冰冻圈生态系统：全球变化的前哨与屏障
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冰冻圈生态学未来发展趋势
多尺度融合与多技术结合的长期观测体系与全球共享网络。考虑到冰冻圈生物群落及其栖息地的巨大空间异质性，以及冰冻圈对气候变化的极度敏感性导致的生态系统格局、过程与功能的高度时间变异性等，要解答关于冰冻圈生态系统分布格局与功能的现状和未来趋势等相关的关键问题，迫切需要构建可以涵盖所有冰冻圈生境类型及生态系统类型的长期监测网络，并形成可融合不同尺度的足够的代表性样地。采用统一抽样设计、测量方法和分类标准，构建统一规范指导下的多尺度融合的长期监测体系。利用现有多种先进技术手段，发展“空、天、地”立体的综合观测试验平台体系，并实现全球冰冻圈数据共享网络。这就能够实现系统理解冰冻圈不同生态系统与气候、冰冻圈要素间密切交互且不断变化的生物地球化学和生物物理作用过程。
冰冻圈-生物圈相互作用关系与机理。冰冻圈-生物圈相互作用是地球表层多圈层相互作用中最为复杂的过程，存在多方面未知领域，如明确原有生态系统随冰冻圈要素变化而出现类型更替、结构改变等显著变化节点及其阈限等。未来首先需要从深入理解冰冻圈主要生境要素变化对生态系统的影响机理出发，最终实现对冰冻圈-生物圈相互作用关系与机理的整体认识，包括：积雪变化对生态系统组成、结构和功能的影响，积雪变化对生物地球化学循环的影响与反馈；河湖冰变化对湖泊与河流淡水生态系统的影响，以及对相邻陆地和海洋生态系统的级联效应；气候变化背景下冻土-植物生态相互作用关系与阈值，以及全球变化与冻土-生态系统演变理论与寒区陆地生态系统模型等。
冰冻圈生物地球化学循环。现阶段冰冻圈生态系统碳循环研究主要关注的前沿问题是土壤异养呼吸的区分及贡献、环境变化下氮素循环及其对碳循环的耦合作用、冰冻圈地理过程（如侵蚀）或成土作用（如冻扰过程）的改变对碳循环的影响等。未来以冰冻圈碳循环为重点的前沿发展方向主要包括 4 个方面：冰冻圈碳源汇动态过程与驱动机制；冰冻圈碳-氮生物地球化学循环耦合作用；冰冻圈碳循环的生态地理过程与冻扰作用，包括河流碳-氮输移通量的时空动态与驱动机制；区域或全球尺度碳-氮平衡的关键地理过程及其尺度变异性等。
冰冻圈生态系统动态模拟。现阶段一些应用较为广泛的陆地生态系统模式均在尝试应用于冰冻圈生态系统动态模拟研究中，但对冰冻圈过程考虑过于简单，基本不能刻画冰冻圈生态系统演变。因此，未来冰冻圈生态系统动态模型，需要加强基于多年冻土区植被动态演替机理的动态模拟、冰冻圈碳-氮-水耦合循环过程定量模拟，并将多年冻土区特殊土壤质地及其变化纳入生态系统模式中等。
冰冻圈生态服务与生态安全。冰冻圈生态系统结构与格局显著变化，对区域生态系统服务和生态安全有何影响，是冰冻圈生态学研究最为薄弱的领域，明显滞后于其他温带、热带等区域的相关研究，预料未来这一问题的研究将成为冰冻圈科学领域的前沿和热点。应着重 5 个方面的研究：冰冻圈生态系统服务形成与稳定维持机制；冰冻圈生态系统服务评估与模拟；寒区生态系统服务对冰冻圈变化的响应与区域生态安全调控；探索冰冻圈变化下寒区生态系统服务维持和生态安全保障的调控对策与技术体系；建立冰冻圈生态安全维护管理和保育策略与模式。
（作者：王根绪 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所研究员、博士生导师；杨燕，中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所；张光涛，中国科学院海洋研究所；常瑞英，中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所。《中国科学院院刊》供稿）