冻融事件与美国玉米带土壤中一氧化氮、一氧化二氮和二氧化碳的通量

《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》：Freeze-Thaw Events and Nitric Oxide, Nitrous Oxide, and Carbon Dioxide Fluxes in a U.S. Corn Belt Soil

土壤冻融事件对玉米地土壤温室气体和NO排放的影响研究。通过实验室测定内布拉斯加州玉米地土壤中不同冷冻强度（15-75 FDD）和循环频率对CO2、N2O和NO排放的影响，发现NO排放对冷冻处理响应最敏感，75 FDD显著增加NO排放，而15 FDD Fast处理则显著降低。该研究强调需改进冻融事件在气候模型中的表征，以准确评估冬季气体排放变化趋势。

　　

摘要

二氧化碳（CO₂）、一氧化二氮（N₂O）和一氧化氮（NO）从农业土壤释放到大气中，是导致气候变暖和影响大气化学成分的主要因素。我们在美国内布拉斯加州进行了实验室实验，以评估不同强度和频率的冻结对玉米种植土壤中这些气体通量的影响。我们研究了冻结温度、冻结度日数（FDDs：即每天低于零摄氏度的温度之和，例如，12天处于-2°C相当于24个FDDs）以及冻融循环的变化对这些通量的影响。土壤样本被置于密封容器中，通过气相色谱法直接测量N₂O和CO₂的通量，而NO的通量则通过化学发光检测器进行测量。同时，我们还测量了潜在的净氮矿化作用、净硝化作用、微生物生物量以及反硝化酶的活性。实验结果表明，NO对冻结处理反应最为敏感：某些处理条件显著增加了NO的排放量（如75FDD和15FDD处理），而另一种处理条件（15FDD Fast）则显著降低了NO的排放量。N₂O和CO₂的通量变化虽然没有NO那么明显，但在极端冻结条件（75FDD）下两者都有显著增加；而在15FDD Fast处理条件下，多个采样日期的通量也出现了显著下降。我们的研究结果表明，严重的冻结事件会影响到这些重要痕量气体的释放。鉴于这些事件对大气化学的影响，可能需要将其纳入气候模型中进行考虑。

通俗语言总结

研究表明，土壤的冻结和解冻事件是导致温室气体（CO₂、N₂O）从土壤释放到大气中的重要因素。此外，这些事件还会促进NO的排放，而NO是大气污染（如臭氧、颗粒物）的前体物质。这些事件的强度会受到冻结和解冻性质及程度的影响。因此，迫切需要改进对冻结/解冻事件的测量和建模方法，以便更好地理解这些气体在冬季的通量变化及其受气候变化的影响。

关键点

• 土壤的冻结和解冻事件对NO通量的影响大于对N₂O或CO₂通量的影响

• 这种影响取决于冻结和解冻事件的性质及程度

• 需要对这些事件进行测量和建模，以准确了解这些气体在冬季的通量变化及其受气候变化的影响

利益冲突

作者声明与本研究无关的任何利益冲突。

数据可用性声明

本研究的数据已发布并公开提供在以下链接：https://doi.org/10.25390/caryinstitute.31075609 和 https://doi.org/10.25390/caryinstitute.31100038（Groffman等人，2026a, 2026b）。