季节性冻融是广泛分布于北半球陆地生态系统中的一种重要自然现象,深刻影响着寒冷地区土壤碳、氮生物化学过程。在气候变化背景下,冻融格局改变对冻土区土壤温室气体排放的影响及反馈已成为生态学研究的一个热点。然而,目前绝大部分关于季节性冻土区土壤温室气体排放的研究集中于植物生长季,非生长季温室气体排放数据缺乏,且冻融作用对温室气体排放的影响机制仍不清楚。探明非生长季,特别是土壤冻融交替过程中,温室气体的排放特征及影响通量的作用机制,对评估季节性冻土区土壤温室气体排放的温室效应,计算土壤碳氮收支,理解冻融事件对土壤养分循环的影响,预测气候变化可能造成的生态影响,具有重要的科学意义。围绕中国东北松嫩平原四种典型季节性冻融生态系统（水稻田、玉米田、天然林、人工林）土壤温室气体排放,我们开展了持续20个月的野外原位监测,利用“静态箱-气相色谱”的方法,测定了完整季节冻融周期内土壤N₂O、CO₂、CH₄通量动态;通过提高关键期采样频率的方式,重点考量了初冬和初春冻融交替过程中土壤温室气体的排放特征;同步测定了非生长季气候因子、土壤环境、土壤养分和土壤微生物的变化;此外,利用结构方程模型的统计方法,分析了生物、非生物因素对非生长季土壤温室气体排放的影响。结果表明:（1）季节性冻融是寒冷地区土壤养分循环的重要驱动力,春季融化后土壤存在明显的养分“流”。冬季冻结、覆雪条件下土壤碳、氮转化并未停止,其中NH₄⁺、DON净消耗,但NO₃^-、DOC净累积,MBC和MBN不但没有减少反而呈增加趋势,且MBC的增长幅度高于MBN,表现在随着积雪覆盖的延续微生物群落C:N升高。春季融化过程中土壤NH₄⁺、NO₃^-、DON和DOC含量分别比融化前增加了5¹1倍、1⁶倍、1⁴倍和1³倍。另外,土壤融化后微生物群落恢复迅速,其倾向于增加自身氮固持量。但季节性冻融作用对土壤养分释放的刺激作用仅在春季融化初期较为显著。（2）非生长季土壤温室气体排放对全年具有重要贡献,占全年总排放量的15%⁶7%。水稻田、玉米田、天然林、人工林非生长季土壤N₂O的排放量分别为0.73、0.66、0.14和0.17 kg·hm^-2,分别占全年总排放量的67%、22%、42%和17%;这四类样地非生长季土壤CO₂的排放量分别为1.28、1.57、3.36和3.62 t·hm^-2,分别占全年总排放量的28%、15%、21%和22%;除稻田外,玉米田、天然林、人工林非生长季土壤CH₄以吸收为主,吸收量分别为0.63、2.31和2.33 kg·hm^-2,分别占全年总汇的48%、35%和37%。对净温室效应而言,水稻田、玉米田、天然林、人工林全年GWP分别为13744.23、11868.32、16026.26、16753.88 kg CO₂·hm^-2,其中11%、15%、21%和22%来自非生长季。同时,CO₂、CH₄、N₂O对四类样地全年GWP贡献有所区别,两类林地超过99%的温室效应来自于CO₂排放,而稻田65%的温室效应来自于CH₄,同时N₂O排放对玉米田土壤净温室效应贡献达到7%。另外,春季昼夜冻融显著影响农田N₂O、CO₂、CH₄通量日进程,三者在白天的平均通量分别是夜间的4⁵倍、3⁴倍和6倍,即融化期75%⁸6%的温室气体排放量集中在白天土壤解冻过程中。（4）四类样地土壤N₂O在春季融化期呈脉冲式释放特征,且该时期峰值为全年最大值(67.56²57.43μg m^-2 h^-1)。四类生态系统中非生长季土壤N₂O总排放量的80%集中于融化期。2015年和2016年融化期水稻田N₂O通量峰值高达257.43、210.48μg·m^-2·h^-1,玉米田峰值为207.44、199.15μg·m^-2·h^-1,天然林峰值为71.86、110.89μg·m^-2·h^-1,人工林峰值为87.04、67.56μg·m^-2·h^-1。该峰值是年平均通量的7¹5倍,但释放高峰期仅维持10¹8天。故春季融化期初期是监测全年N₂O排放的关键时期。融化期N₂O的大量排放受土壤氮素有效性增加、微生物量迅速恢复、融雪水补给共同刺激所致。另外,土壤水分（而非土壤温度）是控制整个非生长季N₂O排放最重要的非生物因素,能解释农田和林地N₂O通量变异的34%和63%。（5）季节性冻土区土壤CO₂排放以生长季为主,但漫长非生长季的累积排放量对全年的贡献仍占到15%³0%,故冬季土壤呼吸依然是该地区C循环中不可忽视的过程。冻结期和融化期土壤CO₂占整个非生长季排放量的80%以上,因此重点监测这两个时期内土壤CO₂排放有利于更准确的估算季节性冻土区全年C收支。土壤温度是限制冬季土壤呼吸的主要环境因素,其能解释通量变异的66⁷2%。同时,DOC对非生长季土壤CO₂通量的效应不显著,但TDN正效应达到0.24⁰.27,表明该地区冬季土壤呼吸受N源供给限制,而非C源。另外,非生长季土壤温度敏感性显著高于生长季,覆雪期和融化期Q₁₀值达到2.6²0.3,融化期内玉米田CO₂通量昼夜进程中Q₁₀值更是高达40。因此冬季气候变暖很可能成倍加速土壤呼吸,引起大量C排放。（6）不同土地利用方式下土壤CH₄通量存在差异,其中淹水后稻田是大气CH₄的重要排放源,中国东北稻作系统CH₄的年排放量为305 kg·hm^-2。玉米田、天然林和人工林土壤全年绝大部分时间表现为大气CH₄的汇,但天然林和针叶林的年净吸收量(6.7和6.3 kg·hm^-2)高于玉米田(1.3 kg·hm^-2)。另一方面,季节性冻融改变土壤的“源—汇”功能,玉米田、天然林和人工林CH₄通量全年呈“正弦”规律,非生长季吸收速率低于生长季,但非生长季对全年汇仍有35%⁴8%的贡献。稻田土壤在非生长季也转变大气CH₄汇。特别是,春季融化期两类农田土壤CH₄均存在短期释放。土壤水分是唯一一个对农田土壤CH₄通量具有显著效应的因素（β=0.82）。林地土壤水分和MBN、MBC对CH₄通量表现为正效应（β=0.59,0.79,0.43）,而土壤温度和TDN为负效应（β=-0.44,-0.23）。由于非生长季林地土壤CH₄以吸收为主,因此土壤水分、微生物量的增加会降低该时期CH₄的吸收,而土壤温度、有效氮的增加则会促进CH₄吸收,即冬季高温、干燥条件下有利于土壤CH₄吸收。总之,非生长季土壤温室气体排放不可忽略,冬季温度、积雪及土壤冻融格局的变化将通过影响土壤温度、湿度、土壤养分周转、微生物活动等进而影响温室气体排放。本研究创新点在于:对比了四个冻融期土壤温室气体通量,且确定春季融化期是监测季节性冻土区非生长季土壤温室气体排放的关键期;原位采样较室内模拟试验更有现实意义,综合分析了非生长季温度、水分、积雪、土壤养分对温室气体通量的影响;比较了季节性冻土区不同耕作方式（旱田和水田）、植被类型（天然林和人工林）、施肥的农田系统与自然系统（林地）温室气体排放差异。