凍融循環(huán)在高緯度、高海拔以及一些溫帶地區(qū)是非常普遍的現(xiàn)象，在北半球大約55%的總陸地面積經(jīng)歷著季節(jié)性的凍融。近年來，隨著全球氣候變暖，可能會導致陸地生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)較為溫暖的冬天和較薄的雪被厚度，進而可能會改變凍融循環(huán)的格局。比如，在無雪地區(qū)，變暖的冬天可能會減少土壤凍融；而在雪被覆蓋地區(qū)，由于變暖的冬天導致雪被減少，隔熱作用相應(yīng)減少，從而會引起凍融循環(huán)的強度、頻率和持續(xù)時間增加。這些凍融格局的改變可能會通過影響土壤結(jié)構(gòu)、土壤微生物、植物根系、植物凋落物的輸入等，從而影響土壤氮素循環(huán)。然而，到目前為止，不同凍融循環(huán)格局對土壤氮循環(huán)的影響很少被綜合分析。
中國科學院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所白娥研究員和高德才博士等，通過運用整合分析（Meta-analysis）的方法，從前人研究關(guān)于凍融循環(huán)的63文章中收集到了1519個關(guān)于氮循環(huán)的數(shù)據(jù)，整合分析了凍融循環(huán)對氮循環(huán)的影響。結(jié)果表明，凍融循環(huán)處理顯著增加了土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、硝態(tài)氮的淋洗和氧化亞氮的排放，增幅分別達18.5%、18.3%、66.9%和144.9%；顯著減少了土壤總氮和微生物量氮，減幅分別達26.2%和4.7%；而對凈氮礦化和硝化速率無顯著性的影響。另外，溫帶和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)比北極苔原生態(tài)系統(tǒng)對凍融循環(huán)具有較高的響應(yīng)。因此，由于氣候變暖而導致的凍融格局的改變可能會增加無機氮的釋放、氮淋洗的損失和氧化亞氮的排放。該整合分析可以更好的理解氮循環(huán)對凍融循環(huán)的響應(yīng)以及凍融循環(huán)的格局與氮庫和氮排放的關(guān)系。
以上研究成果以Responses of terrestrial nitrogen pools and dynamics to different patterns of freeze-thaw cycle：a meta-analysis為題發(fā)表在生態(tài)學的頂級期刊Global Change Biology上。博士生高德才為文章的第一作者，白娥研究員為通訊作者。研究得到了973項目（No. 2014CB954400）、國家自然科學基金（No. 31522010）、中國科學院前言科學重點研究項目（No. QYZDB-SSW-DQC006）和中國科學院戰(zhàn)略重點研究項目（No. XDB15010301）的支持。
圖 1 在整合分析中選擇的凍融循環(huán)實驗在世界上的分布
圖 2 凍融循環(huán)對7個氮庫和10個氮排放的平均效應(yīng)值
圖 3 陸地生態(tài)系統(tǒng)氮庫對凍融循環(huán)的響應(yīng)
