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冻融循环在高纬度、高海拔以及一些温带地区是非常普遍的现象，在北半球大约55%的总陆地面积经历着季节性的冻融循环。冻融循环作用可能会显著影响土壤结构、微生物、植物根系以及凋落物的输入等，从而影响土壤CO₂排放。然而，到目前为止，很少有研究在原位条件下探究冻融循环对土壤CO₂的影响。

基于此，我院高德才博士利用野外控制实验探究了温带地区落叶松和油松人工林冬季土壤呼吸对冻融循环的响应及其潜在机制。结果表明，在冻融循环期间土壤CO₂排放量分别占土壤CO₂冬季累积排放量和年累积排放量的18.89%~18.94%和0.79%~1.00%。其中融化期土壤呼吸速率比冻结期高1.54~3.95倍，这主要是由于土壤融化时土壤微生物量增加所致。由于微生物资源枯竭，与第一次冻融循环相比，这种影响在第二次冻融循环中减弱（图1）。两种不同类型森林土壤CO₂排放通量对冻融循环的不同响应主要是由于凋落物层厚度的不同所致，因为凋落物层可调节土壤温度和土壤酶活性。本野外原位实验结果表明冻融循环的强度和频率强烈地影响着冻融循环期间土壤碳排放。因此，在气候变化背景下的室内研究和模型模拟中应考虑这些因素。

以上研究成果以Effects of in situ freeze-thaw cycles on winter soil respiration in mid-temperate plantation forests为题，发表在Science of the Total Environment上。高德才为文章的第一作者，白娥教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金，联合基金项目，中瑞科技合作项目和吉林省自然科学基金的支持。

图1 在冻融循环期间土壤CO₂排放通量、EOC（可提取有机碳）、EON（可提取有机氮）、MBC（微生物生物量碳）、MBN（微生物生物量氮）、NH₄⁺、NO₃^-、酶活性、土壤温度和水分随时间的变化。阴影部分表示冻融循环的冻结期。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969721036391