冻融条件下黑土团聚体稳定性与有机碳组分的动态关系研究

团聚体是土壤结构的基本单元，团聚体中有机碳的分布及其保护机制备受关注。冻融过程是影响土壤团聚体稳定性的自然因素，决定土壤团聚体有机碳及各组分迁移转化的过程与强度，对土壤碳库的稳定有重大影响。黑土普遍经受冻融交替作用，使得土壤有机碳发生迁移转化，对黑土生态系统碳平衡及其稳定性产生显著影响。本研究拟选取典型黑土为研究对象，采用野外定位监测、模拟与控制实验相结合的方法，研究冻融作用对土壤团聚体稳定性和有机碳组分的影响。明确冻融驱动下土壤有机碳迁移转化与团聚体、微生物活性的关系，揭示冻融作用对土壤有机碳固定／活化的影响机理，定量刻划冻融条件下黑土有机碳组分的时空变化特征，阐明冻融作用对土壤有机碳动态变化的贡献份额。开展此项研究，可为黑土区有机碳保持和碳平衡的研究提供基础数据和理论依据，对全面准确评价黑土有机碳维持机制具有重要的科学意义。

通过对不同黑土区土壤温度和冻融状况的监测，表明秋冬、冬春季节转换过程中，0~10 cm土壤经历着不同程度的冻融交替过程。融冻期土壤融化过程由地表向下和由季节冻结层底面向上两个方向同时进行，冻层融化时水分向冻结锋面迁移，越靠近冻结层水分含量越大；冻结期土壤冻结过程由土壤表面向下单方向进行，冻结期上层土壤首先冻结并聚集水分。. 季节冻融过程中不同黑土区土壤水溶性有机碳、颗粒有机碳、微生物活性和组成及土壤微生物量碳具有季节性和纬度地带性变化特征；冻融作用使得黑土游离态和包裹态轻组有机碳含量增加，促进重组有机碳分解，随着纬度降低，这种促进作用越明显。季节性冻融过程中土壤>2mm和2-0.5mm团聚体降低，0.25-0.053mm与0.5-0.25mm团聚体逐渐增加，<0.053mm团聚体逐渐降低。表明土壤大团聚体和小团聚体可向中等大小团聚体转化。同样，季节性冻融过程中团聚体有机碳赋存量的转化也具有相似的规律，受土壤微生物活性的显著影响。冻融频次、冻融温度和时间，土壤含水量不同程度影响土壤水溶性有机碳、颗粒有机碳、土壤微生物各菌群及微生物量碳的含量；适当的冻融交替次数、冻融温度、时间和含水量可促进土壤游离和包裹态轻组有机碳含量增加，重组有机碳含量降低；使得土壤大团聚体和小团聚体及其有机碳含量向中等大小团聚体转化，这种转化对土壤有机碳的保持具有重要意义。. 通过研究，阐明了黑土区冻融作用的时空变化特征，揭示黑土冻融过程及其水热状况的变化规律；分析了不同冻融条件对土壤有机碳组分及团聚体的影响趋势，揭示了冻融作用对土壤团聚体稳定性的影响机理；明确冻融驱动下土壤有机碳的稳定性特征及其与团聚体、微生物活性的关系。该项目按照任务书计划开展工作，全面完成了项目的研究任务，取得了良好的研究结果。在整个基金项目执行期间，整理并发表了具有本基金署名的15篇科研论文，其中SCI 检索论文8篇、CSCD 检索论文5篇，国际会议ISTP/EI论文2篇；受理发明专利4项；参加国内学术会议并做学术报告3次;培养了硕士研究生2名。本项目总经费45.0万元，截止到2013年12月底，共使用经费45.6万元，各项支出基本按预算执行。