科学家揭示：土壤冻融循环如何影响春季物候

来源：光明日报

你有没有感觉，这些年的春天来得越来越不规律了？相比过去，有的地方春来早，有的地方春迟到。这不是你的错觉，全球变暖正导演着一场波及整个北半球的“春日变奏曲”。

过去，降水与辐射被公认是“变奏”的主要驱动因子，但最近，中国科学院新疆生态与地理研究所副研究员马晓飞在国际学术期刊《全球变化生物学》上发表的研究成果，揭示了一位隐藏在幕后且能量巨大的“指挥家”——土壤的冻融循环。“它正挥动着指挥棒，让春天或快半拍，或慢半拍。”马晓飞表示，被多数大尺度物候研究忽视的土壤冻融循环，并非“背景噪声”，而是可与降水、辐射并列的关键气候驱动因子。

土壤冻融循环，顾名思义指的是土壤中的水分随着温度波动而发生冻结与融化的交替过程。这项研究融合了长达20年（2003年至2022年）的卫星物候数据与气候再分析资料，系统评估了泛北半球范围内冻融循环频率对生长季开始时间的影响。结果发现，虽然北半球生长季开始期平均以每十年约1.9天的速度提前，但仍有超过28%的植被区域呈现稳定甚至推迟的趋势，尤其在广袤的北方森林、高寒地区与苔原带。这一看似矛盾的现象，背后正是冻融循环这位“指挥家”在发挥作用。

研究团队借助被称为“太空相机”的MODIS卫星，持续20年追踪北纬30度以上每一片森林、草原与苔原的返青日期，同时利用微波遥感数据精确记录每年土壤经历“冻结—融化—再冻结”的循环次数。借助不同分析方法，厘清温度、降水、辐射等因子的独立贡献。不仅如此，研究团队还注意到不同生态系统可能具有截然不同的响应机制，因此他们将北半球植被按类型细分——如北方泰加林、温带阔叶林、荒漠、苔原与高山草甸等，开展了一场细致的“分科室会诊”。正是通过这种系统性的诊断分析，一个关于冻融循环的“双面故事”逐渐清晰。

经过层层“诊断”，研究团队发现，尽管春天整体提前，但北半球超过四分之一的区域呈现稳定或推迟的“叛逆”状态，这些地方主要分布在北方森林、高纬度苔原及部分高海拔山区。为什么在全球变暖的背景下，春天反而会迟到？答案正隐藏在冻融循环的变化中——冻融循环并非总是促进春天早到，它实际扮演着“双面角色”，其影响因生态系统类型而异。对于耐寒的北方森林而言，适度的冻融循环如同温和的唤醒铃，能逐渐打破树木的冬季休眠，刺激土壤微生物活动，提前释放养分。在这些地区，冻融次数越多，春天往往来得越早，最多可提前约7天。

然而，在干旱的荒漠和部分温带森林中，情况却截然相反。对于荒漠中依赖深根获取水分的植物，表层土壤的反复冻融不但无法提供有效水分，还可能破坏土壤结构、加速蒸发，甚至损伤植物根系。而在某些温带森林，过于频繁的冻融就像反复将人从温暖的被窝拽入冰天雪地，会导致植物生理损伤、消耗大量修复能量，从而显著推迟发芽时间，延迟幅度甚至有20天以上。至于高山草甸与苔原这类高寒生态系统，故事则更为复杂——适度的冻融或许有益，但过于频繁反而会因积雪减少、土壤失稳而产生负面效应，其响应曲线呈波浪形，体现出自然系统精巧而脆弱的内在平衡。

研究还揭示，随着全球变暖持续，土壤冻结期缩短，冻融循环发生的“时间窗口”被压缩，其对物候的整体影响力在2003年至2016年间已呈现减弱趋势。与此同时，当温度不再成为最主要的限制因子时，太阳辐射的重要性便日益凸显。值得注意的是，这场变化在不同地区的步调并不一致：例如寒带森林对冻融的敏感性下降较快，而一些灌木林地则变化平缓。

这项研究同时表明，未来预测春天将变得比以往更加复杂。“在北方森林，冻融或许助推春天提早，增强碳汇功能；而在干旱区域，它却可能加剧春季水分胁迫，带来更大的生态压力。”马晓飞说。

可见，这首“春日变奏曲”由温度、水分、阳光以及土壤冻融共同谱写。

（记者 赵明昊 黄小异 姚昆）