在全球变暖背景下，北半球春季返青普遍提前，但为何仍有大面积区域“按兵不动”甚至推迟，长期缺乏统一解释。春季物候，尤其是生长季开始时间（SOS），是全球变化生态学中最敏感、也最能牵动“碳-水-能量”耦合过程的指标之一。SOS的提前或推迟不仅改变生态系统光合启动与碳汇形成的时间窗口，还会连锁影响地表能量平衡、水分通量以及食物网过程，从而放大或削弱气候-生态系统反馈的强度与方向。在气候波动性增强的当下，能否解释并预测SOS的区域差异，已不只是“物候现象”的问题，而是决定高纬度与高海拔地区碳循环预测可信度的关键环节。然而，尽管大量研究已将SOS变化主要归因于气温与降水，但土壤冻融循环（Freeze–Thaw Cycles, FTCs）对SOS的调控作用长期被低估。

    在中高纬度与高海拔区域，土壤温度围绕0°C反复振荡引发的冻融交替，会一方面造成根系胁迫、机械损伤与养分淋失，从而抑制或推迟返青；另一方面，融化过程又可能激活微生物活动、提升养分有效性并补给土壤水分，反而促进提前萌动。这种“既可能促进、也可能抑制”的双向效应，正是北半球春季物候呈现强烈非线性与区域分化的重要候选机制，但迄今缺乏泛北半球尺度的系统量化证据。

    针对上述问题，中国科学院新疆生态与地理研究所马晓飞副研究员在《Global Change Biology》中提出：被多数大尺度物候研究忽视的土壤冻融循环（Freeze–Thaw Cycles, FTCs），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，并且其作用会随变暖而发生系统性重组。

    该研究通过系统整合2002-2022年多源遥感数据，将冻融过程显式纳入跨生态系统的物候分析框架，回应“冻融时空变化如何与植被物候耦合，且这种耦合在不同生态系统之间如何分化”的关键缺口。在像元尺度同时使用广义加性模型（GAM）刻画非线性响应，并以岭回归处理多因子共线性，量化FTCs相对温度、降水、辐射的重要性。

    研究结果发现，泛北半球区域（≥30°N并含青藏高原）整体SOS（生长季开始）平均提前约1.9天/10年，但仍有超过28%植被区呈稳定或推迟，集中在北方针叶林（泰加林）、苔原以及高寒/高海拔区域。进一步揭示：FTCs对SOS的影响具有显著的生物群落差异与非线性阈值特征——在北方针叶林（泰加林）中，冻融频率升高与SOS整体提前相伴，最大提前幅度可达约6.5–7天；而在部分生态系统（如荒漠与旱生灌丛）中，高频冻融与反复低温胁迫相关，可导致SOS出现显著推迟。

    本研究的核心贡献在于：将FTCs这一“次季节土壤热状态过程”提升为可量化、可建模的关键驱动，为改进陆面—植被模型中的物候模块，提高高纬度/高海拔区域的碳循环预测可靠性提供了更完整的过程解释框架。以上研究结果以“Freeze–thaw dynamics reshape climatic control of spring phenology across northern ecosystems”为题发表在《Global Change Biology》。吴帅（中国科学院新疆生态与地理研究所和新疆大学联合培养硕士生）和张裕（中国科学院新疆生态与地理研究所博士生）为论文共同第一作者，马晓飞副研究员为论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和自治区人才计划的支持。

    论文链接：https://doi.org/10.1111/gcb.70675

图1：泛北半球主要生物群落(a)的土壤冻融循环时空差异(ΔFTC, b)，春季物候(SOS)变化特征(c)，以及FTCs对SOS的非线性响应(d)