交替冻融对黑土可溶性有机质荧光特征的影响

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黑土区农田氮磷淋溶消减措施

黑土区农田氮磷淋溶消减措施*
张伟1, 王睿1**, 李思琪1, 鲁彩艳2, 解宏图2, 隋跃宇3, 张秀芝4
(1. 大气边界层物理与大气化学国家重点实验室/中国科学院大气物理研究所北京 100029; 2. 中国科学院沈阳应用生态研究所沈阳 110016; 3. 中国科学院东北地理与农业生态研究所哈尔滨 150081; 4. 吉林省农业科学院长春 130033)
* 国家重点研发计划项目(2016YFD0800103)和国家自然科学基金青年项目(41603075)资助
** 通信作者: 王睿, 主要从事土壤氮循环研究。E-mail: wangrui@
张伟, 主要从事土壤生物地球化学循环模拟研究。E-mail: zhangwei87@
China (41603075). ** Corresponding author, E-mail: wangrui@
Received Jun. 24, 2020; accepted Aug. 20, 2020

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中国生态农业学报(中英文) 2021
Academy o33, China)
Abstract: Black soil (Mollisol) is a fertile and productive soil type found in Northeast China and is important for China’s maize production. Large amounts of synthetic fertilizers are applied to meet the increasing cereal production demands but have low efficiency, leaving excessive nitrogen and phosphorus in the soil. This excess increases the risk of agricultural nonpoint pollution, black soil degradation, and surface/underground water pollution, threatening drinking water security. Studies conducted in the black soil region indicate that nitrogen and phosphorus leaching intensities are lower in the cereal croplands than in the other regions, especially those in the North China Plain. However, residual nitrogen and phosphorus remaining in soils

农田土壤冻融循环对土壤微生物群落的影响研究

农田土壤冻融循环对土壤微生物群落的影响研究农田土壤冻融循环对土壤微生物群落的影响研究摘要：冻融循环是农田土壤中常见的自然现象之一，对土壤微生物群落产生了广泛而重要的影响。

本文通过对冻融循环对土壤微生物群落的影响进行综述，总结了冻融循环对土壤微生物群落结构、多样性和功能的影响，并探讨了可能的机制。

研究结果表明，冻融循环会改变土壤微生物群落的组成和丰度，降低其多样性，并对土壤微生物的功能产生明显的影响。

冻融循环引起的土壤有机质的释放和微生物活性的变化是影响土壤微生物群落的重要因素之一。

此外，冻融循环还会影响土壤微生物的生理代谢和生命周期，进一步影响土壤的生态系统功能。

因此，了解冻融循环对土壤微生物群落的影响，对于保护农田土壤生态系统的稳定性和提高农田生产力具有重要意义。

关键词：冻融循环，土壤微生物群落，结构，多样性，功能引言农田土壤是农业生产的基础，其质量和健康状况直接影响着农作物的生长和产量。

土壤微生物是土壤生态系统中不可或缺的组成部分，对土壤中的养分循环和物质转化具有重要作用。

然而，农田土壤受到的冻融循环是一个常见的自然现象，会对土壤微生物群落产生广泛而重要的影响。

因此，研究冻融循环对土壤微生物群落的影响，对于维持农田土壤生态系统的稳定性和提高农田生产力具有重要意义。

冻融循环对土壤微生物群落的影响冻融循环对土壤微生物群落的影响主要体现在以下几个方面：群落结构的变化、多样性的降低和功能的改变。

首先，冻融循环会导致土壤微生物群落结构的变化。

研究表明，冻融循环可以改变土壤中各类微生物的相对丰度。

例如，在冻融循环期间，一些厌氧微生物的相对丰度会增加，而一些好氧微生物的相对丰度会降低。

这可能与土壤中的氧气含量的变化有关，因为冻融循环会造成土壤中的氧气供应不稳定，从而影响微生物的生存和繁殖。

其次，冻融循环会导致土壤微生物群落的多样性降低。

研究发现，冻融循环可以减少土壤中的微生物物种数和丰度。

这可能是因为冻融循环引起的环境变化，如温度的变化、水分的变化等，对一些微生物群体的生存和繁殖产生了不利影响。

冻融循环对土壤性状特征影响研究进

doi：10.11838/sfsc.1673-6257.21468冻融循环对土壤性状特征影响研究进展王艺璇，仲秋维，郑昕雨，蔺吉祥，赵　艺，王竞红*（东北林业大学园林学院，黑龙江　哈尔滨　150040）摘　要：土壤冻融是由于大气温度的周期性变化，土壤层出现冻结与融化交替的现象，在草原、农田、森林等生态系统广泛存在。

土壤冻融对农业生产、土壤资源的有效利用以及生态气候与水文环境的预测具有重要的指示作用。

近年来，关于土壤冻融的生态效应备受关注。

论文重点阐述了近年来国内外关于土壤冻融循环研究方面的进展，从冻融循环对土壤的物理、化学以及生物特性3个角度的影响进行分析。

现有研究表明，冻融循环是以土壤为传递基质的水分运移发生了变化，也是土壤能量输入和输出的过程。

此外，冻融循环也会影响到土壤抗侵蚀性能，尤其在春季解冻期间较为严重，其中土壤含水量较高和有积雪的地域十分明显。

冻融循环过程对土壤生物化学的影响主要是通过作用于土壤微生物区系、微生物量和活性等方面，使微生物群落组成和结构发生变化。

基于此，论文从冻融循环对土壤理化性质（水热状态、团聚体和抗剪程度）、碳氮循环、土壤酶活性以及土壤微生物活性影响等方面对国内外研究现状进行了归纳与总结，并提出了研究展望，以期加深人们对土壤冻融循环生态效应的认知，并为挖掘冻融循环下植物-土壤-微生物耦合关联机理的研究提供一定的科学依据。

关键词：土壤；冻融循环；团聚体；土壤酶活性；微生物；碳氮循环土壤冻融是由于大气温度的周期性变化，土壤层出现冻结与融化交替的现象。

冻融会随着季节或昼夜热量的变化而不断变化，且主要发生在中高纬度地区［1］。

一般来说，北半球的大部分地域每年都会经历季节性的土壤冻融变化［2］即冻融循环，冻融循环会随着气候变暖与多变性的增加而增加［3］。

我国土壤冻融循环的多发地区位于东北、西北以及黄土高原地带。

在我国北部地区，冻融循环通常发生在土壤表面及以下的特定深度，这也是由季节性变化或昼夜更迭所导致的［4］。

冻融循环对土壤微生物群落结构和功能影响常见机制

冻融循环对土壤微生物群落结构和功能影响常见机制引言土壤是地球上最重要的生态系统之一，其中微生物群落是土壤生态系统中至关重要的组成部分。

冻融循环是季节性温度变化的一种常见现象，它对土壤微生物群落结构和功能产生着重要影响。

本文将探讨冻融循环对土壤微生物群落结构和功能的影响机制。

一、物理变化1. 冻融循环对土壤结构的影响冻融循环过程中，土壤的物理性质会发生明显变化。

冻结过程中水分形成冰晶，冰晶的形成会引起土壤颗粒的移动和排列，导致土壤结构的改变。

同时，冰晶膨胀也会导致土壤微观孔隙的破坏和形成，进一步改变土壤的孔隙结构。

冻结过程还会引起土壤的体积变化，从而影响土壤微生物的生存环境。

2. 冻融循环对土壤湿度的影响冻融循环过程中，土壤湿度会发生变化。

冻结期间，土壤水分较少，导致微生物的水分利用能力降低；融化期间，冰融化会释放大量水分，增加土壤湿度。

这种湿度的变化对土壤微生物的生活和活动产生重要影响。

二、化学变化1. 冻融循环对土壤氮素循环的影响冻融循环过程中，氮素的转化和迁移速率会发生变化。

冻结过程中，土壤中的氮素主要以有机物的形式存在，微生物难以利用；融化期间，有机氮素会转化为无机氮素，为微生物提供能量。

此外，冻融循环还会影响土壤中硝化和反硝化过程，进而影响土壤氮素循环。

2. 冻融循环对土壤有机质分解的影响土壤有机质分解是微生物对土壤中有机质进行降解的过程。

冻融循环会改变土壤温度和湿度条件，进而影响土壤微生物的活动水平和分解能力。

较低温度和湿度条件下，土壤微生物的活动会减缓，导致有机质分解速率下降。

三、生物变化1. 冻融循环对土壤微生物多样性的影响冻融循环会引起土壤环境的改变，进而对土壤微生物多样性产生影响。

研究表明，在冻融期间，土壤微生物群落的物种组成和丰度会发生变化。

冻结过程中，一些菌株容易受到冻害而死亡；融化期间，部分生活在冰中的微生物会释放出来，增加了土壤微生物的多样性。

2. 冻融循环对土壤微生物功能的影响土壤微生物对土壤生态功能的发挥具有重要意义。

交替冻融对东北典型土壤腐殖质的影响

维荧光结果进一步验证，黑土、暗棕壤在交替冻融中土壤芳香化程度增高，ＨＦ上升，而水稻土则相反。黑土和暗棕壤Ａ／Ａ
松结态腐殖质和Ｈ／ＡＦＡ升高，主要是微生物分解作用和土壤大团聚体破坏等原因造成，水稻土松结态腐殖质和Ｈ／ＡＦＡ降低，
主要是水稻土的缺氧环境造成。
土、暗棕壤和水稻土为例，研究交替冻融对土壤腐
殖质的影响，以此完善土壤腐殖质的演化机制。
１材料与方法
１１实验材料。
２１００年７月上旬，在黑龙江省黑土、暗棕壤和水稻土采样点采集０１ｍ表层土壤，采样点位于～５ｃ哈尔滨市阿城区亚沟镇，黑土采样点坐标是１７３ｌ ” ２。９Ｅ，４。７３ ” ５２６Ｎ，土壤亚类是黑土，成土母质是粘土，土地利用方式是丘陵旱地，种植作物是玉米（ｅｙＬ）暗棕壤采样点坐标是Ｚａｍａｓ．；１７５４Ｅ，５２ … Ｎ，２ｏ＇ ” ４ｏ４土壤亚类是白浆化暗棕壤，２２成土母质是岩石风化产物的残积物．积物，坡土地利用方式是有林地，优势物种是次生鱼鳞松（ｉａＰｃｅ／ｏｎ；水稻土采样点坐标是１６５１Ｅ，ｅｅ）ｚ２。６ ” ４
关键词：交替冻融；土壤；松结态腐殖质；胡敏酸／富里酸；三维荧光
中图分类号：Ｘ１４４文献标志码：Ａ文章编号：１７．９６（００）１．８００６４５０２１２２７．５

基于同步辐射显微CT研究冻融循环对黑土团聚体结构特征的影响

第３９卷第１１期２０１９年６月生态学报ＡＣＴＡＥＣＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．３９，Ｎｏ．１１Ｊｕｎ．，２０１９基金项目：国家重点研发计划项目（２０１６ＹＦＥ０２０２９００）；国家自然科学基金项目（４１６０１２８４）；辽宁省教育厅科学研究项目（ＬＳＮＹＢ２０１６１０）收稿日期：２０１８⁃０５⁃２１；㊀㊀网络出版日期：２０１９⁃０３⁃２１∗通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｍａｒｅｎｍｉｎｇ５２１＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍＤＯＩ：１０．５８４６／ｓｔｘｂ２０１８０５２１１１１２姜宇，范昊明，侯云晴，刘博，郭芯宇，马仁明．基于同步辐射显微ＣＴ研究冻融循环对黑土团聚体结构特征的影响．生态学报，２０１９，３９（１１）：４０８０⁃４０８７．ＪｉａｎｇＹ，ＦａｎＨＭ，ＨｏｕＹＱ，ＬｉｕＢ，ＧｕｏＸＹ，ＭａＲＭ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆａｇｇｒｅｇａｔｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｂｌａｃｋｓｏｉｌｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｎｕｍｂｅｒｏｆｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｓｂｙｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ⁃ｂａｓｅｄｍｉｃｒｏ⁃ｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ．ＡｃｔａＥｃｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１９，３９（１１）：４０８０⁃４０８７．基于同步辐射显微ＣＴ研究冻融循环对黑土团聚体结构特征的影响姜㊀宇，范昊明，侯云晴，刘㊀博，郭芯宇，马仁明∗沈阳农业大学水利学院，沈阳㊀１１０８６６摘要：在我国东北地区，土壤不同程度的受到季节性冻融的影响㊂冻融作用会改变土壤微观结构，团聚体作为土壤结构的基本单元，其结构特征的改变反映了冻融作用对土壤微观结构的影响㊂同步辐射显微ＣＴ可以无损获取高分辨率㊁强对比度的内部结构图像，是研究土壤团聚体三维微结构的有效手段㊂采集了室内冻融循环试验下不同冻融循环次数的土壤团聚体样品，应用同步辐射显微ＣＴ扫描获取了３．２５μｍ分辨率的团聚体内部结构图像，然后应用ＣＴ图像处理方法和ＩｍａｇｅＪ软件观察并定量分析了团聚体微结构特征㊂结果表明：随着冻融循环次数的增加，土壤孔隙度不断增大，瘦长型孔隙度占比与＞１００μｍ的非毛管孔隙度不断增大；当冻融循环次数达到７次以上，团聚体孔隙连通度随冻融循环次数的增加而变大㊂冻融循环对黑土团聚体孔隙度㊁孔隙形状㊁孔隙分级㊁连通性等结构特征影响显著㊂该研究为春季解冻期土壤侵蚀机理的研究及水土流失的防治提供理论依据㊂关键词：冻融循环；黑土；同步辐射微ＣＴ；团聚体；孔隙结构Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆａｇｇｒｅｇａｔｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｂｌａｃｋｓｏｉｌｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｎｕｍｂｅｒｏｆｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｓｂｙｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ⁃ｂａｓｅｄｍｉｃｒｏ⁃ｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙＪＩＡＮＧＹｕ，ＦＡＮＨａｏｍｉｎｇ，ＨＯＵＹｕｎｑｉｎｇ，ＬＩＵＢｏ，ＧＵＯＸｉｎｙｕ，ＭＡＲｅｎｍｉｎｇ∗ＳｈｅｎｙａｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｓｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０８６６，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎＮｏｒｔｈｅａｓｔＣｈｉｎａ，ｓｅａｓｏｎａｌｆｒｅｅｚｉｎｇａｎｄｔｈａｗｉｎｇｈａｖｅｂｅｅｎｓｈｏｗｎｔｏｃａｕｓｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｐｈｙｓｉｃａｌｃｈａｎｇｅｓｉｎｓｏｉｌ．Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｉｎｓｏｉｌｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｉｇｈｔｂｅａｔｔｒｉｂｕｔｅｄｔｏｔｈｅｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗａｃｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｅａｒｌｙｓｐｒｉｎｇ．Ｔｈｅｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗａｃｔｉｏｎａｆｆｅｃｔｓｓｏｉｌｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉｒｅｃｔｌｙｂｙａｆｆｅｃｔｉｎｇｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｂａｓｉｃｕｎｉｔｏｆｓｏｉｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ⁃ｂａｓｅｄＸ⁃ｒａｙｍｉｃｒｏ⁃ｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙｃａｎｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｌｙｃａｐｔｕｒｅｉｍａｇｅｓｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｉｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｓｔｒｏｎｇｃｏｎｔｒａｓｔ，ａｎｄｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｓａｎｅｘｃｅｌｌｅｎｔｔｏｏｌｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅ３⁃Ｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｅｓ．Ｓａｍｐｌｅｓｏｆｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｅｓｗｅｒｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｆｒｏｍｌａｂｏｒａｔｏｒｙｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｔｅｓｔｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｎｕｍｂｅｒｏｆｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｓ，ａｎｄｔｈｅａｇｇｒｅｇａｔｅｓｗｅｒｅｓｃａｎｎｅｄｗｉｔｈｍｉｃｒｏ⁃ＣＴａｔａｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆ３．２５μｍ．ＴｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｇｇｒｅｇａｔｅｓｗａｓｖｉｓｕａｌｉｚｅｄａｎｄｑｕａｎｔｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｉｍａｇｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｕｓｉｎｇＩｍａｇｅＪｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｎｕｍｂｅｒｏｆｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｓ，ｔｈｅｓｏｉｌｐｏｒｏｓｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｅｘｔｅｎｄｅｄｐｏｒｅａｎｄｐｏｒｅｓ＞１００μｍａｌｓｏｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｗｈｅｎｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｓｗａｓ＞７，ｔｈｅａｇｇｒｅｇａｔｅｐｏｒｏｓｉｔｉｅｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｎｕｍｂｅｒｏｆｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｌａｃｋｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｅｓ．Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｐｒｏｖｉｄｅｓａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｅｒｏｓｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎｄｕｒｉｎｇｔｈａｗｉｎｇｉｎｓｐｒｉｎｇ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅ；ｂｌａｃｋｓｏｉｌ；ｍｉｃｒｏ⁃ＣＴ；ａｇｇｒｅｇａｔｅ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ冻融作用作为一种自然现象普遍存在于中㊁高纬度及高海拔地区㊂东北黑土区位于中纬度地带，秋末和春初易形成土壤季节性融化层与冻土层的周期性变化［１⁃２］，该周期性变化对土壤结构产生强烈的影响㊂土壤结构指土壤中原生颗粒和次生颗粒以及土粒间所构成孔隙的不同排列形式，是维持土壤功能的基础，也是影响侵蚀过程的重要因素㊂作为土壤结构重要组成单元的团聚体，其大小分布和稳定性影响着土壤的孔隙性㊁持水性㊁通透性和抗蚀性［３⁃４］㊂因此，研究冻融作用对黑土团聚体结构特征的影响具有重要意义㊂国内外关于冻融循环对团聚体影响的研究已经逐步开展，由于冻融作用对土壤结构会产生影响，因此，冻融过程被认为是影响团聚体形成和破碎的重要因子㊂Ｂｅｎｏｉｔ研究发现冻融作用对团聚体破碎的影响与冻融强度㊁团聚体颗粒大小和团聚体水分含量有关［５］㊂Ｓｉｘ则表示冻融过程对团聚体的物理破坏随冻融次数不断累积，其中大团聚体破碎尤为明显［６］㊂此外，关于冻融作用对团聚体影响的研究多侧重于其对团聚体稳定性的影响㊂王恩姮等［７］㊁范昊明等［８］在此方面进行研究得出相近的结论，即冻融作用使大团聚体的稳定性降低，但提高了小粒级团聚体的稳定性㊂前人对于冻融作用下团聚体的形成㊁破碎机制及稳定性变化做了大量研究，但缺乏对团聚体内部孔隙特征的研究，而团聚体孔隙特征决定了团聚体的结构性，因此，开展冻融作用对团聚体孔隙特征影响的研究尤为重要㊂随着技术的发展，高精度同步辐射ＣＴ技术对土壤孔隙结构的可量化研究已达到微团聚体尺度［９⁃１１］㊂我国上海光源Ｘ射线成像及生物医学应用光束线站（ＢＬ１３Ｗ１）可以进行高分辨率的三维成像，为三维土壤微结构研究提供了条件㊂本研究利用上海光源同步辐射显微ＣＴ对冻融作用下５７ｍｍ的大团聚体的三维结构进行分析，获取孔隙特征的定性㊁定量指标，进而分析不同冻融循环周期对土壤大团聚体孔隙结构特征的影响㊂为进一步揭示黑土区季节性冻融对黑土结构的影响以及水土流失的防治提供科学理论依据㊂１㊀材料与方法１．１㊀试验点与样品采集取土地点为黑龙江省齐齐哈尔市拜泉县，地理坐标为１２６ʎ１８ᶄ４３．７７９６ᵡＥ，４７ʎ２７ᶄ４２．０７２６ᵡＮ㊂用内径为４．８ｃｍ，高为１５ｃｍ的ＰＶＣ管采集０１５ｃｍ土层范围的原状土体㊂采样方式为原位静压法，采集后将土柱的上下两端均用保鲜膜封闭，防止土壤水分快速散失发生干裂；在采集㊁运输和试验过程中注意防止对原状土体结构的扰动㊂冻融试验前，将原状土柱置于４ħ下恒温保存㊂利用去离子水慢速湿润至土壤中，然后进行１８ｈ以上的闷土处理，达到４０％的质量含水率，误差范围控制在３％以内，在闷土期间用保鲜膜包裹土样以减少含水率的变化㊂将装有原状土的ＰＶＣ管置于温度可调控的冻融机中，进行不同冻融循环周期的试验㊂每年的１１月份到次年３月份，黑土一般处于冻结状态；３５月份，０２０ｃｍ土层内温度变动于０ħ上下，表现出昼融夜冻的特点［１２］㊂结合拜泉县当地气象资料，设置冻融温度为－１０７ħ㊂该温度下当地冻融周期为２０天左右，因此试验设置冻融循环周期为０㊁１㊁３㊁５㊁７㊁１０㊁１５次和２０次㊂为确保试验过程中土柱可完全冻结㊁融化，本试验采取的是１２ｈ冻结，１２ｈ融化的缓慢冻融过程㊂完成冻融循环后将土壤风干过筛，获取５７ｍｍ团聚体用于结构的测定㊂土壤理化性质采用常规方法测定（土壤理化分析１９７８）；土壤机械组成采用吸管法测定；土壤质地划分根据美国制划分标准；土壤容重㊁饱和持水量㊁田间持水量和总孔隙度采用环刀法测定；土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定㊂供试土样相关理化性质如表１所示㊂１．２㊀ＣＴ扫描和图像重建本试验样品图像的获取利用上海光源Ｘ射线成像及生物医学应用光束线站（ＢＬ１３Ｗ１）的同步辐射显微ＣＴ完成，光子能量设置为３００００ｅＶ，分辨率为３．２５μｍ，曝光时间为１．８ｓ，样品台与探测器距离为１５ｃｍ㊂将１８０４㊀１１期㊀㊀㊀姜宇㊀等：基于同步辐射显微ＣＴ研究冻融循环对黑土团聚体结构特征的影响㊀样品固定在样品台上，样品台在水平方向从０到１８０ʎ匀速旋转，每个样品采集１４４０张图像㊂图像重建利用上海光源ＰＩＴＲＥ软件完成㊂ＰＩＴＲＥ软件处理图像首先对图像进行相位恢复，然后将１２位投影图像转换为１６位，生成正弦图像，然后利用背投影算法重建获取切片图像（图１）㊂重建后将切片图像存储为８位ｔｉｆｆ格式㊂三维团聚体结构（图１ｄ）的可视化利用ＩｍａｇｅＪ完成㊂表１㊀供试土样理化性质Ｔａｂｌｅ１㊀Ｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｔｕｄｉｅｄｂｌａｃｋｓｏｉｌ机械组成Ｇｒａｎｕｌｏｍｅｔｒｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ／％砂粒Ｓａｎｄ粉粒Ｓｉｌｔ黏粒Ｃｌａｙ质地Ｓｏｉｌｔｅｘｔｕｒｅ容重Ｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙ／（ｇ／ｃｍ３）有机质Ｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ／（ｇ／ｋｇ）饱和持水量Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎｍｏｉｓｔｕｒｅｃａｐａｃｉｔｙ／％田间持水量Ｆｉｅｌｄｃａｐａｃｉｔｙ／％总孔隙度Ｔｏｔａｌｐｏｒｏｓｉｔｙ／％１６．０８４７．５７３６．３５粉质壤土１．０５３２．８７５５．４０３６．１７６０．３８㊀㊀总孔隙度＝１－容重／比重；砂粒为０．０５２ｍｍ的土壤颗粒㊁粉粒为０．００２０．０５ｍｍ的土壤颗粒㊁黏粒为＜０．００２ｍｍ的土壤颗粒图１㊀土壤团聚体的投影㊁正弦㊁切片和三维结构图像Ｆｉｇ．１㊀Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈ，ｓｉｎｏ，ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｓｌｉｃｅｓａｎｄ３⁃Ｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｅ１．３㊀图像处理图像分割是实现数字图像定量分析的必要和关键步骤㊂由于每个样品包含大量的切片，必须通过批量化处理提高效率㊂但是不同ＣＴ切片图像间亮度差别较大，首先利用ＩｍａｇｅＪ软件中的Ｎｏｒｍａｌｉｚｅ命令对图像进行归一化处理㊂对灰度图像的二值分割是土壤结构定量分析的关键，不同分割方法对土壤结构特征分析结果影响很大［１３］㊂为了准确提取土壤孔隙结构数据，比对多种分割模式后采用采用全局阈值法，结合实际的土壤孔隙度反复调试确定每个图像的分割阈值㊂１．４㊀孔隙结构分析为了避免边界部分的影响，选取团聚体中间部分５００ˑ５００ˑ５００体元进行图像分析㊂土壤孔隙结构分析利用ＩｍａｇｅＪ软件完成㊂利用ＢｏｎｅＪ插件计算土壤孔隙的孔隙骨架㊁分形维数㊁孔隙连通度㊂利用３Ｄｓｕｉｔ将相连的孔隙从孔隙网络中提取出来后计算孔隙的数量㊁体积㊁长度㊁面积等㊂按孔隙当量直径将孔隙分为３个等级：非毛管孔隙＞１００μｍ；毛管孔隙３０１００μｍ；贮存孔隙＜３０μｍ，分别统计出其相应分级孔隙度㊂孔隙数２８０４㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３９卷㊀量是外部孔隙和内部孔隙数量之和㊂孔隙节点为多个孔隙的连接点㊂通过公式（１）来计算孔隙形状系数（Ｆ）［１４］㊂Ｆ＝Ａｅ／Ａ（１）式中，Ａｅ为体积与测得孔隙体积相等的球体的表面积，而Ａ为孔隙的实测表面积㊂按孔隙形状系数将孔隙分为三类：规则型（Ｆȡ０．５），不规则型（０．２＜Ｆ＜０．５）和瘦长型（Ｆɤ０．２）［１５⁃１６］㊂分形维数和连通性能够量化不同处理团聚体微结构的差异，很好地反映孔隙网络状况㊂三维分形维数反映了物体的自相似性和占有空间的有效性，分形维数越大表明该物体结构越复杂，且其值介于２３之间㊂孔隙系统的连通性通过计算欧拉特征值（Ｅｕｌｅｒ⁃Ｐｏｉｎｃａｒé，Ｅｖ）来体现，数值越小则孔隙系统连通性越高［９］㊂本研究中分形维数与欧拉特征值均利用ＩｍａｇｅＪ软件获得㊂１．５㊀统计分析由于试验机时的限制，本研究每组冻融循环采集３个样品进行分析㊂在数据处理过程中将这３个样品作为３个重复进行分析㊂利用ＳＰＳＳ２２．０软件进行单因素方差分析，多重比较利用ＬＳＤ法，显著性水平为０．０５㊂２㊀结果与分析２．１㊀土壤团聚体可视化图２是不同冻融循环次数下团聚体内部结构的二维和三维图像㊂不同冻融循环次数下团聚体的二维形态有明显的差异（二维图中白色部分为孔隙，黑色部分为固体颗粒）㊂如图所示，０次冻融循环下的土壤团聚体结构比较致密，随着冻融循环次数的增加，土壤团聚体结构则相对疏松，形成明显的大孔隙结构，中㊁小孔隙减少㊂从二维图像可以看出未经冻融时团聚体孔隙以小孔隙为主，随着冻融循环次数的增加孔隙不断增大，５次冻融循环后团聚体出现明显裂隙，孔隙相连，随着冻融循环次数的增多，该现象越为明显㊂０次冻融循环下的土壤大团聚体内部观察不到中㊁小团聚体的轮廓和边界㊂当冻融循环次数达到１５次时，团聚体内部孔隙连通呈现网络状，连通的网络状孔隙将大团聚体内部固体颗粒分离，在大团聚体内部可以观察到明显的小团聚体结构㊂如图２所示，随着冻融循环次数的增加，团聚体孔隙度明显增大㊂此外，三维图像中黄色部分为立方体边缘孔隙，紫色部分为内部孔隙㊂从立方体边缘黄色部分的孔隙可以看出，随着冻融循环次数的增加，３次冻融循环后团聚体内部孔隙个体显著增大，单个孔隙在不断增大的同时与相邻孔隙相连通㊂团聚体内部出现裂隙，孔隙连通度增大，这与二维图像显示结果一致㊂图像观察表明，多次冻融循环后，团聚体内部孔隙增大，连通性增强，团聚体内部由于孔隙的连通呈现网络状结构㊂２．２㊀团聚体孔隙基本特征通过ＣＴ扫描和数字图像处理技术，不仅可以直观可视化研究土壤团聚体的三维结构，还可以定量表征团聚体内部孔隙的连通性和复杂性［１７⁃１８］㊂由于显微ＣＴ图像分辨率为３．２５μｍ，不能分辨出更小的孔隙，所以本文仅研究大于３．２５μｍ的孔隙㊂表２为团聚体孔隙的相关参数㊂如表２所示，孔隙数量随冻融循环次数的变化并无明显规律㊂孔隙节点数量随冻融循环次数的增加呈增多趋势，在５次循环以内，孔隙节点数量无规律波动，但达到７次冻融循环以上孔隙节点数量较５次以内明显增大，说明７次以上的冻融循环导致孔隙分支增多㊂随着冻融循环次数的增加，土壤团聚体孔隙度不断增大，孔隙度由０次冻融循环后的７．８％增加至２０次冻融循环后的２３．３４％㊂１次冻融循环后孔隙度增加了７．６９％；３次冻融循环后孔隙度增加了７７．５６％；５次冻融循环后孔隙度增加了９６．０３％；７次冻融循环后孔隙度增加了９２．９５％；１０次冻融循环后孔隙度增加了１４２．８２％；１５次冻融循环后孔隙度增加了２０６．７９％；２０次冻融循环后孔隙度增加了１９９．２３％㊂数据表明，５次冻融循环与７次冻融循环对团聚体孔隙度影响相近；１５次冻融循环与２０次冻融循环对团聚体孔隙度影响相近㊂３８０４㊀１１期㊀㊀㊀姜宇㊀等：基于同步辐射显微ＣＴ研究冻融循环对黑土团聚体结构特征的影响㊀图２㊀不同冻融循环次数下土壤团聚体二维和三维结构Ｆｉｇ．２㊀２Ｄａｎｄ３Ｄｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｓｏｆｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｓ在７次冻融循环以内，欧拉特征值增减并无规律，７次冻融循环后，欧拉值随冻融循环次数增加而减小，孔隙连通度增大，分形维数值先减小后增大，说明团聚体内部的复杂程度随着冻融循环次数的增加降低而后增大最后趋于平稳㊂表２㊀不同冻融循环次数下土壤团聚体孔隙基本结构参数Ｔａｂｌｅ２㊀Ｇｅｎｅｒａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｏｉｌｐｏｒｅｎｅｔｗｏｒｋｏｆａｇｇｒｅｇａｔｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｓ冻融循环／次Ｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅ０１３５７１０１５２０孔隙数量Ｐｏｒｅｑｕａｎｔｉｔｙ／个２６７９０ａ２０６２０ａ３６０９０ａ８８３８ａ２６０３９ａ１０３５６ａ８７７５ａ７７９５ａ孔隙度Ｐｏｒｏｓｉｔｙ／％７．８０ｄ８．４０ｃ１３．８５ｂ１５．２９ｂ１５．０５ｂ１８．９４ａｂ２３．９３ａ２３．３４ａ孔隙节点数量Ｐｏｒｅｎｏｄｅｑｕａｎｔｉｔｙ／个８１５４ａ９３９３ａ７５０５ａ６７３２ａ１０２１９ａ１０８２４ａ１１９５３ａ１０６４４ａ内部孔隙数量Ｉｎｔｅｒｎａｌｐｏｒｅｑｕａｎｔｉｔｙ／个２４７７４ａ１９０４４ａ３４１７２ａ８１７２ａ２４２６３ａ１０７９９ａ８０５５ａ７０９４ａ欧拉值Ｅｕｌｅｒｎｕｍｂｅｒ（Ｅｖ）２３５５０ａ１６５１６ａ３２９１７ａ６３１５ａ２０３９７ａ５９４４ａ３７６２ｂ３０４０ｂ分形维数Ｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎ２．６９ａ２．６６ａ２．６４ａ２．６０ａ２．７１ａ２．６７ａ２．７３ａ２．６７ａ㊀㊀同一行不同小写字母表示差异显著（Ｐ＜０．０５）２．３㊀团聚体孔隙分布特征图３为不同冻融循环次数下土壤团聚体孔隙大小分布㊂如图所示，孔径大小分布以＞１００μｍ孔径的非毛４８０４㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３９卷㊀管孔隙为主，占总孔隙度６０％以上㊂数据表明，孔径＜３０μｍ的孔隙随着冻融循环次数的增加孔隙度有所减小，相较于０次冻融循环的团聚体，１㊁３㊁５㊁７㊁１０㊁１５次和２０次冻融循环后孔隙度分别减小２２．２２％㊁７．７８％㊁６５．５６％㊁１３．３３％㊁６２．２２％㊁６７．７８％和６４．４４％㊂孔径在３０１００μｍ的孔隙随着冻融循环次数的增加孔隙度有所减小，相较于０次冻融循环的团聚体，１㊁３㊁５㊁７㊁１０㊁１５次和２０次冻融循环后孔隙度分别减小３０．５４％㊁５６．１６％㊁６８．４７％㊁４７．７８％㊁７４．８８％㊁７８．３３％和７５．８６％㊂孔径＞１００μｍ的孔隙随着冻融循环次数的增加孔隙度有所增大，相较于０次冻融循环的团聚体，１㊁３㊁５㊁７㊁１０㊁１５次和２０次冻融循环后孔隙度分别增加２９．４２％㊁１４９．７９％㊁１９５．０６％㊁１７１．８１％㊁２７２．４３％㊁３７７．３７％和３６３．５８％㊂随着冻融循环次数的增加，＞１００μｍ孔径的非毛管孔隙孔隙度不断增大；３０１００μｍ的毛管孔隙孔隙度不断减小；＜３０μｍ的贮存孔隙在７次冻融循环后稳定在总孔隙度的２％以下㊂图３㊀不同冻融循环次数下土壤团聚体孔隙大小分布Ｆｉｇ．３㊀Ｐｏｒｅｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｓ同一孔径分级的不同小写字母表示差异显著（Ｐ＜０．０５）２．４㊀土壤团聚体孔隙形状特征土壤孔隙形状影响着土壤的水力特性，尤其是瘦长型孔隙，由于其较大的孔壁表面积，更有利于水分和气体的存储［１９］㊂图４表明，瘦长型孔隙随着冻融循环次数的增加孔隙度增大，相较于０次冻融循环的团聚体，１㊁３㊁５㊁７㊁１０㊁１５次和２０次冻融循环后孔隙度分别增加１７．０２％㊁４８．４５％㊁６３．２０％㊁５３．５６％㊁６７．２２％㊁６８．５６％和６９．１９％㊂不规则型孔隙随着冻融循环次数的增加孔隙度有所减小，相较于０次冻融循环的团聚体，１㊁３㊁５㊁７㊁１０㊁１５次和２０次冻融循环后孔隙度分别减小２３．１３％㊁６８．９９％㊁８４．７１％㊁７２．４０％㊁８９．９３％㊁９１．２８％和９３．０６％㊂规则型孔隙随着冻融循环次数的增加孔隙度有所减小，相较于０次冻融循环的团聚体，１㊁３㊁５㊁７㊁１０㊁１５次和２０次冻融循环后孔隙度分别减小２０．２５％㊁４８．５３％㊁７８．５％㊁６４．６７％㊁８３．９４％㊁８６．８０％和８５．０１％㊂瘦长型孔隙为土壤团聚体孔隙的主要形态，其所占孔隙度大约为６０％，且经过冻融处理后瘦长型孔隙度不断提高后趋于稳定，２０次冻融循环后瘦长型孔隙占总孔隙度９６％㊂而规则型和不规则孔隙所占孔隙度比例呈现出相反的趋势㊂这与图１中观察到的现象一致㊂随着冻融循环次数的增加，土壤团聚体中产生了更多的细长的不规则的孔隙，呈现明显的复杂多孔结构㊂３㊀讨论土体的冻融过程，实质上就是土中水的冻结和融化过程，当土中水冻结时，体积膨胀，使得土颗粒间的孔５８０４㊀１１期㊀㊀㊀姜宇㊀等：基于同步辐射显微ＣＴ研究冻融循环对黑土团聚体结构特征的影响㊀６８０４㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３９卷㊀图４㊀不同冻融循环次数下土壤团聚体孔隙形状分布Ｆｉｇ．４㊀Ｐｏｒｅｓｈａｐｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｓ同一孔隙形状的不同小写字母表示差异显著（Ｐ＜０．０５）；各型孔隙体积占总孔隙体积的百分比为规则型孔隙度，不规则型孔隙度和瘦长型孔隙度隙体积增大，而当冰融化时，孔隙体积减小，所以冻融过程将会改变土颗粒间的结构联接，排列方式，从而改变土壤结构［２０⁃２１］㊂此外，冻融作用会造成土颗粒之间原始固有胶结逐渐减弱，黏聚力不断降低［２２］㊂孔隙度是受冻融循环影响最基础㊁直观的孔隙特征参数㊂冻融初期，未经过冻融循环的团聚体孔隙内含有一定水分㊂冻融循环开始时，孔隙中的水转化成冰，体积增大，导致团聚体孔隙变大；冰晶融化时，孔隙未能恢复冻结前状态，此过程循环往复㊂此外，随着冻融循环次数的增加，被冰晶挤压而产生形变的孔隙恢复能力逐渐减弱㊂以上两个因素导致孔隙体积不断增大，团聚体孔隙度随冻融循环次数的增多持续增长状态㊂当冻融循环达到１５次以后原有的结构已经被改变，团聚体内部裂隙明显，在大团聚体内部形成多个小团聚体，达到新的稳定状态，受冻融循环的影响减小甚至不再受其影响㊂但在试验过程中发现此时的大团聚体结构脆弱，极易破碎㊂多次的冻融循环使得土壤孔隙结构不断变化，但当冻融循环次数在１５次以上时孔隙结构变化不再明显㊂在冻融循环过程中孔隙数量并未随冻融循环次数增加呈现规律性变化㊂该现象是由于在水与冰的相变过程中除孔隙体积的增长外也会有新的孔隙形成，因此孔隙数量随冻融循环次数的增加并无规律性变化；从切片分析结果来看，内部孔隙数量与外部孔隙数量变化也无规律性变化㊂而孔隙节点数量增加是由于冻融循环导致孔隙出现裂隙或者多个孔隙由于不断扩大相连，这与瘦长型孔隙孔隙度占比不断增大原理相同㊂连通性与分形维数能很好的反应团聚体形态结构的变化［４］㊂欧拉指数判定孔隙连通性结果表明，冻融循环次数达到７次以上有改善团聚体孔隙连通性的作用，而分形维数并未受冻融循环影响呈现规律性变化㊂受冻融作用的影响，非毛管孔隙㊁毛管孔隙和贮存孔隙的孔隙度变化显著㊂冻融作用对土壤结构的改变在不同冻融循环次数下有所不同，由于该过程对团聚体内部结构的改变存在着复杂的不确定性，因此在３㊁５次和７次冻融循环下孔隙分级的规律性略微不同，但７次冻融循环后规律清晰，整体趋势显著㊂非毛管孔隙度比例随冻融循环次数增加不断增大，而毛管孔隙与贮存孔隙占比不断减小，该现象是由于冻融作用的循环往复导致小孔隙体积增大，促进了大孔隙的形成，进而使非毛管孔隙㊁毛管孔隙和贮存孔隙的占比产生变化㊂而土壤团聚体大孔隙的形成，进一步导致水分运移速率增加㊂孔径较大的大孔隙具有较强的水力传导性，但这种促进作用是有限的，孔隙之间的连通性也是决定水流运移速率的主要因素［２３］㊂因此，冻融循环对水分运移速率的增加产生一定促进作用㊂冻融循环对孔隙形状可产生影响㊂结合图２中二维㊁三维图像与图４的定性㊁定量分析表明，随着冻融循环次数的增加，规则孔隙与不规则孔隙的孔隙度占比均减小，而瘦长型孔隙占比显著增大，这与冻融循环造成大团聚体内部产生裂隙直接相关㊂此外，原本的单个孔隙相连通也使得孔隙形状更趋近于瘦长型，造成规则与不规则孔隙的占比减小㊂由于瘦长型孔隙的增多更有利于水分与气体的存储［２０］，因此，冻融循环对土壤水分与气体的存储和运移产生一定影响㊂４㊀结论本文利用同步辐射显微ＣＴ和数字图像处理与分析技术研究团聚体三维微结构，实现了团聚体内部孔隙结构的可视化㊂结果表明，随着冻融循环次数的增加，团聚体孔隙度增大，在１５次冻融循环后趋于稳定；瘦长型孔隙孔隙度占比增加，规则与不规则孔隙趋势相反；＞１００μｍ孔隙占比不断增大；孔隙连通性在７次冻融循环后显著改善；孔隙节点数量随冻融循环次数的增加而增大；孔隙数量和分形维数无显著性变化㊂该研究为冻融侵蚀的研究以及春季解冻期水土流失的防治提供理论依据㊂此外，冻融循环对黑土团聚体孔隙特征产生影响的同时，对土壤水分的存储与运移以及团聚体破碎机制产生一定影响，而国内外关于该方面影响的研究尚且不足㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀程国栋．中国冻土研究近今进展．地理学报，１９９０，４５（２）：２２０⁃２２４．［２］㊀ＧｏｎｇＪＤ，ＱｉＸＳ，ＸｉｅＺＫ，ＷａｎｇＹＪ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｅａｓｏｎａｌｆｒｅｅｚｉｎｇｏｎｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅａｎｄｉｔｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｌａｃｉｏｌｇｙａｎｄＧｅｏｃｒｙｏｌｏｇｙ，１９９７，１９（４）：３２８⁃３３３．［３］㊀卢金伟，李占斌．土壤团聚体研究进展．水土保持研究，２００２，９（１）：８１⁃８５．［４］㊀赵冬，许明祥，刘国彬，张蓉蓉，脱登峰．用显微ＣＴ研究不同植被恢复模式的土壤团聚体微结构特征．农业工程学报，２０１６，３２（９）：１２３⁃１２９．［５］㊀ＢｅｎｏｉｔＧＲ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｓｏｎａｇｇｒｅｇａｔｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｒｅｅｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｅｓｉｚｅｓ．ＳｏｉｌＳｃｉｅｎｃｅＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａＪｏｕｒｎａｌ，１９７３，３７（１）：３⁃５．［６］㊀ＳｉｘＪ，ＢｏｓｓｕｙｔＨ，ＤｅｇｒｙｚｅＳ，ＤｅｎｅｆＫ．Ａｈｉｓｔｏｒｙｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｌｉｎｋｂｅｔｗｅｅｎ（ｍｉｃｒｏ）ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ，ｓｏｉｌｂｉｏｔａ，ａｎｄｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｄｙｎａｍｉｃｓ．ＳｏｉｌａｎｄＴｉｌｌａｇｅＲｅｓｅａｒｃｈ，２００４，７９（１）：７⁃３１．［７］㊀王恩姮，赵雨森，陈祥伟．典型黑土耕作区土壤结构对季节性冻融的响应．应用生态学报，２０１０，２１（７）：１７４４⁃１７５０．［８］㊀ＬｉＧＹ，ＦａｎＨＭ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｏｎｗａｔｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆａｇｇｒｅｇａｔｅｓｉｎａｂｌａｃｋｓｏｉｌｏｆｎｏｒｔｈｅａｓｔＣｈｉｎａ．Ｐｅｄｏｓｐｈｅｒｅ，２０１４，２４（２）：２８５⁃２９０．［９］㊀ＤａｌＦｅｒｒｏＮ，ＣｈａｒｒｉｅｒＰ，ＭｏｒａｒｉＦ．Ｄｕａｌ⁃ｓｃａｌｅｍｉｃｒｏ⁃ＣＴａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｓｏｉｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎａｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｇｅｏｄｅｒｍａ，２０１３，２０４⁃２０５（４／５）：８４⁃９３．［１０］㊀ＳａｎＪｏｓéＭａｒｔíｎｅｚＦ，ＭａｒｔíｎＭＡ，ＣａｎｉｅｇｏＦＪ，ＴｕｌｌｅｒＭ，ＧｕｂｅｒＡ，ＰａｃｈｅｐｓｋｙＹ，Ｃ．Ｇａｒｃíａ⁃ＧｕｔｉéｒｒＣ．ＭｕｌｔｉｆｒａｃｔａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｉｓｃｒｅｔｉｚｅｄＸ⁃ｒａｙＣＴｉｍａｇｅｓｆｏｒｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｍａｃｒｏｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｇｅｏｄｅｒｍａ，２０１０，１５６（１／２）：３２⁃４２．［１１］㊀ＺｈｏｕＨ，ＰｅｎｇＸ，ＰｅｔｈＳ，ＸｉａｏＴＱ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｏｎｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｑｕａｎｔｉｆｉｅｄｗｉｔｈｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ⁃ｂａｓｅｄｍｉｃｒｏ⁃ｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ．ＳｏｉｌａｎｄＴｉｌｌａｇｅＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１２，１２４：１７⁃２３．［１２］㊀范昊明，张瑞芳，周丽丽，武敏，刘艳华．气候变化对东北黑土冻融作用与冻融侵蚀发生的影响分析．干旱区资源与环境，２００９，２３（６）：４８⁃５３．［１３］㊀ＩａｓｓｏｎｏｖＰ，ＧｅｂｒｅｎｅｇｕｓＴ，ＴｕｌｌｅｒＭ．ＳｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＸ⁃ｒａｙｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙｉｍａｇｅｓｏｆｐｏｒｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ａｃｒｕｃｉａｌｓｔｅｐｆｏｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２００９，４５（９）：Ｗ０９４１５．［１４］㊀ＷａｄｄｅｌＨ．Ｖｏｌｕｍｅ，ｓｈａｐｅ，ａｎｄｒｏｕｎｄｎｅｓｓｏｆｒｏｃｋｐａｒｔｉｃｌｅｓ．ＴｈｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｌｏｇｙ，１９３２，４０（５）：４４３⁃４５１．［１５］㊀周虎，彭新华，张中彬，王亮亮，肖体乔，彭冠云．基于同步辐射微ＣＴ研究不同利用年限水稻土团聚体微结构特征．农业工程学报，２０１２，２７（１２）：３４３⁃３４７．［１６］㊀ＭａＲＭ，ＣａｉＣＦ，ＬｉＺＸ，ＷａｎｇＪＧ，ＸｉａｏＴＱ，ＰｅｎｇＧＹ，ＹａｎｇＷ．ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌａｇｇｒｅｇａｔｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｕｎｄｅｒｗｅｔｔｉｎｇａｎｄｄｒｙｉｎｇｃｙｃｌｅｓｉｎｔｗｏＵｌｔｉｓｏｌｓｕｓｉｎｇｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ⁃ｂａｓｅｄＸ⁃ｒａｙｍｉｃｒｏ⁃ｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ．ＳｏｉｌａｎｄＴｉｌｌａｇｅＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１５，１４９：１⁃１１．［１７］㊀ＤａｌＦｅｒｒｏＮ，ＤｅｌｍａｓＰ，ＤｕｗｉｇＣ，ＳｉｍｏｎｅｔｔｉＧ，ＭｏｒａｒｉＦ．ＣｏｕｐｌｉｎｇＸ⁃ｒａｙｍｉｃｒｏｔｏｍｏｇｒａｐｈｙａｎｄｍｅｒｃｕｒｙｉｎｔｒｕｓｉｏｎｐｏｒｏｓｉｍｅｔｒｙｔｏｑｕａｎｔｉｆｙａｇｇｒｅｇａｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆａｃａｍｂｉｓｏｌｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｅｒｔｉｌｉｓａｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．ＳｏｉｌａｎｄＴｉｌｌａｇｅＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１２，１１９：１３⁃２１．［１８］㊀ＧａｒｂｏｕｔＡ，ＭｕｎｋｈｏｌｍＬＪ，ＨａｎｓｅｎＳＢ．ＴｉｌｌａｇｅｅｆｆｅｃｔｓｏｎｔｏｐｓｏｉｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｑｕａｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｅｄｕｓｉｎｇＸ⁃ｒａｙＣＴ，ｓｏｉｌｃｏｒｅｓａｎｄｖｉｓｕａｌｓｏｉｌｅｖａｌｕａｔｉｏｎ．ＳｏｉｌａｎｄＴｉｌｌａｇｅＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１３，１２８：１０４⁃１０９．［１９］㊀ＬｅｂｒｏｎＩ，ＳｕａｒｅｚＤ，ＳｃｈａａｐＭ．Ｓｏｉｌｐｏｒｅｓｉｚｅａｎｄｇｅｏｍｅｔｒｙａｓａｒｅｓｕｌｔｏｆａｇｇｒｅｇａｔｅ⁃ｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ．ＳｏｉｌＳｃｉｅｎｃｅ，２００２，１６７（３）：１６５⁃１７２．［２０］㊀ＫｏｎｒａｄＪＭ．Ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓｄｕｒｉｎｇｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｓｉｎｃｌａｙｅｙｓｉｌｔｓ．ＣｏｌｄＲｅｇｉｏｎｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８９，１６（３）：２９１⁃３０３．［２１］㊀齐吉琳，张建明，朱元林．冻融作用对土结构性影响的土力学意义．岩石力学与工程学报，２００４，２２（Ｓ２）：２６９０⁃２６９４．［２２］㊀倪万魁，师华强．冻融循环作用对黄土微结构和强度的影响．冰川冻土，２０１４，３６（４）：９２２⁃９２７．［２３］㊀骆紫藤，牛健植，孟晨，张英虎，杜晓睛，蔺星娜，贾京伟．华北土石山区森林土壤中石砾分布特征对土壤大孔隙及导水性质的影响．水土保持学报，２０１６，３０（３）：３０５⁃３０８，３１６．７８０４㊀１１期㊀㊀㊀姜宇㊀等：基于同步辐射显微ＣＴ研究冻融循环对黑土团聚体结构特征的影响㊀。

冻融对农田黑土可溶性氮库、氮转化过程及酶活性的影响

2 结果与分析
2.1 冻融循环作用下农田黑土可溶性氮库组分变化特征
冻融循环对农田黑土可溶性氮库（NH4+-N、 NO3--N、DIN、DON、DTN）及 NNMR 影响显著（P< 0.05）（图 1）。与对照相比，除循环次数 15 处理 NO3--N 和循环次数 1 处理 DTN 外，冻融土壤 NH4+-N、NO3--N、DIN 和 DTN 含量均显著增加，但增加幅度因循环次数而异，而 DON 含量无明显变化（图 1）。随着循环次数增加，对照土壤 NH4+-N 含量显著降低，NO3--N 含量显著升高，DON 和 DTN 含量均先升高后降低，在循环次数 6 时达到最大值，分别为 13.75 和 94.14 mg/ kg；冻融土壤 NH4+-N、NO3--N 和 DIN 含量均显著降低，而 DON 和 DTN 含量均先升高后降低，在循环次数 6 时达到最大值，分别为 14.39 和 99.25 mg/kg，较对照土壤分别增加了 4.65% 和 5.43%。与对照相比，除循环次数 15 处理外，冻融土壤 NNMR 显著增加，且增加幅度随循环次数增加而降低，以循环次数 1 的增加幅度最大（87.69%）。随着循环次数增加，对照和冻融土壤 NNMR 均显著降低，以循环次数 1 时最大，分别为 0.92 和 1.74 mg/（kg·d）。
量 1400 mm，年均日照时间 2600 h。供试土壤类型为典型黑土。采样时间为 2013 年 10 月。采样时，先除去表层杂物，多点混合法采集 0 ～ 20 cm 土层土样，将新鲜样品装入塑料袋后带回实验室，挑取肉眼可见的细根、石块等杂物后分成两份，一份过 2 mm 筛后 4 ℃ 保存备用，另一份风干处理后，测定基础化学性质［18］，详见表 1。

冻融交替作用对表层黑土结构的影响

层黑土体积增大，导致表层黑土密度降低，土壤大团聚体破碎为小团聚体，团聚体的平均质量直径减小，蜘聚体稳定性能降低；２）土壤含水率大小、冻融循环次数是土壤结构破坏程度的重要影响因素；３）冻融作用破坏了表层黑土
ａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅａｎｄｔｉｍｅｓｏｆｆｒｅｅｚｅ — ｔｈａｗ；３）Ｆｒｅｅｚｉｎｇａｎｄｔｈａｗｉｎｇａｃｔｉｏｎｄｅｓｔｒｏｙｅｄｐｈｙｓｉｃａｌ
ｍａｊｏｒｒｅａｓｏｎｆｏｒｓｅｒｉｏｕｓｆｒｅｅｚｅ — ｔｈａｗｉｎｇｅｒｏｓｉｏｎｉｎｂｌａｃｋｓｏｉｌｒｅｇｉｏｎｉｎｓｐｒｉｎｇｔｉｍｅ．
Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆａｌｔｅｒｎａｔｅｆｒｅｅｚｉｎｇａｎｄｔｈａｗｉｎｇｏｎｔｈｅｓｔｃｋｔｏｐｓｏｉｌ
ＬｉｕＸｕｊｕｎ，ＪｉｎｇＧｕｏｃｈｅｎ，ＹａｎｇＹａｊｕａｎ，ＷａｎｇＹａｊｕａｎ，ＲｅｎＸｉａｎｐｉｎｇ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｂｌａｃｋｔｏｐｓｏｉｌａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｄｃｏｈｅｓｉｏｎａｎｄａｎｔｉ — ｓｃｏｕｒｉｂｉｌｉｔｙｏｆｂｌａｃｋｓｏｉｌ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅ

冻融及融雪过程对土壤中溶解性有机物影响的研究

冻融及融雪过程对土壤中溶解性有机物影响的研究以受季节性冻融过程影响显著的辽宁省的棕壤和暗棕壤为研究对象,考察冻结温度、融化温度、冻结时间和冻融次数对土壤中溶解性有机物(DOM)的光谱学特性的影响。

结果表明：冻融处理条件下土壤中的溶解性有机碳(DOC)含量、波长254nm处的紫外吸光度(UV-254)和单位浓度DOC的紫外吸收值(SUVA)的变化规律相似,均随冷冻和融化温度的升高而增大,随冷冻时间的增长先减小后增大,随冻融次数的增多而减小。

冻融作用使DOM的腐殖化程度提高,分子量减小。

随着冷冻时间的增长,DOM 中类富里酸荧光物质和类腐殖酸荧光物质的含量先减少后增多；随着冻融次数的增多,DOM中荧光物质的含量逐渐减少。

利用土壤浸提实验和土柱淋洗实验,考察了化学离子的种类与浓度对进入融雪径流的土壤溶解性有机物(DOM)的含量和光谱学特性的影响,以及不同化学特征的积雪融化过程中土壤DOM的释放规律。

土壤浸提实验结果表明,随着Na+、Mg2+和Ca2+浓度的升高,土壤浸提液中的溶解性有机碳(DOC)浓度显著降低；随着Cl-、SO42-、Mg2+和Ca2+浓度的升高,土壤浸提液中的波长254nm处的紫外吸光度(UV-254)值逐渐降低；随着Na+和Mg2+浓度的升高,土壤浸提液中的单位浓度DOC的紫外吸收值(SUVA)值逐渐升高。

N03-、SO42-和Na+的浓度过高或过低时,土壤浸提液中DOM的类腐殖酸及类富里酸荧光峰强度较低；随着Cl-、Mg2+和Ca2+浓度的升高,土壤浸提液中DOM 的类腐殖酸荧光峰强度逐渐增高。

土柱淋溶实验结果表明,类腐殖酸和类富里酸荧光物质是土壤淋滤液中的主要荧光物质。

与纯水相比,融雪水作为淋洗液导致土壤淋滤液中DOC浓度的降低,以及类微生物代谢产物荧光峰强度的增高。

冻融交替抑制DOM自土壤解吸进入淋滤液,并且导致土壤淋滤液中芳香族化合物相对含量的降低。

新、旧雪融水浸提实验结果表明,弱酸性环境下的积雪融水中,较高的离子浓度可以使土壤中更多的DOC释放到水中；新雪浸提液DOM中含有相对较多的类溶解性微生物代谢产物,说明新雪酸性相对旧雪较弱,离子含量更低的情况下,微生物活性较好,类溶解性微生物代谢产物较多。

冻融作用对土壤有机碳库及微生物的影响研究

冻融作用对土壤有机碳库及微生物的影响研究摘要:冻融是一种物理地质活动和现象，主要表现为温度低于0℃或高于0℃过程中所表现的冻结和融化现象，该现象在中、高纬度、高海拔的冻土区中广泛存在。

由于在冻融的过程中会对土壤结构以及土壤理化指标产生直接的影响，因此在冻融作用的影响土壤有机碳库及微生物也会发生较为明显的变化。

研究冻融作用对土壤有机碳库及微生物的影响对于改良土壤，促进农业生产具有重要的意义。

因此本文从冻融作用对土壤理化性质的影响出发，探析冻融对土壤有机碳库以及微生物的影响。

关键词:冻融作用;土壤;微生物;碳库1.冻融作用对土壤理化性质的影响1.1对物理性质的影响土壤在冻融作用下的物理特性发生了明显的改变。

聚合体是土壤结构的基本单位，是由土粒胶结物构成的颗粒，其特征是多级孔性与孔隙兼备。

直径在0.25 mm以下称为微聚集体，0.25~20 mm称为团簇。

土壤团块是影响土壤水分、酥松度以及温度的主要因素，也是影响土壤理化性质的主要因素。

土壤的冻融循环可以使土壤结构发生变化，使聚合体的稳定性受到影响，释放出的养分被微生物所利用，而破坏的程度与土壤类型、有机质含量、含水量、初始团聚体的大小、冻结温度和冻融循环的次数等因素有关。

目前普遍认为，由于冻融的影响，土壤的结构发生了变化，导致了土壤的孔隙度增大、容重下降，尤其是在表土中这一现象更为明显。

土壤容重受冻融效应的影响与土壤初始容重、土壤含水量、土壤深度等因素有关。

在0~20 cm的土壤中，高水分条件下，表层5 cm的容重减小幅度大，而下部的体积变小;水分含量较低时，其效果则相反;当水分含量相同时，小容重增加，大容重减小。

所以，从整体上看，冻融作用使得体积较轻的松软土体密度较大，体积较大的土体趋于松散。

另外，研究还发现，在同样的情况下，冻融土壤的的入渗能力比未经冻融的土壤要低得多，有减渗作用，并且渗透速率减小。

在冻融过程中，土壤的入渗能力先由大变小，然后由小变大，从而使导水率下降。

东北黑土区冻融交替土壤特性及适时春播耕作技术综合评价

失严重,部分地区成土母质暴露,加之春季土壤受冻融交替影
响,无法适时完成作物春播工作,对该区域工农业经济发展造成
严重阻碍。鉴于此现状,本文就前人针对东北黑土区土壤冻融
交替方面研究进行总结梳理,分析冻融交替对土壤理化指标、微
10]顾汪明,周金星,王彬,等 .
体特征的影响[
中国水土保持科学,
J].
2020,
18(
4):
45
52.
[
冻融循环对黑土团聚体稳定性与
11]王文刚,王彬,顾汪明,等 .
微结构特征的影响[
水土保持学报,
J].
2022,
36(
构、活性等产生变化影响。赵颖等 [21]研究表明,适宜
的冻融温差、冻融循环次数和水分处理能够有效改良
和调节影响农田黑土微生物量氮含量、蛋白酶以及硝
酸还原酶活性。刘淑霞等 [22]和庄海艳等 [23] 研究表
等
[
17]
和单博等
[
18]
通过开展冻融作用对农田黑土不同
形态氮素的影响研究中发现,在 -25 ℃ 条件下,冻融
交替处理显著增加了土壤中铵态氮、硝态氮、微生物量
陈学文等[29]研究发现,冻融作用发生前,耕地免耕处理
等[30]研究结果表明,多次冻融循环会改变土壤的粘聚
资源和大面积的开垦种植,导致严重的水土流失现象
等 [14]的试验结果表明,在增加冻融循环次数的前提

冻融循环作用对黑土全磷含量的影响

冻融循环作用对黑土全磷含量的影响靳丽;周丽丽;黄东浩【摘要】Laboratory simulation test was adopted to study the effects of variable freeze-thaw cycles (FTCs), moisture (W) contents and background available phosphorus (APb) contents on TP content of black soil. The experiment results showed that the impact of the three factors on TP content varies as the number of FTCs increases, impact of freeze-thaw cycles gradually smaller, W content has the largest influence during 5~20 and 20~30 cycles;Changes in TP content over the 30 cycles were regular and bimodal, changes?from severely to gentle;Changes in TP content were larger as W content increased and TP content was more stable as APb content increased.%采用室内模拟试验研究冻融循环次数（FTC）、土壤含水率（W）、土壤有效磷背景值（APb）对黑土全磷（TP）含量的影响。

结果表明：3个因子对黑土全磷含量的影响程度随冻融循环次数的增加而变化。

冻融循环次数的影响随循环次数增加而逐渐变小；含水率的影响在0～30次循环中由剧烈到平缓，土壤含水率越高全磷含量变化越剧烈；土壤有效磷背景值越高，全磷含量越稳定。

黑土对冻融有机质的吸附作用

黑土对冻融有机质的吸附作用郭平;明恋;王观竹;李悦铭;李琳慧;于济通【期刊名称】《吉林大学学报（理学版）》【年(卷),期】2013(51)4【摘要】用批次实验方法研究黑土对冻融溶解性有机质(DOM,来源于秸秆和污泥)的吸附作用.结果表明,在DOM平衡质量浓度范围内,多数情况下DOM不仅未被黑土吸附,反而促进黑土有机质的解吸释放.与未冻融DOM相比,冻融DOM对黑土有机质的解吸释放作用更强.冻融DOM对黑土有机质的解吸释放作用受体系pH值、离子强度和离子类型影响较大:DOM对黑土有机质的解吸作用随pH值的增加和离子强度的降低而增加；当离子类型为二价阳离子Ca2+时,DOM对黑土有机质的解吸作用大于离子类型为一价阳离子的情形；在不同阴离子条件下,DOM对黑土有机质的解吸作用为Cl－＞SO42-＞NO3-.%Batch experiments were conducted to investigate the sorption of dissolved organic matter (DOM) derivedfrom straw and sludge treated with freeze-thaw on black soil.The results showed that in most cases,the DOM that can not be adsorbed onto the black soil facilitated the release of the organic matter from black soil in the range of the equilibrium concentration of pared with the DOM from non-frozen straw and sludge,the DOM from the straw and sludge treated by freezethaw increased the desorption and release of the organic matter of black soil obviously,and it was greatly affected by the pH value,ion strength and ion type of the solution system.The desorption of the organic matter of black soil by DOM increased with the increase of pHand the decrease of ion strength.When the ion type was CaCl2 of divalent cation,the desorption of the organic matter of black soil by DOM was greater than that when the ion type was monovalent cation.In the presence of the different anions,the desorption order of the organic matter of black soil by DOM was Cl ＞SO42-＞NO3-.【总页数】5页(P744-748)【作者】郭平;明恋;王观竹;李悦铭;李琳慧;于济通【作者单位】吉林大学环境与资源学院,地下水资源与环境教育部重点实验室,长春130012;吉林大学环境与资源学院,地下水资源与环境教育部重点实验室,长春130012;吉林大学环境与资源学院,地下水资源与环境教育部重点实验室,长春130012;吉林大学环境与资源学院,地下水资源与环境教育部重点实验室,长春130012;吉林大学环境与资源学院,地下水资源与环境教育部重点实验室,长春130012;吉林大学环境与资源学院,地下水资源与环境教育部重点实验室,长春130012【正文语种】中文【中图分类】X132【相关文献】1.交替冻融对黑土可溶性有机质荧光特征的影响 [J], 汪太明;王业耀;香宝;胡钰2.有机质对冻融黑土重金属Zn赋存形态的影响 [J], 高文文;刘景双;王洋3.冻融交替作用对表层黑土结构的影响 [J], 刘绪军;景国臣;杨亚娟;王亚娟;任宪平4.冻融交替对复配土壤团粒结构和有机质的交互作用 [J], 张海欧;解建仓;南海鹏;韩霁昌;汪妮;张扬;王欢元5.东北黑土区冻融、风力、水力交互作用对坡面侵蚀的影响 [J], 桑琦明;郑粉莉;王一菲;左小锋;张加琼;张勋昌;王磊;王伦;魏晗梅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

冻融交替后不同尺度黑土结构变化特征

冻融交替后不同尺度黑土结构变化特征王恩姮;赵雨森;夏祥友;陈祥伟【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2014(034)021【摘要】冻融交替是改变黑土结构、加剧土壤侵蚀的重要因子.以典型黑土区耕作土壤为研究对象,采用野外季节性冻融循环与室内模拟冻融循环相结合、X射线计算机断层摄影(CT)与扫描电子显微镜(SEM)相结合的方法,通过水分物理性质、团聚体破坏率、孔隙数目、孔隙面积、孔隙成圆率、孔隙Feret直径的测定与分析,研究了冻融交替后0-40 cm、40-80 cm和120-160 cm3个土层以及田间季节性冻融环刀、室内模拟冻融CT扫描和室内模拟冻融SEM3种方式下黑土结构特征的变化规律.结果表明:冻融交替能够对不同土层和不同尺度的耕地黑土结构产生不同程度的影响.季节性冻融后,表层土壤容重升高,非毛管孔隙度和持水能力显著降低(P＜0.05),40-80 cm土层团聚体破坏率增加40.97％ (P＜0.05),土壤抗蚀性有所削弱,120-160 cm土壤没有受到季节性冻融的显著影响.CT扫描尺度上,3个土层均以1-2 mm径级的孔隙数目为最多,形状也相对规则、接近圆形;冻融循环没有对表层土壤大孔隙结构产生影响,却能够显著降低40-80 cm土层范围内大孔隙面积以及Feret直径(P＜0.05).SEM扫描显示冻融后土壤表面粗糙度增加,颗粒松散、脱离,孔壁断裂,证明了冻融交替对土壤微结构的破坏作用;同时结合电子能谱的元素分析可知冻融交替能够改变土壤颗粒表面化学特征.【总页数】10页(P6287-6296)【作者】王恩姮;赵雨森;夏祥友;陈祥伟【作者单位】东北林业大学林学院,哈尔滨150040;东北林业大学林学院,哈尔滨150040;东北林业大学林学院,哈尔滨150040;东北林业大学林学院,哈尔滨150040【正文语种】中文【相关文献】1.冻融交替过程对黑土中氧化亚氮释放特性的影响 [J], 王金鹤;刘嘉;马卉;彭丽欣2.交替冻融对黑土可溶性有机质荧光特征的影响 [J], 汪太明;王业耀;香宝;胡钰3.冻融交替对黑土氮素转化及酶活性的影响 [J], 李源;祝惠;袁星4.冻融交替作用对表层黑土结构的影响 [J], 刘绪军;景国臣;杨亚娟;王亚娟;任宪平5.冻融交替对不同施肥水平的黑土中氮磷元素含量的影响 [J], 黄擎;刘博睿;蔡华杰;朱葛彧;包丽颖因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

冻融温度对东北黑土理化性质及土壤酶活性的影响

冻融温度对东北黑土理化性质及土壤酶活性的影响李琳慧;李旭;许梦;王观竹;于济通;郭平【期刊名称】《江苏农业科学》【年(卷),期】2015(43)4【摘要】选择东北地区黑土为供试土壤，用人工控温方法，分析探讨不同冻融温度下冻融处理对土壤理化性质及酶活性的影响。

结果表明，随着土壤冻结温度的降低，大团聚体更容易被破坏，向中级团聚体转化；土壤pH值、CaCO3含量升高，氧化还原电位、阳离子交换量降低，这主要是由于冻结土壤的温度越低，硝化作用越弱，产生的H＋减少；可溶性有机质含量升高，微生物量碳含量下降，这主要是由于冻结温度越低，对微生物的灭杀作用及大团聚体破坏作用越强烈；胡敏酸（HA）含量升高，富里酸（FA）含量降低，HA／FA升高，冻结温度越低越利于改善腐殖质的品质；土壤FDA水解酶、蛋白酶、纤维素酶和过氧化氢酶活性均下降，这既有冻融作用对土壤酶的直接影响，也有冻融作用通过影响土壤微生物进而对土壤酶产生的间接影响所致。

【总页数】3页(P318-320)【作者】李琳慧;李旭;许梦;王观竹;于济通;郭平【作者单位】吉林大学环境与资源学院，吉林长春130012;吉林大学环境与资源学院，吉林长春130012;吉林大学环境与资源学院，吉林长春130012;吉林大学环境与资源学院，吉林长春130012;吉林大学环境与资源学院，吉林长春130012;吉林大学环境与资源学院，吉林长春130012【正文语种】中文【中图分类】S151.9【相关文献】1.东北漫岗黑土区春季冻融期浅沟侵蚀2.季节性冻融期灌水对土壤温度与冻融特性的影响3.东北黑土区冻融、风力、水力交互作用对坡面侵蚀的影响4.东北农田黑土土壤酶活性与理化性质的关系研究5.春季冻融对2种温带森林土壤酶活性和土壤微生物生物量的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

不同冻结温度黑土渐次解冻过程有机碳矿化特征及影响因素

不同冻结温度黑土渐次解冻过程有机碳矿化特征及影响因素刘会敏;宋媛;栗现文;胡亚鲜【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2023(43)3【摘要】将粒径<2mm的黑土填充土柱后,湿润至田间持水量(41%),分别在-10℃、-15℃和-20℃冷冻12h,于10℃解冻.为捕捉土壤水盐养分在土柱由外而内冻结过程中的再分布特征,在土柱渐次解冻过程中从外到内逐层剥离成六层(T1~T6),并进行指标测定.结果表明:1)土柱最外层T1的含水率最高达48.9%~61.9%,而内核T6最干燥仅为29.3%~35%,其中-20℃冻结土柱在解冻后外层的水分富集程度最显著.电导率(EC)则表现为外层T1和内层T6偏高(53.9~66.4μS/cm和55.0~64.0μS/c m),而中间层T3偏低(53~56.5μS/cm),且-10℃冻结后各渐次解冻土层间的EC差异最显著.2)可溶性有机碳(DOC)由外层T1向内层T6逐渐降低,而微生物生物量碳(SMBC)则由外层向内层呈现增多趋势,且冻结温度越低,DOC和SMBC在各解冻土层间的差异越明显.3)CO_(2)释放速率表现为外层T1和内层T6较高(34~40.7μg/g和33.5~63μg/g),而中间层T4较低(23.7~25.0μg/g),且-10℃冻结后各渐次解冻土层释放的CO_(2)显著少于-20℃冻结温度.4)各解冻土层SMBC与DOC线性负相关,但与CO_(2)释放速率线性正相关,说明冻结过程死亡微生物残体释放的可溶性物质,可促进存活微生物在土壤解冻后的呼吸过程.本研究通过逐层剥离方法可有效捕捉土壤冻融过程两极化分布对碳矿化的影响,而不同冻结温度则加剧了渐次解冻土层间的异质性,突破了仅基于全冻全融过程的传统研究方法对土壤冻融环境效应认识的片面性.【总页数】10页(P1288-1297)【作者】刘会敏;宋媛;栗现文;胡亚鲜【作者单位】西北农林科技大学水土保持研究所;西北农林科技大学水利与建筑工程学院【正文语种】中文【中图分类】X142【相关文献】1.培养温度对不同类型茶园土壤有机碳矿化的影响2.温度对黑色石灰土原土及不同粒径土壤颗粒有机碳矿化的影响3.不同培养温度下长期施肥红壤水稻土有机碳矿化特征研究4.不同温度下添加绿肥对旱作农田土壤有机碳矿化的影响5.不同温度制备的生物质炭对土壤有机碳矿化及腐殖质组成的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

冻融及有机物料添加对黑钙土有机无机碳的影响

工作，而关于改良过程中黑钙土CO2释放、碳酸盐含量变化及冻融交替作用影响的研究鲜见报道。

以松嫩平原典型黑钙土为研究对象，采用室内培养方法研究秸秆和有机肥对土壤有机碳和CO2释放的影响，并利用碱液吸收、容量滴定法及重铬酸钾氧化外加热法，测定黑钙土培养期间的CO2释放量、碳酸盐含量及有机碳含量，揭示冻融及有机物料添加下，黑钙土CO2的释放、碳酸盐含量变化及有机碳积累特征，为探寻有效的增加土壤有机碳含量、减少CO2释放量的有机物料还田方式，建立环境友好型土壤培肥方式提供数据基础。

1 与方法1.1 试验供试土壤为黑钙土，于2022年6月采自吉林省松原市前郭县红旗农场（124°47′E，45°23′N）玉米试验田，采用蛇形布點、多点混合的方法进行采样，取土深度为0～20 cm。

样品于室内自然风干，去除肉眼可见的秸秆等有机残体，过2 mm筛，混匀备用。

土壤pH值为6.87，有机碳含量为 15.05 g/kg，碱解氮含量为94.43mg/kg，速效磷含量为 44.45 mg/kg，速效钾含量为188.21 mg/kg，全氮含量为1.59 g/kg，C/N比为10.03，碳酸盐含量为16.00 g/kg。

供试玉米秸秆采自吉林农业大学试验田，样品自然风干，去除杂物后粉碎过1 mm筛备用;有机无机混合肥为掺混肥（N、P、K的含量分别为28%、15%、12%）与有机肥以质量比3 ∶ 2比例混合制得，其养分组成如表1所示。

1.2 培养试验试验共设6个处理：（1）无肥料添加的空白对照，NCK;（2）添加秸秆，NJ;（3）添加有机无机混合肥，NH;（4）无添加冻融循环，DCK;（5）添加秸秆后冻融循环，DJ;（6）添加有机无机混合肥后冻融循环，DH。

每个处理重复3次，共设11个取样时间，每个处理共计33个样品。

冻融循环2次，以-10 ℃速冻24 h后+10 ℃速融24 h为1次冻融循环。

实验室模拟培养条件下有机物料添加量为田间常规施用有机物料量的10倍左右，因此将500 g土壤与25 g有机物料混匀，加蒸馏水调节混合样品含水量至20%（约为田间最大持水量的60%）后，转移至塑料瓶内，密封称质量。

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剔除草根及其他杂物后混匀，加水，将土壤样品按照融雪期
黑土含水率作水分校正。实验过程中不断补充失去的水分。测试化验用化学试剂均为分析纯，配制溶剂等所用水均
为Ｍｉｉｌ－ｌＱ超纯水。
１２方法．
ＥＭ）Ｅ分析土壤有机质、殖质的化学和物理性质ｌ。腐＿２研］
将土壤样品平均分成６份，分别记为Ｈ０，Ｈ１，Ｈ２，Ｈ４，Ｈ１０和Ｈ１。Ｈ０为对照样品，不做冻融处理；Ｈ１５～Ｈ１进行冻融处理，将土壤在一２５Ｏ℃ 条件下完全冻结１ｄ，然后在２Ｏ℃条件下放置１，为１此ｄ个冻融周期，Ｈ１Ｈ１～５
ｓｏａｘｉｔｎｅｓｉｎｍａｒｘｆｕｒｓｅｃｓｅｔｏｃｐｃｉｎｌｅｃｔｉ－ｍｉｓｏ－ｔｉｌｏｅｃｎｅｐｃｒｓｏｉ，ａｏ
２１００年７月上旬，阿什河流域黑龙江省哈尔滨市境内在
黑土样地（２９Ｅ，５２６Ｎ）１７３１ ” ４。７３” 采集０１ｍ表层土壤，～５ｃ
基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项项目（０９Ｘ０２７０１，２０Ｚ７０ —０）财政部改革启动专项项目（ＧＧＱＤ２Ｏ —４资助Ｏ８０）作者简介：汪太明，１７９８年生，北京师范大学水科学研究院博士研究生
第３卷，８１第期２０１１年８月
光谱
学பைடு நூலகம்
与
光
谱
分
析
Ｖｏ．１Ｎｏ８ｐ２３ — １０１３，．，ｐ１６２４
ＳｅｔｏｃｐｎｐｃｒｌＡｎｌｓｓｐｃｒｓｏｙａｄＳｅｔａａｙｉ
Ａｕｕｔ０１ｇｓ，２１
土壤理化性质产生深刻影响，能够改变土壤团聚体、微生物
群落和营养元素含量ｌ，从而影响到土壤Ｄ７］ＯＭ的荧光特征。目前，交替冻融对土壤ＤＭ荧光特征的影响国内外基Ｏ
样品的冻融周期分别为１次、２、４次、１次ｏ次和１。５次在
交替冻融对黑土可溶性有机质荧光特征的影响
汪太明～，王业耀，香宝～，胡钰
１０７０８５１０１００２
１．北京师范大学水科学研究院，Ｅｊ京
２．中国环境科学研究院，京北
１０１００２
３．国家环境保护区域生态过程与功能评估重点实验室，北京
摘
要
土壤可溶性有机质（０Ｍ）Ｄ是土壤有机质研究中最有意义的量化指标，交替冻融作用能够影响土壤
ＩＭ的荧光特征。文章利用三维荧光分析交替冻融对黑土ＤＮ）ＯＭ光谱特征的影响，并基于光谱特征的改变，评价交替冻融对黑土活性腐殖质和腐殖程度的影响。研究表明，与未冻融样品相比，冻融样品ＤＯＭ的紫外
土壤ＤＭ光谱特征的影响，并基于光谱特征的改变，评价Ｏ
引言
土壤可溶性有机质（ｉｏｖｄｏｇｎｃｍａｔｒ０Ｍ）ｄｓｌｅｒａｉｔ，Ｄｓｅ是
交替冻融作用对土壤活性腐殖质和腐殖程度的影响。
１实验部分
１１材料．
指土壤中能够被水溶液提取的那部分有机质组分，土壤ＤＯＭ是土壤有机质研究中最有意义的量化指标『。土壤腐１］殖质是土壤ＤＯＭ的主要成分之一，是土壤有机质分解过程中产生的一种特殊的高分子化合物。由于腐殖质的结构中含有大量带有各种官能团的芳香环结构以及不饱和脂肪链，能产生荧光现象，因此可以应用三维荧光技术（ｈｅ－ｉｎｔｒｅｄｍｅ—
关键词三维荧光；荧光特征；交替冻融；土壤可溶性有机质
中图分类号：４Ｘ１４文献标识码：ＡＤＩ１．９４ｊｉｎ１０ —５３２１）８２３ —５Ｏ－０３６／．ｓ．０００９｛０１０ —１６０ｓ
）
与活性腐殖质含量之间、（ｃｒａ］．与腐殖程度之间，都存在显著的正相关关系（相关系数分别为０８，．７，．８０７）说
究人员常应用土壤ＤＭ的荧光特征来评价土壤诸如有机质Ｏ结构、腐殖程度等性质的变化［。据研究，地球上中纬度４］大部分地区存在季节性冻融过程，在我国冻深大于０５ｍ的．季节性冻土面积约占国土面积的４．＿。土壤冻融作用对６３６］
进行周期性冻融试验前，品先冻结２ｄ样。土壤样品经风：＿『
本没有研究报道，因此本文利用ＥＭ技术分析交替冻融对Ｅ
收稿日期：００１ —９修订日期：２１—２１２１—００。０１０ —１
后，研磨，分别进行土壤ＤＯＭ提取与三维荧光测试试验和
区类富里酸荧光峰发生红移，说明土壤中有机物分子芳香化程度增高，腐殖程度上升；部分冻融样品产生了
类蛋白荧光峰，明冻融过程中微生物降解活动增强；冻融样品的活性腐殖质含量和腐殖程度均较未冻融说高，说明交替冻融作用增加了土壤肥力；紫外区类富里酸荧光峰值与可见区类富里酸荧光峰值的比值（明ｒ可以评价黑土冻融后土壤活性腐殖质含量和腐殖程度的变化。（ａ