東北地理所在長期化肥施用背景下凍融對黑土有機質(zhì)穩(wěn)定性的影響取得進展
黑土是我國珍貴的耕地資源，被譽為“耕地中的大熊貓”。我國東北黑土區(qū)經(jīng)歷長達半年的季節(jié)性凍融循環(huán)，凍融擾動會破壞土壤團聚體、釋放活性有機碳與養(yǎng)分，深刻影響農(nóng)田土壤碳動態(tài)與碳循環(huán)平衡。施肥可通過改變土壤理化性質(zhì)與微生物活動影響土壤有機質(zhì)（SOM）含量與穩(wěn)定特征；凍融過程則通過擾動土壤結(jié)構(gòu)與養(yǎng)分有效性，影響微生物介導的SOM穩(wěn)定性。然而，現(xiàn)有研究多分析施肥或凍融單因子效應，缺乏長期施肥背景下凍融對土壤有機質(zhì)穩(wěn)定性的耦合機制解析，制約對寒區(qū)農(nóng)田土壤碳匯能力與碳循環(huán)過程的準確預測。
針對以上科學問題，研究團隊依托黑龍江海倫農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站長期施肥定位試驗平臺，探討了長期（26年）的化肥施用與季節(jié)性凍融過程對東北典型黑土（Mollisols）中顆粒態(tài)有機質(zhì)（POM）及礦物結(jié)合態(tài)有機質(zhì)（MAOM）穩(wěn)定性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，凍融顯著降低POM的難分解性與熱穩(wěn)定性，高量化肥施用（HMF）條件下該效應最強。長期化肥施用下POM和MAOM碳含量的不均衡積累（增幅分別為15%和9.1%）是降低土壤有機質(zhì)穩(wěn)定性的核心原因。從機制上看，施肥導致的土壤酸化以及有效磷含量升高，加之凍融引起的真菌-細菌比例上升、土壤資源與微生物需求之間的化學計量失衡，共同加速了凍融期間難降解POM化合物的分解（圖1）。此外，與玉米-大豆輪作相比，長期玉米連作進一步放大了凍融對POM穩(wěn)定性的負面效應，這主要歸因于連作導致的芳香族化合物降低和非芳香族化合物增加，使得POM的化學結(jié)構(gòu)更易受凍融物理破壞和微生物分解的影響。相比之下，MAOM不受凍融作用的顯著影響，性質(zhì)穩(wěn)定。總之，研究結(jié)果表明，長期施用化肥削弱POM的穩(wěn)定性，增加了SOM對季節(jié)性凍融擾動的敏感性，揭示了長期施肥與凍融交互作用下寒區(qū)農(nóng)田土壤碳庫的動態(tài)特征，為評估施肥管理措施下的土壤碳固存潛力提供了關(guān)鍵科學依據(jù)。
圖1 季節(jié)性凍融循環(huán)后長期礦物施肥土壤有機質(zhì)穩(wěn)定性變化的概念示意圖
研究成果以“Freeze-thaw-induced destabilization of organic matter in Mollisols after decadal mineral fertilization”為題，在線發(fā)表于土壤學領(lǐng)域國際頂級學術(shù)期刊《Soil Biology and Biochemistry》。論文第一作者為中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所在讀博士生王丹丹，通訊作者為李祿軍研究員，合作者包括東北地理所張志明項目高級工程師，何朋、戴閃閃特別研究助理，臺州學院劉明慧副教授，浙江大學羅煜副教授，寧波大學葛體達研究員，俄羅斯天狼星科技大學Ekaterina Filimonenko博士，德國哥廷根大學Yakov Kuzyakov教授，以及美國加利福尼亞大學戴維斯分校William R. Horwath教授。東北地理所為本論文第一單位和通訊單位。本項研究受國家自然科學基金（42277350、U23A6001）、中國科學院國際大科學計劃培育專項項目（131323KYSB20210004）和吉林省自然科學基金（YDZJ202601ZYTS252）等項目的共同資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2026.110252
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