研究背景
多年冻土区CH₄排放是全球变暖的重要潜在正反馈，但已有研究和模型大多以CH₄通量与温度呈单调响应为基本假设，对CH₄产生/氧化过程可能存在的非线性阈值特征、以及升温—降温季节间水热条件的不对称性关注较少。这提示相同温度在升温相与降温相可能对应不同的通量状态（即“滞后效应”），但这一现象在水文异质性较强的森林—湿地过渡带此前尚缺乏长期原位证据的检验。
为此，哈尔滨师范大学臧淑英老师团队依托中国东北大兴安岭北极镇，开展两年高频监测，系统检验CH₄通量的相位依赖性温度阈值及其水文—微生物调控机制，成果发表于《Journal of Forestry Research》。
图1.研究区域、样地位置和实验装置。
研究方法
研究区位于中国东北大兴安岭北极镇，地处欧亚多年冻土带南缘，多年冻土退化剧烈；设置三个关键采样期：活动层融化初期（5 月初）、生长旺季（7 月中旬）、土壤冻结前期（10 月末）。每个生境采集3份0~10 cm土芯混合为1份混合样；每份样品分为2份；
测量指标：土壤CH₄通量、pH、SOC、DOC、NH₄⁺-N、NO₃⁻-N等指标，同时提取土壤DNA，进行高通量测序；
值得一提的是，研究采用由便携式温室气体分析仪和SF-3500多通道土壤气体通量测量系统（北京理加联合科技有限公司），SF-3500按“90 s预冲洗—90 s平衡—180 s测量”的流程自动控制各通量箱运行，测定CH₄和H₂O浓度，并同步监测5 cm深度的土壤温度和体积含水量。
统计分析：研究通过分相回归识别CH₄通量的温度阈值，并结合群落分析、共现网络和随机森林解析其驱动因素；
图2. 2021年和2022年森林（a）和湿地斑块（b）土壤CH₄通量的季节性变化。
图3.森林（a：加热阶段；b：冷却阶段；c：汇总数据）和湿地（d：加热阶段；e：冷却阶段；f：汇总数据）生境中土壤CH₄通量的温度阈值。
图4.基于随机森林的土壤、产甲烷菌相关和甲烷氧化菌相关预测因子对CH₄通量的相对贡献（均方误差增加百分比）。
图5.在多年冻土区，构建了一个概念框架，将温度变化轨迹、水文条件和微生物对森林-湿地过渡带甲烷通量的控制联系起来。
核心结果
森林与湿地：源汇行为截然不同
1) 湿地：全年始终表现为CH₄净源，通量由5–6月接近零逐渐上升，7–8月盛夏达到峰值，9–10月缓慢回落；
2) 森林：呈现明显的季节性源汇转换，6月下旬为净吸收，7月初骤然转正并维持至8月，9月中下旬又迅速转负；
滞后效应
森林升温相与降温相的温度阈值较为接近，轨迹依赖性较弱；而湿地升温相与降温相的阈值差异明显，表现出显著的滞后效应；
微生物驱动：产甲烷菌占主导，氨氮与水分为关键纽带
1) 森林与湿地的CH₄循环微生物群落结构均存在显著差异，其中产甲烷菌的组成和多样性变化更明显，表明其对生境和季节变化更为敏感；
2) 土壤水分、NH₄⁺-N及产甲烷菌群落与CH₄通量密切相关，其中产甲烷菌相关指标的预测重要性最高（35.46%）；
机制解释
1) 升温期：活动层融化→土壤持水增强→厌氧微域扩大→NH₄⁺-N有效性升高→产甲烷菌活性增强→CH₄排放激增；
2) 降温期：排水与冻结→氧气恢复→产CH₄受抑，即使温度仍较高，排放也快速回落；
结语
温度不是唯一答案，水文与微生物才是CH₄通量背后真正的隐藏剧本。这项两年野外观测提醒我们：理解多年冻土碳排放，还需要跳出温度决定一切的思维定式，去看见更复杂、也更真实的过程耦合。
发表期刊：Journal of Forestry Research【影响因子：4.1】
研究单位：哈尔滨师范大学、东北农业大学等
研究地点：中国东北大兴安岭北极镇
使用设备：SF-3500多通道土壤气体通量测量系统
DOI：https://doi.org/10.1007/s11676-026-02100-4