東北地理所在長期化肥施用背景下凍融對黑土有機質穩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”。我國東北黑土區經歷長達半年的季節性凍融循環，凍融擾動會破壞土壤團聚體、釋放活性有機碳與養分，深刻影響農田土壤碳動態與碳循環平衡。施肥可通過改變土壤理化性質與微生物活動影響土壤有機質（SOM）含量與穩定特征；凍融過程則通過擾動土壤結構與養分有效性，影響微生物介導的SOM穩定性。然而，現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穩定性的耦合機制解析，制約對寒區農田土壤碳匯能力與碳循環過程的準確預測。
針對以上科學問題，研究團隊依托黑龍江海倫農田生態系統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）的化肥施用與季節性凍融過程對東北典型黑土（Mollisols）中顆粒態有機質（POM）及礦物結合態有機質（MAOM）穩定性的影響。研究發現，凍融顯著降低POM的難分解性與熱穩定性，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%）是降低土壤有機質穩定性的核心原因。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的化學結構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，性質穩定。總之，研究結果表明，長期施用化肥削弱POM的穩定性，增加了SOM對季節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農田土壤碳庫的動態特征，為評估施肥管理措施下的土壤碳固存潛力提供了關鍵科學依據。
圖1 季節性凍融循環后長期礦物施肥土壤有機質穩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，在線發表于土壤學領域國際頂級學術期刊《Soil Biology and Biochemistry》。論文第一作者為中國科學院東北地理與農業生態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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