土壤氮素转化过程产生并释放的N2O约占生物圈排放到大气中N2O总量的53％。已有的试验研究发现冻融作用对土壤N2O的产生与排放有非常重要的影响。冻融作用广泛存在于中、高纬度及高海拔地区，主要通过改变土壤的物理、化学性质及生物学特征影响氮素在土壤中的迁移与转化，进而对土壤N2O产生与排放产生影响。目前冻融作用对N2O产生与排放的影响机理尚不清晰，且在全球变化日益强烈以及土壤管理日益科学化的今天，降水、自然氮沉降的增加以及生长季水氮的人为输入是否对冻融期土壤N2O温室气体排放产生影响也需要进一步研究。迄今为止，有关冻融作用对草地生态系统温室气体排放的研究相对较少，加强冻融作用下草地土壤N2O产生与排放机理的研究，有助于更好地把握氮素在土壤中的迁移转化规律，从而为草地的科学管理，提高氮素利用效率，减少土壤N2O排放提供科学依据，研究结果对于草地生态系统的可持续发展以及未来气候变化的准确预测都具有重要的科学意义。　　本研究以我国内蒙古温带半干旱典型草原为研究对象，以中科院内蒙古草原生态系统定位研究站为试验平台，通过小区控制试验，研究并比较了2014～2015年冬、春季冻融期间，在生长季水氮处理背景下[2个氮处理水平:0g N/m2·a(N0)、109 N/m2·a(N10);2个水分处理水平:自然降水(W0)、在自然降水的基础上再增加该地多年年平均降雨量的15％(W15)]，草地土壤理化性质的变化特征以及土壤N2O排放通量与环境因子的关系。本研究所得主要结论如下:　　(1)2014年冬季冻融阶段，W0N0、W15N0、W0N10、W15N10处理土壤N2O排放通量范围分别为5.36±0.95 ug· m-2· h-1～32.26±7.49 ug· m-2·h-1、-0.52±2.40 ug· m-2·h-1～29.34±7.25 ug· m-2·h-1、-4.59±0.55 ug· m-2·h-1～28.45±3.45ug· m-2· h-1、-3.46±1.14 ug· m-2· h-1～30.37±1.71ug· m-2·h-1，2014年冬季冻融阶段土壤N2O排放通量范围为-4.59±0.55 ug· m-2·h-1(W0N10)～32.26±7.49 ug· m-2·h-1(W0N0);2015年春季冻融阶段，W0N0、W15N0、W0N10、W15N10处理土壤N2O排放通量范围分别为18.16±1.56ug· m-2·h-1～87.90±2.78ug· m-2· h-1、8.87±0.86 ug·m-2·h-1～116.37±16.47ug· m-2·h-1、13.10±0.42 ug· m-2·h-1～125.85±3.12ug· m-2·h-1、12.30±2.15 ug·m-2·h-1～119.71±3.96ug· m-2· h-1，2015年春季冻融土壤N2O排放通量范围为12.30±2.15ug·m-2·h-1(W15N10)～125.85±3.12 ug·m-2·h-1(W0N10)。2014年冬、春季冻融期间，各处理土壤N2O排放通量波动趋势相对一致;生长季水、氮添加各处理对2014年冬季冻融阶段、2015年春季冻融阶段土壤N2O排放通量并无显著影响(P＞0.05);而同一处理N2O平均排放通量、累积通量在2015年春季冻融阶段显著高于2014年冬季冻融阶段(P＜0.05)。　　(2)土壤N2O与环境因子的相关性研究显示，土壤N2O通量与土壤质量含水量以及气温、地温的相关性均较低，除个别相关性达到显著水平外，其余相关性均不显著。相关性较低的可能原因为:①温度作为限制因子或者温度和土壤水分两者共同作为限制因子削弱了土壤N2O通量与其他环境因子的相关性;②冻融期间的N2O排放还可能包含早已产生并暂存在土壤中的N2O，产生量与排放量不一致，导致N2O通量与环境因子相关性的减弱。　　2014～2015年冬、春两个冻融阶段虽然四个处理矿质氮含量的波动趋势基本一致，但与对照组W0N0相比，W0N10处理的硝态氮和铵态氮含量显著较高，W0N10处理也显著高于W15N0、W15N10处理。2015年春季冻融阶段中后期土壤硝态氮含量较初期有波动升高的趋势，但铵态氮变化规律性没有硝态氮强。土壤矿质氮在冻融作用下与土壤N2O通量相关性较低，而且冻融期间W0N10处理的矿质氮含量与其他处理相比虽然相对较高，但对N2O排放的影响也并不显著，可能原因除以上两个方面外，冻融期间较低的矿质氮含量自身也可能是N2O产生的限制因子。　　冻融阶段土壤N2O通量与环境因子的逐步回归分析结果显示，2014年冬季冻融阶段，对N2O通量有显著影响的环境因子主要包含土壤温度和铵态氮含量、气温，而2015年春季冻融阶段对N2O通量有显著影响的环境因子主要包含气温和水分;两阶段各处理中均有温度因子，说明温度因子是冻融期间土壤N2O通量变化的主要影响因素，但决定系数R2均不高，冻融作用下可能还存在土壤N2O通量变化的其他驱动因子。　　(3)冻融作用对土壤容重和土壤团聚体粒径构成具有显著影响。各处理0～10cm土壤容重在2014年冬季冻融后比冻融初期显著增大，冻融作用使土壤更加紧密，2015年春季冻融后期较春季冻融前期减小，但变化不显著，春季冻融后土壤较春季冻融前略疏松。同一时间土壤容重随土壤深度增加而增加。在整个2014～2015年冬、春季冻融监测期间，＜0.25mm粒径土壤含量占34.95±4.69～60.49±3.86％;2014年冬季冻融后，＞0.25mm粒径土壤含量减少，＜0.25mm粒径土壤含量增多;而2015年春季冻融前后则与2014年冬季冻融前后变化相反，2015年春季冻融后，＞0.25mm粒径土壤含量增多，＜0.25mm粒径土壤含量减少;这可能与2014年冬季冻融阶段和2015年春季冻融阶段，冻融作用强度、频率以及降水等因素不同有关，具体的影响机制还需进一步研究。　　(4)关于土壤微生物磷脂脂肪酸含量(PLFA)，在2015年春季冻融阶段，细菌、真菌、放线菌、土壤总PLFA含量以及细菌与真菌PLFA含量比值均远低于2014年冬季冻融阶段;而各处理土壤革兰氏阴性细菌与革兰氏阳性细菌PLFA含量比值在2015年春季冻融前后高于2014年冬季冻融前后，且差异达到显著水平(P＜0.05)。关于土壤酶活性本研究中除W15N0处理冬季冻融的数据外，相对冻融初期，冻融末期土壤蛋白酶活性没有提高，反而有不同程度的下降。而各处理土壤脲酶活性则在冻融末期高于冻融初期，冬季冻融末期W0N0、W15N0、W0N10、W15N10各处理脲酶活性分别比冬季冻融初期高47.05％、52.57％、33.66％、29.90％;春季冻融末期四个处理脲酶活性分别比春季冻融初期高1.31％、31.21％、25.69％、112.28％。除个别处理外，硝酸还原酶、亚硝酸还原酶活性在2014～2015年冬、春季冻融两个阶段的冻融后均比冻融前略微增加，春季冻融前后硝酸还原酶活性远低于冬季冻融阶段前后。　　(5)2015年春季冻融阶段前后土壤微生物磷脂脂肪酸含量(PLFA)均小于2014年冬季冻融阶段前后，但2015年春季冻融阶段土壤N2O排放通量高于2014年冬季冻融阶段。其可能原因，一是经过两个冻融阶段之间的深冻阶段，虽然土壤微生物量数量降低，但相对于2014年冬季冻融阶段，2015年春季冻融作用更加明显、冻融频率较大、降水量较丰富，这些差异导致2015年春季冻融阶段土壤微生物活性提高;二是在冻融前后两端的数据并不能完全反映冻融过程中土壤微生物和酶活性的变化，微生物和酶活性在整个冻融阶段可能是波动变化的;三是冬季冻融及深冻期间产生的N2O部分暂存于土壤中，在春季冻融期间土壤融化时释放，使得2015年春季冻融期间土壤N2O排放通量高于2014年冬季冻融期间。