在北方季节性冻融区，反复的冻融作用可改变土壤理化与微生物性质，破坏团聚体结构，导致微生物细胞裂解，并释放大量活性碳氮。尤其在秋冻与春融的关键转换期，底物释放及微生物群落结构重组强烈影响温室气体的排放速率与组成。然而，现有研究多集中于土壤融解阶段，对冻结过程及完整冻融周期的系统认识仍显不足。特别是在农业管理背景下，长期施肥与种植制度的差异如何通过改变土壤属性进而调控冻融期间的温室气体排放，尚不明确。针对这一问题，中国科学院东北地理与农业生态研究所李禄军研究员团队以东北黑土农田为研究对象，基于长期施肥与种植制度定位监测平台，在土壤冻结初期、冻结后期、完全冻结期、融解初期和融解后期五个冻融关键阶段，开展了非生长季高频气体采样。该研究旨在揭示冻融过程中CO2、CH4和N2O的排放动态，及其与土壤理化性质和微生物属性变化之间的内在联系。

研究发现，土壤CO2排放速率在冻结期呈“驼峰型”动态，融解期逐渐上升，其累积排放量主要发生在秋季冻结与春季融解阶段（图1a-c）；CH4排放动态与CO2相似，融解期累积排放量较冻结期增加266%，整个冻融期间土壤表现为CH4的净吸收（图1d-f）；N2O排放呈现显著的“脉冲式”特征，其在融解期的累积排放量显著高于冻结期（图1i-k）。在整个冻融期间，土壤CO2、CH4和N2O排放主要受到土壤温度波动和水分相变的驱动，同时也受到土壤团聚体稳定性、碳氮有效性及微生物群落变化的综合调控（图2和3）。融解期三种温室气体排放速率与资源与微生物之间的碳氮比失衡程度均呈现显著的负相关（图3），表明该期间土壤资源与微生物需求之间的化学计量失衡的缓解，触发了融解期间CO2、CH4和N2O的脉冲式排放。

图1冻融期间土壤CO2、CH4和N2O排放的动态变化

此外，冻融期间三种温室气体排放受到土壤肥力和种植制度的显著影响，高肥力土壤在融解期的CO2、CH4和N2O累积排放量均显著高于低肥力土壤（图1），这一差异主要归因于其较低的初始碳氮比、较高的可利用碳氮含量，以及特定的微生物群落结构（更高的F:B与G+:G-比）（图2）。与轮作制度相比，长期玉米连作导致土壤底物质量下降、微生物量碳氮比升高（图2d和g），不仅增加了冻融期间CO2和N2O累积排放量，也削弱了土壤对CH4的吸收能力，从而进一步加剧冻融期间的温室气体排放（图5）。综上，土壤初始底物质量、微生物群落结构及其对冻融响应的环境驱动因子共同调控着冻融期间温室气体的排放动态。该研究为通过优化农田管理措施减轻非生长季的气候影响提供了田间实证依据。

相关论文以“Freeze-thaw‑induced greenhouse gas emissions from a Mollisol agroecosystem: Microbial and edaphic regulation under long-term agricultural management”为题，在线发表于国际学术期刊Soil &Tillage Research。论文第一作者为中国科学院东北地理与农业生态研究所在读博士生王丹丹，通讯作者为李禄军研究员，合作者还包括东北地理所戴闪闪、何朋特别研究助理，张志明项目高级工程师，在读博士生周健颖，台州学院刘明慧副教授，以及东北地理所张士秀项目研究员。该研究获得了国家自然科学基金、黑龙江省重点研发计划（创新基地）及教育部寒地黑土生境健康国际合作联合实验室开放基金的共同资助。

图2. 土壤初始属性与CO2、CH4和N2O累积排放量的关系

图3多个预测因子对土壤CO2、CH4和N2O排放通量的相对影响

图4冻融期间低肥力和高肥力土壤CO2、CH4和N2O排放的概念图

论文信息：Wang, D.D., Dai, S.S., He, P., Zhang, Z.M., Zhou, J.Y., Liu, M.H., Zhang, S.X., Li, L.J., 2026. Freeze-thaw‑induced greenhouse gas emissions from a Mollisol agroecosystem: Microbial and edaphic regulation under long-term agricultural management. Soil &Tillage Research 264, 107298.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.still.2026.107298