冻融期是北方温带草地温室气体排放的重要时期。气候变化正在显著改变冬季降雪格局，进而可能影响冻融期二氧化碳（CO2）、氧化亚氮（N2O）和甲烷（CH4）的排放及温室气体综合增温潜势（GWP）。然而，积雪变化如何改变三种温室气体的组成，以及植物和微生物过程在其中发挥何种作用，仍缺乏系统认识。同时，由于冬季野外观测难度较大，区域尺度上冻融期温室气体排放特征及其调控机制仍具有较大不确定性。
针对这一问题，中国科学院植物研究所刘玲莉研究团队以内蒙古温带草原为研究对象，沿1500公里环境梯度选取12个样点，涵盖荒漠草原、典型草原和草甸草原，利用原状土开展不同雪深条件下的冻融培养实验，并结合温室气体通量、土壤理化性质、胞外酶活性及微生物群落等指标，系统评估积雪变化对冻融期温室气体平衡的影响。研究发现，积雪增加通过提高土壤充水孔隙度（WFPS），显著增强冻融期GWP。其中，N2O排放增加980%—1589%，其对总GWP的贡献由1.4%升至82.8%；与此同时，CO2的贡献由98.3%下降至17.1%。这一变化表明，积雪增加引起的土壤水分升高和氧扩散受限，可推动微生物代谢由以有氧呼吸为主转向更有利于反硝化的低氧过程，从而重塑CO2与N2O对冻融期气候效应的相对贡献。
进一步研究发现，植物多样性通过两条不同的植物—真菌途径调节冻融期温室气体排放。一方面，较高的植物多样性提高了具有较强分解能力的担子菌相对丰度和微生物胞外酶活性，促进了土壤有机质分解和CO2释放；另一方面，较高的植物多样性可降低土壤硝酸盐含量，同时丛枝菌根真菌（AMF）增加也降低了反硝化潜力，共同限制N2O排放。这表明生长季形成的植物—微生物关系可以延续至非生长季，并调节冬季温室气体排放。将积雪驱动的水分—氧化还原过程及跨季节生物遗留效应纳入生态系统模型，将有助于提高寒冷季节温室气体收支及其气候反馈的预测能力。
该研究成果于8月10日在线发表于国际学术期刊Journal of Ecology。植物所特别研究助理罗杰为论文第一作者，刘玲莉研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。
文章链接：
http://dx.doi.org/10.1111/1365-2745.70421
（植被与环境变化实验室供稿）
冬季增雪条件下冻融期温室气体增温潜势的生物与非生物调控机制
