土壤是全球大气温室气体的重要的源和汇，过去的研究集中在不同生态条件下土壤温室气体的排放通量。浓度的变化仅反映这些气体整个累积过程的情况，而对这些气体稳定同位素的研究有助于人们了解温室气体的产生和排放机理(曹亚澄等，2008)。南北极由于远离人类活动区，自然生态结构单一，对全球气候的变化尤为敏感，使得这里成为全球科学家研究研究气候变化的理想场所。本文在前人研究工作的基础上，运用稳定同位素的方法，对比分析研究南极苔原土壤三种温室气体的同位素组成及其影响因素，试图从微观层次上阐明南极苔原土壤温室气体的产生机理，为研究全球变化环境下南极苔原生态系统的碳氮循环过程提供重要的科学依据。主要研究内容及研究结果如下：　　 (1)对采集于南极法尔兹半岛两个地点的海豹粪土(HS和GS)、阿德雷岛两个地点的企鹅粪土(AB和AF)以及东南极的帝企鹅粪土(DQ和DQT)，在室内对所采集的样品分别在有氧和厌氧条件下进行冻融培养实验。结果表明：土壤在厌氧条件下比有氧条件下排放了更多的N2O。在有氧培养下HS，GS，AB和DQT排放的N20的δ15N平均值分别为：0.24±4.09‰，-9.61‰，-4.09‰和32.44‰；δ18O的平均值分别为22.36±2.36‰，27.30‰,41.52‰和25.53‰。在厌氧培养下δ15N的平均值分别为6.72‰，-15.97‰，-8.55‰和35.51‰；δ18O的平均值分别为24.05‰，21.07‰，28.41‰和31.90‰。土壤排放的N2O与当地大气N2O相比普遍贫15N和18O。除DQT和HS外，δ15N和δ18O在有氧(r=0.774，p＜0.01)和厌氧(r=0.946，p＜0.01)培养下均呈现很好的正相关性。N2O排放量下降的同时伴随着培养瓶内剩余N2O中δ15N和δ18O值的增加，证实N2O还原为N2的过程引起重同位素富集。高的水分含量有利于土壤反硝化作用的进行，使释放的N2O富集重同位素；pH值也会影响N2O的同位素组成，低pH会引起δ15N值增加。　　 (2)在野外分别对Ad1、Ad2、Ad3、SW1、SW2和SW3（其中Ad1、Ad2、Ad3分别代表了远离企鹅活动区、过渡区和企鹅聚居地的苔原观测点；SW1、SW2、SW3分别代表了远离海豹活动区、过渡区和海豹活动区的苔原观测点）进行CO2排放浓度的现场观测，同时在现场对这几个观测点分别进行遮光和透光观测，以研究不同的光照条件对CO2浓度排放及其同位素组成的影响。在实验室内对新鲜阿德利企鹅粪MI和GI分别在有氧冻融、有氧恒温和厌氧恒温条件下进行培养，以研究有氧和厌氧培养对CP2浓度排放及其同位素组成的影响。结果表明：太阳光照通过影响苔原植被的光合作用从而问接影响CO2的同位素组成。透光观测相对于遮光观测更有利于13C的富集。CO2浓度与δ13C值之间呈现负相关关系，即CO2浓度越高，对应的δ13C值越低。这说明土壤微生物的呼吸作用使土壤释放的CO2贫13C。厌氧培养下相对于有氧培养更有利于13C的富集，而δ18O值在两种培养条件下的差异不是很大。野外观测相对于实验室培养下CO2的δ13C值更高，而δ180值的差异则不是很明显。　　 (3)对新鲜阿德利企鹅粪MI和GI、帝企鹅粪DQ、阿德利鸟成土AF在实验室内进行冻融和恒温培养。结果表明：除了DQ，MI和GI均在厌氧培养下表现出更大的CH4排放量。厌氧培养下的δ13C值明显高于有氧培养下的δ13C值，这说明厌氧培养有利于13C的富集。四种培养条件下，δ13C值与CH4浓度之间均呈现负相关关系，说明δ13C值与CH4的排放浓度有关，且随CH4浓度的增加而减小。