍結(jié)持續(xù)時(shí)間相對(duì)穩(wěn)定。Peltola等在芬蘭南部及中部地區(qū)研究發(fā)現(xiàn)，氣溫升高了4℃，土壤凍結(jié)持續(xù)時(shí)間縮短了近1個(gè)月[51]。Ven?l?inen等利用HadCM2模型研究表明，氣候變暖會(huì)導(dǎo)致芬蘭中部和北部土壤凍深分別減少大約50 cm、100 cm，預(yù)測(cè)百年后有些地區(qū)甚至?xí)霈F(xiàn)無(wú)凍土現(xiàn)象[46]。但是，Campbell等利用在美國(guó)新罕布什爾HBEF試驗(yàn)地長(zhǎng)期觀察得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)土壤凍結(jié)、凍融循環(huán)，結(jié)果表明：森林年均最大凍結(jié)深度無(wú)明顯改變，凍融循環(huán)次數(shù)增加的也不明顯[45]。

不同地區(qū)的凍結(jié)變化程度不同，同一區(qū)域內(nèi)的不同位置凍結(jié)變化程度也不同，這表明，在研究積雪覆蓋下的氣候變暖對(duì)凍土的影響時(shí)，要考慮區(qū)域尺度上的差異以及土壤特性。另外，利用模型預(yù)判氣候變暖對(duì)積雪、凍土的影響還是存在著不確定性，并且也存在著區(qū)域的特殊性，但是可以預(yù)知全球氣候變化將對(duì)土壤霜凍條件產(chǎn)生影響，未來(lái)可能會(huì)對(duì)生態(tài)和經(jīng)濟(jì)造成巨大的后果。

3 積雪對(duì)土壤微生物的影響

受雪被覆蓋的影響，土壤溫度、水分及凍結(jié)程度等顯著改變，而溫度和水分是影響土壤微生物的重要環(huán)境因素，進(jìn)而影響微生物活動(dòng)。土壤微生物在積雪覆蓋下仍具有活性，雖然活性相對(duì)較低，但仍會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)發(fā)生變化[52-53]。

3.1 不同積雪深度下的微生物群落與活性

在冬季，即使土溫已降至0℃以下，但土壤顆粒周?chē)嬖谥抵林辽?10℃才會(huì)凍結(jié)的液態(tài)水膜，只要有未凍結(jié)水的存在，微生物仍會(huì)具有活性[52,54]。冬季雪被覆蓋的厚度和持續(xù)時(shí)間深刻地影響著微生物生長(zhǎng)和活性，不同的積雪厚度下的土壤生物水平和群落結(jié)構(gòu)不同，積雪的厚度顯著影響微生物生物量。

較厚的積雪覆蓋降低了土壤微生物生物量和真菌數(shù)量[55-56]，改變了微生物群落的生理機(jī)能，對(duì)微生物營(yíng)養(yǎng)限制起重要的作用[57]。北極苔原和高山生態(tài)系統(tǒng)中穩(wěn)定持久的積雪可以使土壤微生物量在冬季中保持年際峰值[58]。

多位學(xué)者關(guān)于積雪量的減少對(duì)微生物產(chǎn)生的影響展開(kāi)了相應(yīng)的研究。由于積雪移除顯著地增加了凍融循環(huán)次數(shù)，使得微生物量減少[59]，土壤微生物量碳氮比顯著增加，微生物群落組成在融雪期間由細(xì)菌轉(zhuǎn)變成真菌[60]。但Koponen[61]等在芬蘭利用農(nóng)田土進(jìn)行4個(gè)凍融周期循環(huán)實(shí)驗(yàn)時(shí)指出，凍融循環(huán)并不能影響土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和微生物量，同時(shí)Lipson等[62]研究也表明高山草甸土壤微生物量不受單次凍融循環(huán)的影響。

3.2 積雪下的微生物與土壤化學(xué)過(guò)程

雪被發(fā)育和融化動(dòng)態(tài)不僅影響著微生物的活性，還會(huì)影響冬季土壤碳、氮礦化，養(yǎng)分利用等。晚冬極低的土壤溫度會(huì)限制微生物的活性和氮礦化，但一般較厚的積雪會(huì)起到保溫的作用，增加土溫使微生物仍然保持活性，改變著有機(jī)物的化學(xué)過(guò)程。Schimel等認(rèn)為，在較厚的積雪覆蓋層下，微生物使氮礦化而不是固定氮，使越冬的植物根系可以更有效的利用氮，并產(chǎn)生新的根群。在苔原生態(tài)系統(tǒng)土壤中，五年冬季期的微生物的活性增加足以改變有機(jī)質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化，最終導(dǎo)致在生長(zhǎng)季節(jié)發(fā)生凈氮礦化，通過(guò)營(yíng)養(yǎng)的可利用性改變對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生長(zhǎng)期影響[53]。Bombonato等研究指出，積雪厚度的增加將降低土壤生物量氮磷比，有利于磷的固定，最終可能會(huì)減少植物對(duì)磷的吸收[63]。積雪覆蓋時(shí)間的改變可引起微生物群落的改變和冬季氣體釋放的變化。持續(xù)存在的積雪使得土壤在冬末融化，這為土壤微生物創(chuàng)造了可以長(zhǎng)時(shí)間保持活性的環(huán)境條件，使得土壤微生物在積雪消融前的短時(shí)間內(nèi)將土壤有機(jī)質(zhì)礦化產(chǎn)生大量的土壤無(wú)機(jī)氮[64]。秋季控制著冬季土壤微氣候，深秋時(shí)較早降落的積雪是影響全年氮?jiǎng)討B(tài)變的關(guān)鍵。Sulkava等人研究表明，秋季較早的積雪覆蓋可以有效的避免土壤溫度較低對(duì)微生物的傷害，這比積雪晚的樣地具有更高的礦化速率[65]。而較晚的積雪層的形成使土壤溫度變低，限制了土壤微生物的活動(dòng)[7]，這不僅在冬季凍融期降低了土壤養(yǎng)分的利用，而且會(huì)持續(xù)影響到生長(zhǎng)季的土壤養(yǎng)分吸收。

4 積雪與植被的關(guān)系研究

4.1 植被對(duì)積雪的影響

理解植被與積雪間的關(guān)系對(duì)于揭示生態(tài)環(huán)境對(duì)氣候變化的響應(yīng)極為重要。植被可通過(guò)改變雪被-大氣界面間能量平衡、攔截降雪、改變風(fēng)向和地表覆蓋等方式來(lái)影響降雪分布和融雪過(guò)程。Hedstrom等提出了一個(gè)包括降雪量，溫度，林冠密度，風(fēng)速，降雪時(shí)間等的積雪物理模型，研究表明:植被能截留40%～50%的降雪量，同時(shí)影響積雪的重新分布過(guò)程[66]。K?ck等研究發(fā)現(xiàn)初冬降雪后，矮松木攔截了由大風(fēng)從草地吹來(lái)的積雪，雪量變多[67]。植被除了影響積雪的重新分配過(guò)程，還影響積雪消融的速率，其中遮陰作用是控制因子；植被可以減緩積雪消融速率[30,68]，有植被的地方消融速率減慢，反之則加快。Musselma等在新墨西哥北部的亞高山帶森林研究表明，樹(shù)冠下的積雪消融速率要比開(kāi)闊地帶慢54%，樹(shù)冠的攔截作用導(dǎo)致了樹(shù)冠下的融雪水當(dāng)量減少了47%[69]。L?fvenius等對(duì)兩種喬木層蓋度不同的森林進(jìn)行比較研究，研究表明，林冠郁閉度較單一松林高的松木云杉混合林促進(jìn)了早期的積雪融化和土壤解凍[70]。在不同坡度和坡向，不同植被的積雪消融速率差異也大。車(chē)宗璽等在祁連山研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同植被類(lèi)型下消融速率大小順序?yàn)椋翰莸?林緣>灌木林>喬木林[68]。地形和植被還可以延緩積雪消融的速率和春季融雪產(chǎn)流[67,71]。

植被蓋度的變化與植被覆蓋類(lèi)型均會(huì)改變凍土的水熱過(guò)程，植被稀疏時(shí)土壤溫度變幅極大，季節(jié)性凍土區(qū)的土壤凍結(jié)開(kāi)始時(shí)間隨著植被蓋度的降低而提前，凍結(jié)過(guò)程更加迅速[72]，土壤凍結(jié)深度變大，≧10 ℃的等溫線明顯下移[73]。季節(jié)性土壤剖面的土壤含水量均隨著植被蓋度的降低而減少[2]，不同植被覆蓋下不同土層的水分差異較大[74]。植被通過(guò)其對(duì)輻射能量交換和積雪的影響來(lái)影響滲透，而這又影響了土壤霜凍[75]，不同的植被覆蓋類(lèi)型下形成的土壤凍結(jié)、凍結(jié)深度、入滲率不同，植被對(duì)土壤起到了保溫的作用，不同植被類(lèi)型下凍結(jié)深度大小順序?yàn)椋郝愕?草地>常綠針葉林>落葉林[76]。樺樹(shù)林地的土壤入滲率要高于草地和云杉林地，且同一植被類(lèi)型的植被覆蓋率較高有利于水分下滲[77]。

4.2 積雪對(duì)植物的影響

積雪可以影響土壤呼吸過(guò)程，改變碳循環(huán)，進(jìn)而影響植物的生長(zhǎng)和群落組成[78-81]。雪被的覆蓋與融化交替過(guò)程直接和間接對(duì)植被群落產(chǎn)生深刻的影響。近年來(lái)，許多研究者利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)研究雪覆蓋與植被時(shí)空特性變化及二者間的關(guān)系。穆振俠等對(duì)天山西部山區(qū)對(duì)比分析研究區(qū)同時(shí)期積雪覆蓋面積的變化與歸一化植被指數(shù)(NDVI)的變化發(fā)現(xiàn)，隨著積雪面積的增加，NDVI逐漸減小[82]，說(shuō)明積雪的消融與植被覆蓋變存在一定的聯(lián)系。Peng等研究表明，冬季積雪可能是通過(guò)對(duì)土壤水分產(chǎn)生持久影響，進(jìn)而在調(diào)節(jié)沙漠植被生長(zhǎng)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，平均冬季積雪深度與早期和中期生長(zhǎng)季節(jié)的NDVI呈顯著正相關(guān)[83]。Wan等在青藏高原研究發(fā)現(xiàn)，積雪深度和雪蓋持續(xù)時(shí)間的增加會(huì)對(duì)次年的植被生長(zhǎng)有不利影響，融雪水會(huì)影響春季的歸一化植被指數(shù)值[84]。雪蓋的減少會(huì)直接影響地表光譜反射，增加了NDVI值，而且在春季融雪期，由于積雪較少，植被吸收光合有效輻射的能力呈現(xiàn)加強(qiáng)趨勢(shì)，另外土壤失去了積雪的隔熱作用，氣溫升高，促進(jìn)了植被生長(zhǎng)、提高了綠色生物量[85]。Zeeman等在阿爾卑斯山脈研究2013/2014冬季積雪與植被生產(chǎn)力關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，與往年相比降雪稀少，導(dǎo)致氣溫升高，降水減少，在低海拔區(qū)將更早的迎來(lái)春季，并且生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力、呼吸量、季節(jié)性二氧化碳攝取量會(huì)有明顯的增加，但同時(shí)積雪的量少導(dǎo)致了異常的頻發(fā)焚風(fēng)、干燥平流，暖風(fēng)過(guò)山脈的現(xiàn)象[86]。

5 展望

在氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的雙重影響下，季節(jié)性凍土區(qū)雪被覆蓋情況迅速改變，這種變化不僅對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育、群落結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生直接影響,而且也將對(duì)區(qū)域內(nèi)水文過(guò)程和生態(tài)效益產(chǎn)生影響。因此研究季節(jié)性凍土區(qū)生態(tài)過(guò)程與水文過(guò)程的積雪-植被-土壤界面的耦合具有重要意義，生態(tài)水文耦合關(guān)系的研究將繼續(xù)是一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。其耦合關(guān)系的研究可以從以下幾方面深入展開(kāi)：

(1)不同區(qū)域的土壤凍融格局變化及植被生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)不同，目前大多數(shù)研究集中在森林、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，其他類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)如濕地、草原等的積雪-植被-土壤的耦合關(guān)系研究資料不系統(tǒng)和完善，有必要在不同的生態(tài)系統(tǒng)展開(kāi)定量、持續(xù)和系統(tǒng)的觀測(cè)，獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(2)大部分研究集中在積雪與土壤水熱狀況的研究，很少研究積雪消融引起土壤中的重金屬、鹽分等其他化學(xué)物質(zhì)的改變。土壤中重金屬、鹽分等其他物質(zhì)的改變會(huì)影響到土壤理化性質(zhì)，從而影響植物的生長(zhǎng)。鹽等其他物質(zhì)對(duì)冰雪消融的響應(yīng)研究對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，微生物群落結(jié)構(gòu)的調(diào)整，穩(wěn)定具有一定的意義。

(3)季節(jié)性凍土區(qū)凍土的凍結(jié)強(qiáng)度、凍結(jié)深度，消融后土壤特性變化等因素會(huì)對(duì)植物的根系產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響到植物的生物量，該影響機(jī)制尚不明確。有必要借助現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)植被及其根系進(jìn)行一個(gè)連續(xù)性觀測(cè)研究。