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，随着全球气候变暖，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，进而可能会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、植物凋落物的输入等，从而影响土壤氮素循环。然而，到目前为止，不同冻融循环格局对土壤氮循环的影响很少被综合分析。
中国科学院沈阳应用生态研究所白娥研究员和高德才博士等，通过运用整合分析（Meta-analysis）的方法，从前人研究关于冻融循环的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。结果表明，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。另外，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较高的响应。因此，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。该整合分析可以更好的理解氮循环对冻融循环的响应以及冻融循环的格局与氮库和氮排放的关系。
以上研究成果以Responses of terrestrial nitrogen pools and dynamics to different patterns of freeze-thaw cycle：a meta-analysis为题发表在生态学的顶级期刊Global Change Biology上。博士生高德才为文章的第一作者，白娥研究员为通讯作者。研究得到了973项目（No. 2014CB954400）、国家自然科学基金（No. 31522010）、中国科学院前言科学重点研究项目（No. QYZDB-SSW-DQC006）和中国科学院战略重点研究项目（No. XDB15010301）的支持。
图 1 在整合分析中选择的冻融循环实验在世界上的分布
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
院地合作