東北地理所在長(zhǎng)期化肥施用背景下凍融對(duì)黑土有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性的影響取得進(jìn)展
黑土是我國(guó)珍貴的耕地資源，被譽(yù)為“耕地中的大熊貓”。我國(guó)東北黑土區(qū)經(jīng)歷長(zhǎng)達(dá)半年的季節(jié)性凍融循環(huán)，凍融擾動(dòng)會(huì)破壞土壤團(tuán)聚體、釋放活性有機(jī)碳與養(yǎng)分，深刻影響農(nóng)田土壤碳動(dòng)態(tài)與碳循環(huán)平衡。施肥可通過(guò)改變土壤理化性質(zhì)與微生物活動(dòng)影響土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）含量與穩(wěn)定特征；凍融過(guò)程則通過(guò)擾動(dòng)土壤結(jié)構(gòu)與養(yǎng)分有效性，影響微生物介導(dǎo)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(yīng)，缺乏長(zhǎng)期施肥背景下凍融對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性的耦合機(jī)制解析，制約對(duì)寒區(qū)農(nóng)田土壤碳匯能力與碳循環(huán)過(guò)程的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。
針對(duì)以上科學(xué)問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)依托黑龍江海倫農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站長(zhǎng)期施肥定位試驗(yàn)平臺(tái)，探討了長(zhǎng)期（26年）的化肥施用與季節(jié)性凍融過(guò)程對(duì)東北典型黑土（Mollisols）中顆粒態(tài)有機(jī)質(zhì)（POM）及礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)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(yīng)最強(qiáng)。長(zhǎng)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(jī)質(zhì)穩(wěn)定性的核心原因。從機(jī)制上看，施肥導(dǎo)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(xì)菌比例上升、土壤資源與微生物需求之間的化學(xué)計(jì)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(zhǎng)期玉米連作進(jìn)一步放大了凍融對(duì)POM穩(wěn)定性的負(fù)面效應(yīng)，這主要?dú)w因于連作導(dǎo)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(xué)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(zhǎng)期施用化肥削弱POM的穩(wěn)定性，增加了SOM對(duì)季節(jié)性凍融擾動(dòng)的敏感性，揭示了長(zhǎng)期施肥與凍融交互作用下寒區(qū)農(nóng)田土壤碳庫(kù)的動(dòng)態(tài)特征，為評(píng)估施肥管理措施下的土壤碳固存潛力提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。
圖1 季節(jié)性凍融循環(huán)后長(zhǎng)期礦物施肥土壤有機(jī)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(xué)領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Soil Biology and Biochemistry》。論文第一作者為中國(guó)科學(xué)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(xiàng)目高級(jí)工程師，何朋、戴閃閃特別研究助理，臺(tái)州學(xué)院劉明慧副教授，浙江大學(xué)羅煜副教授，寧波大學(xué)葛體達(dá)研究員，俄羅斯天狼星科技大學(xué)Ekaterina Filimonenko博士，德國(guó)哥廷根大學(xué)Yakov Kuzyakov教授，以及美國(guó)加利福尼亞大學(xué)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(xiàng)研究受國(guó)家自然科學(xué)基金（42277350、U23A6001）、中國(guó)科學(xué)院國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃培育專項(xiàng)項(xiàng)目（131323KYSB20210004）和吉林省自然科學(xué)基金（YDZJ202601ZYTS252）等項(xiàng)目的共同資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2026.110252
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