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北极高纬度地区是全球变化最为敏感的地区之一,也是全球增温剧烈的地区,大面积冻土融化使苔原土壤微区环境发生了很大变化,有利于土壤微生物的活动和温室气体的产生。另外,北极高纬度地区的濒海苔原,是全球重要的海鸟栖息地,海鸟通过捕食活将海洋中的碳氮磷等养分元素转移到陆地苔原,海鸟活动与鸟粪的沉降强烈影响着当地苔原土壤的理化性质,对高纬度北极苔原温室气体的源汇过程产生了重要影响,但是目前关于北极高纬度苔原温室气体通量的研究很少有文献报道,尤其是海鸟活动对北极苔原温室气体通量的影响研究还未开展。因此,在全球变化的背景下,研究海鸟活动与环境因子对高纬度北极苔原温室气体产生与排放过程的影响尤为重要。本文采用密闭箱法对北极高纬度地区的新奥尔松(Ny-Alesund)苔原温室气体(C02. CH4和N2O)通量的时空变化规律进行了观测研究,探讨了海鸟活动和环境因子对这些气体通量的影响；通过模拟实验,详细研究了冻融循环过程对北极苔原土壤温室气体产生速率的影响；此外,还分析了海洋大气中CO2浓度及其稳定同位素值的空间分布规律及其影响因素等。主要研究内容和结果分述如下：(1)北极新奥尔松地区近地面温室气体浓度的时空变化规律在2008和2009年夏季,对北极新奥尔松地区(Ny-Alesund)不同生态区包括鸟类保护区、普通苔原、废弃的矿区和人类活动考察站等区域的近地面CO2、 CH4和N20浓度进行了监测。结果表明：2008年夏季鸟类保护区苔原C02和N20平均浓度比2009年高约30ppm和25ppb;而CH4浓度比2009年低约700ppb。普通苔原CO2平均浓度2009年比2008年高约30ppm, CH4平均浓度低约700ppb, N2O浓度低约11ppb。温室气体浓度的年际差异可能是由气象条件和地表覆盖状况的差异所引起的。综合不同苔原区域：新奥尔松地区CO2和CH4浓度高于背景大气浓度,而N2O低于背景大气浓度。从海鸟活动高密度区到海鸟活动边缘区CO2浓度增大；且鸟类保护区苔原C02浓度低于普通苔原,N20浓度高于普通苔原。温室气体浓度的空间变化主要是由于海鸟活动和鸟粪增加了土壤营养元素,影响苔藓植被的发育情况并改变上垫面状况。矿区苔原和站区苔原温室气体浓度的变化主要受人类活动的影响。(2)北极新奥尔松地区苔原温室气体通量的时空变异规律及其影响因素采用密闭箱法对北极新奥尔松地区(Ny-Alesund)不同苔原区域包括鸟类活动区苔原、普通苔原、人类活动区(矿区苔原和站区苔原)的N2O和CH4通量进行了观测,发现鸟类活动区苔原CH4和N20通量受控于海鸟活动强度的变化。强海鸟活动区CH4和N2O排放高于中等海鸟活动区和弱海鸟活动区。强海鸟活动区CO2净通量(NEE)和光合速率也显著高于中等海鸟活动区和弱海鸟活动区,表明鸟类活动显著增加了苔原生态系统净通量(NEE)和光合速率；而平均呼吸速率差异不明显。普通海滩苔原和矿区苔原整体上表现为C02排放源。海鸟活动区苔原N2O和CH4平均通量分别为18.3±3.6μgN2Om-2h-1和53.5±20.3μgCH4m-2h-1;而普通海滩苔原是弱的N2O源(8.3±13.2μgN2Om-2h-1)和强的CH4汇(-82.8±22.3μgCH4m-2h-1)。矿区苔原和站区苔原是CH4和N2O的排放源,特别是N2O通量比普通海滩苔原和鸟类活动区苔原高一个数量级。统计分析表明：C02净通量(NEE)和呼吸速率与土壤温度呈正相关。北极高纬度苔原土壤总碳(TC)和土壤水分含量是影响苔原CH4通量的重要因素。强海鸟活动区土壤总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)、总磷(TP)和总硫(TS)平均含量比非海鸟活动区高约一到两个数量级,说明海鸟活动和海鸟粪便的沉降强烈地影响了此苔原区域土壤的化学性质。鸟类保护区苔原N20通量与TN、NH4+-N和NO3--N含量显著正相关,表明海鸟的N输入和大气N沉降是控制苔原N2O通量空间变化的主要因素。N20通量与NH4+-N显著正相关(r=0.66,p<0.001),说明NH4+-N含量是高纬度北极苔原土壤N20排放率强有力的指示剂。(3)冻融循环对北极苔原土壤温室气体产生速率的影响选取南北极普通苔原、北极鸟类活动区、南极企鹅与海豹活动区等苔原的土壤样品以及鸟粪和苔藓样品,开展冻融循环模拟实验,探究冻结温度、冻融频率和水分含量对温室气体产生速率的影响,发现冻结的苔原土壤温室气体产生速率较低,融化阶段产生速率急剧升高。冻融循环过程中,苔原土壤-20℃冻结温室气体的产生速率和累积排放量比-10℃冻结时高,尤其是CH4累积排放量几乎均为-10℃冻结时的2倍；五周期冻融循环中温室气体的累积排放量明显高于三周期,但随着冻融循环次数的增加产生速率和每周期累计排放量几乎均呈减少的趋势。冻融循环实验中,企鹅粪土CH4和CO2累积排放量均比其它土壤样品高约2-3个数量级；海豹活动区和北极鸟类保护区苔原土壤N20累积排放量均比其它土壤样品高约1个数量级。不同水分含量前处理(0、2、5、10和20m1)的冻融循环实验中：土壤含水率的变化对CH4产生速率的影响很小；C02累积排放量随着土壤含水率的增加而减小；N2O累积排放量随水量的增加而增加,普通苔原土壤的最大累积排放量是在5ml添水处理后,鸟类保护区土壤最大累积排放量是在10ml添水处理后。(4)上海—南极海洋边界层大气CO2稳定同位素空间变化特征在中国第24次南极科学考察期间,采用Tedlar气袋采集了“雪龙号”考察船航线上海洋边界层大气样品以及东南极米洛半岛近地面大气样品。在室内采用Thermo Finnigan MAT-253同位素质谱仪对气体样品中CO2稳定同位素组成进行了测量,并分析了其δ13C与δ18O的空间变化规律,结果表明：上海—南极海洋边界层大气CO2的δ13C(-9.08%o～-7.09%o)与δ18O(-2.24%o-2.65%o)平均值分别为-8.37‰±0.5‰和0.03‰±1.4‰。在33.2°N～69.2°S随纬度的变化,δ13C与δ18O略呈增加趋势,增加率分别为0.002‰和0.005‰/纬度。大气中CO2浓度与δ13C呈显著负相关,与δ180呈正相关；而δ13C与δ180呈显著负相关。米洛半岛大气CO2的δ13C和δ18O平均分别为-8.08‰±0.8‰和-0.49‰4±0.7‰,接近于海洋边界层大气CO2同位素值。分析讨论了影响海洋边界层大气CO2的δ13C与δ180空间变化的因素,提出海洋边界层大气CO2稳定同位素组成是海洋CO2源汇强度变化灵敏的指示剂。本文提供了全球大区域海洋边界层大气CO2的同位素资料,有助于定量评估全球与区域海洋大气CO2的净收支。