生活在北方的人可能会有这样的生活体验——当你冬天在室外尝试挖土，可能要费上不小力气——严寒将原本松软的土地冻得十分结实。但若你坚持不懈，挖穿表面坚硬的土，会发现下层还是原先松软的土，而上面因结冰变得坚硬的土就是冻土，称为“季节性冻土”。而在地球上全年低温的地方——南北极和高原地区，由于那里的温度全年都在零摄氏度以下，有着广阔的多年冻土层。

土壤中有大量的落叶、植物的根系，还有土壤微生物和动物的遗体和粪便等代谢产物，这些物质被称为“土壤有机碳”。北半球的多年冻土覆盖了全球陆地面积的约17%，并储存了全球约三分之一的土壤有机碳，冻土是一个地球的“大碳库”，有大气中碳储量的两倍（参考文献1）。气候变化背景下全球在快速变暖，寒冷的南北两极以及青藏高原地区的变暖速度显著的高于全球平均水平。融化的冻土对全球变暖又意味着什么呢？

俄罗斯西伯利亚勒拿河三角洲的多年冻土在由于全球变暖融化

照片来源: Bernhard Edmaier/ International Permafrost Association

“碳汇”or“碳源——冻土在“左右手互搏”

“碳循环”指的是碳在大气、陆地、海洋和生物体之间不断交换和转移。一个碳循环的例子如下：植物通过光合作用吸收二氧化碳，把碳储存在自身中；动物吃植物，碳进入它们的身体；植物和动物死亡后，碳进入土壤，或者被微生物分解释放回大气，这些碳又会通过光合作用被消耗。在碳循环的过程中有两个很重要的概念：“碳源”和“碳汇”。“碳源”　碳源指的是碳储库中向大气释放碳的过程、活动或机制，如毁林、煤炭燃烧发电等。“碳汇”是指通过种种措施吸收大气中的二氧化碳，从而减少温室气体在大气中浓度的过程、活动或机制。世界上主要的碳汇包括森林碳汇、草地碳汇、耕地碳汇、土壤碳汇及海洋碳汇等。

冻土在不同土壤水分状态下增温对温室气体变化的影响，

来源：http://dashangu.com/postimg_23270372.html

前面我们提到，冻土层中储存着大量的有机碳。冻土融化后，原本封冻在土壤中的有机物被分解，把大量的二氧化碳和甲烷释放到大气中。这就是冻土层在变暖过程中发生变化释放碳，加强“碳源”作用的过程。变暖也同样会增加冻土层的碳汇作用。冻土融化后土壤养分有效性增强，植物生产力增加，吸收大气中更多的碳。所以冻土融化后究竟“碳汇”和“碳源”哪种作用更强目前还没有明确的结果。

中国科学院大气物理研究所副研究员包韬及其团队就这个问题进行了研究，他的研究发现，冻土的碳“源”和“汇”哪个更强受到不同地区冻土的特征影响。在全球升温 2 °C 的情景下，北极多年冻土区的生态系统温室气体“汇”有所增强；但与此同时，高山多年冻土区的生态系统“汇”功能却减弱，显著抵消了前者的增强效应。

土壤湿度决定的冻土区的碳汇功能

根据土壤含水量，多年冻土可以分为三种类型：干旱型、湿润型和过湿型。北极地区的多年冻土以过湿型为主，而高山地区则以干旱型更常见。不同类型的冻土在气温升高时变化并不一样：干旱型冻土最为敏感，土壤各层都会变得更干，而过湿型冻土的表层会变干，但深层水分略有增加，土壤温度随之升高。

这种差异直接影响冻土和多种温室气体之间的关系。干旱冻土在增温前后都是二氧化碳的排放源，并且增温后排放的二氧化碳更多；过湿冻土则是二氧化碳的吸收汇，增温会让它吸收更多二氧化碳。冻土和甲烷、氧化亚氮的关系更复杂：过湿冻土排放的甲烷远多于干旱冻土，但干旱冻土在增温后吸收更多甲烷，但释放更多氧化亚氮。

冻土在不同土壤水分状态下增温对温室气体变化的影响

研究还发现，冻土在变暖下对温室气体的影响会随着增暖持续时间而变化。在高山多年冻土区，如果增温持续时间较短，生态系统往往能增强吸收二氧化碳的能力；但当增温持续多年后，这种碳汇能力会逐渐减弱，同时氧化亚氮等温室气体的排放增加。在北极多年冻土区，长期增温增强对二氧化碳的吸收，但也会促进甲烷的排放。高山和北极冻土的这种差异是由于高山的土壤水分随变暖流失更快所导致。

短期和长期增温实验中，高山和北极多年冻土的二氧化碳，甲烷和氧化亚氮随增温的不同变化

来源：参考文献2

那么，融化的冻土对全球变暖究竟意味着什么呢？它像一把“双刃剑”：一方面，解冻后土壤里的碳被释放出来，以二氧化碳和甲烷的形式进入大气，推高全球气温；另一方面，短期内植物长得更快，也能把更多二氧化碳固定下来。最终是“碳源”更强还是“碳汇”更强，并没有一个统一答案，而是受到冻土类型、水分状况和变暖时间长短的影响。

更隐蔽的风险在于，冻土里还封存着古老的微生物和病毒。随着土层融化，它们可能重新被释放出来，带来生态甚至公共健康上的挑战。所以，冻土融化不仅是全球变暖的一个结果，更可能成为推波助澜的重要力量，还潜藏着超出我们想象的风险。

参考文献

1. E. A. Schuur, A. D. McGuire, C. Schädel, G. Grosse, J. W. Harden, D. J. Hayes, G. Hugelius, C. D. Koven, P. Kuhry, D. M. Lawrence, S. M. Natali, D. Olefeldt, V. E. Romanovsky, K. Schaefer, M. R. Turetsky, C. C. Treat, J. E. Vonk, Climate change and the permafrost carbon feedback. Nature 520, 171–179 (2015).

2. Tao Bao et al. ,Climate-carbon feedback tradeoff between Arctic and alpine permafrost under warming.Sci. Adv.11,eadt8366(2025).DOI:10.1126/sciadv.adt8366