全球气候变化可能导致地表雪被厚度变化,未来北半球中高纬度和海拔地区的冻融现象可能会越来越频繁的发生。冻融过程可以在很大程度上改变土壤碳氮循环过程。这里,我们收集了 46篇原始文献,评估了冻融作用影响下跟碳、氮循环相关的18个变量的效应比,通过随机效应模型检验冻融作用下不同土壤来源、影响阶段(包括初始影响和长期影响)、实验方法以及土壤层碳氮参数的效应比变化。土壤来源包括森林、灌丛、草地、农田、苔原和湿地。并且通过meta回归分析效应比与冻结温度、土壤pH、土壤碳氮比以及其他环境因子之间的关系。结果表明:冻融过程导致微生物氮和微生物碳氮比分别下降了 12.2%和8.5%,土壤可溶性有机碳(DOC)和可溶性有机氮(DON)分别上升了 27.5%和37.3%。冻融作用使NH4+、NO3-和可溶性无机氮(DIN)浓度上升了 84.1%、29.6%和35.4%。N2O排放量在冻融促进下上升了 95.0%。实验室模拟和野外观测结果在氮矿化速率、硝化速率和呼吸速率指标上存在矛盾。冻融作用对细根周转具有促进作用,但是对长期的地上生物量并没有显著影响。水分条件是湿地生态系统重要的生态属性。春季冻融期湿地土壤的水分条件常因冰雪融化而具有明显的时间波动。并且湿地的负地形特点常常使同一 区域湿地土壤的水分条件具有显著的空间差异性。本文通过实验室冻融模拟土柱实验探讨了不同冻融频次下,湿地土壤在不同空间和时间水分条件下矿化过程的变化和响应。冻融作用可以破坏土壤大粒级团聚体(>2 mm),使50%持水量和100%持水量容重降低,并增加这两种水分条件土壤的溶解氧浓度和氧化还原电位值,但是对10 cm上覆水的影响较小,10 cm上覆水的湿地土壤由于上覆水的缓冲和压实作用,导致土壤容重增大和>2 mm水稳性大团聚体随时间增多。冻融作用能够增加不同水分条件土壤DOC含量、NH4+含量,减少土壤中DON含量,对土壤NO3-含量的影响与水分条件有关,冻融作用使50%持水量和100%持水量湿地土壤的NO3-含量增加,使10 cm上覆水湿地土壤NO3-含量减少。冻融作用显著增加各水分条件湿地土壤渗滤液中DOC含量、DON含量和NH4+含量,增加50%持水量湿地土壤渗滤液中NO3-含量,减少100%持水量和10 cm上覆水的湿地土壤渗滤液中NO3含量。冻融作用抑制了 50%持水量湿地土壤CH4的排放速率,促进了 100%持水量和10 cm上覆水的湿地土壤CH4排放速率。冻融作用抑制各水分条件土壤CO2的排放速率。冻融作用促进50%持水量和100%持水量湿地土壤N20的排放速率,抑制了 10 cm上覆水湿地土壤N2O排放速率。冻融作用促进了各水分条件湿地土壤在融化过程中的呼吸速率、反硝化速率。显著增加50%和100%持水量的湿地土壤融化过程中总硝化速率,10 cm上覆水湿地土壤总硝化速率增加较小。无论土壤由干变湿还是由湿变干,冻融作用都显著降低土壤中DOC和DON含量。冻融作用显著降低湿地土壤由干变湿过程中NH4+和NO3-含量,显著增加湿地土壤由湿变干过程中NH4+和NO3含量。冻融作用显著降低湿地由干变湿过程中渗滤液中DOC含量和NH4+含量,增加湿地土壤由湿变干过程中渗滤液中DOC含量和NH;含量。冻融作用增加湿地土壤由干变湿过程中渗滤液中NO3含量,显著减少湿地土壤由湿变干过程中渗滤液中NO3含量。无论由干变湿还是由湿变干,冻融作用都显著减少湿地渗滤液中DON含量,并对CH4和N2O排放起到显著促进作用,相反对C02排放起到显著抑制作用。本论文的meta分析结果可以帮助更好的理解不同环境下土壤碳氮循环对冻融过程的响应。另外基本阐述了冻融作用对湿地土壤在不同典型水分条件下矿化过程及结果的影响及差异。简要描述了土壤干湿变化与冻融作用叠加影响下土壤矿化过程结果的差异。有助于理解水分条件这一湿地土壤关键环境因子在冻融过程影响中的作用。