沈阳生态所揭示冻融循环对陆地氮循环的影响

冻融循环在高纬度、高海拔以及一些温带地区是非常普遍的现象，在北半球大约55%的总陆地面积经历着季节性的冻融。近年来，全球气候的变暖可能会导致陆地生态系统出现较为温暖的冬天和较薄的雪被厚度，进而改变冻融循环的格局。比如，在无雪地区，变暖的冬天可能会减少土壤冻融；而在雪被覆盖地区，由于变暖的冬天导致雪被减少，隔热作用相应减少，从而会引起冻融循环的强度、频率和持续时间增加。这些冻融格局的改变可能会通过影响土壤结构、土壤微生物、植物根系、植物凋落物的输入，从而影响土壤氮素循环。但当前研究中，不同冻融循环格局对土壤氮循环的影响很少被综合分析。

近日，中国科学院沈阳应用生态研究所研究员白娥、博士高德才等，通过运用整合分析（Meta-analysis）的方法，从关于冻融循环的63文章中收集到了1519个关于氮循环的数据，整合分析了冻融循环对氮循环的影响。研究表明，冻融循环处理显著增加了土壤铵态氮、硝态氮、硝态氮的淋洗和氧化亚氮的排放，增幅分别达18.5%、18.3%、66.9%和144.9%；显著减少了土壤总氮和微生物量氮，减幅分别达26.2%和4.7%；而对净氮矿化和硝化速率无显著性的影响。此外，温带和农田生态系统比北极苔原生态系统对冻融循环具有更高的响应。故而，由于气候变暖而导致的冻融格局的改变可能会增加无机氮的释放、氮淋洗的损失和氧化亚氮的排放。该研究有助于更好理解氮循环对冻融循环的响应以及冻融循环格局与氮库和氮排放的关系。

相关研究成果发表在Global Change Biology上，高德才为论文第一作者，白娥为通讯作者。该研究得到了国家重点基础研究发展计划、国家自然科学基金、中科院前沿科学重点研究项目、中科院战略重点研究项目等的资助。

图1.整合分析中选择的冻融循环实验世界范围内分布

图2.冻融循环对7个氮库和10个氮排放的平均效应值

图3.陆地生态系统氮库对冻融循环的响应