二氧化碳和甲烷是大气中最主要的两种温室气体，在全球碳循环和气候变化中扮演着重要的角色。农田土壤是大气二氧化碳和甲烷的重要排放源之一，如何制定有效的田间管理措施以促进这部分气体的减排一直是相关领域的研究热点。生物炭作为一种新型的土壤改良剂，其在土壤温室气体减排方面表现出了一定的潜力。然而，以往研究主要关注的是生物炭对作物播种期或生育期内土壤温室气体排放的影响。
在中、高纬度和高海拔地区，土壤冻融交替是植物非生长季内发生的一种常见的自然现象。近来越来越多的研究表明，冻融期间土壤温室气体的排放量不容忽视，但生物炭对该期间土壤二氧化碳和甲烷排放的影响尚缺乏研究。
针对这一科学问题，中国科学院新疆生态与地理研究所研究员李兰海课题组依托伊犁河流域生态系统研究站，以常年经受冻融作用的伊犁河谷农田土壤为研究对象，通过室内模拟土壤冻融过程和生物炭的添加，研究了生物炭对土壤冻融过程中二氧化碳和甲烷排放的影响，同时结合土壤可溶性有机碳含量和微生物量的变化特征，初步探讨了生物炭对该过程下二氧化碳和甲烷排放的潜在影响机制。
研究结果表明，生物炭和冻融交替均促进了二氧化碳的排放，土壤可溶性有机碳含量在冻融初期以及生物炭添加后显著增加，并与二氧化碳排放量呈显著正相关，土壤可溶性有机碳含量的增加可能是二氧化碳排放量升高的主要原因；生物炭促进了土壤冻融过程中甲烷的吸收，这可能与生物炭的多孔结构增加了土壤的通透性，从而为甲烷氧化菌提供了良好的环境有关，甲烷吸收量与微生物量碳含量的显著正相关关系同样表明了土壤微生物是影响甲烷吸收量的重要因素。
考虑到中、高纬度和高海拔地区土壤碳库的变化会对大气温室气体浓度升高产生重要的影响，建议在将来进行长期的原位观测试验来系统地评估生物炭对冻融期间土壤温室气体排放的影响。