冻融作用对土壤有机碳库及微生物的影响研究进展_王娇月
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［］ 型预测在 ２ １ 世纪末该地区会增温 ７～８ ℃ ５ ． 气候
；修订日期 ： ２ ０ １ ０ １ ０ ０ ６ ２ ０ １ ０ １ ２ ２ ３ 收稿日期 ： － － － － ） ；国家重点基础研究发展计划 （ ） ；中国科学院重要方向 项目 （ ４ ０ ９ ３ ０ ５ ２ ７ ９ ７ ３ 计划 ） ２ ０ ０ ９ Ｃ Ｂ ４ ２ １ １ ０ ３ 基金项目 ：国家自然科学重点基金项目 （ ） 性项目 （ 资助 Ｋ Ｚ Ｃ Ｘ ２ Ｊ Ｃ ３ ０ １ －ＹＷ－ ，女 ，满族 ，辽宁铁岭人 ， １ ９ ８ ５－ ） ２ ０ ０ ４ 年毕业于辽宁大学 ，目前为博士研究生 ，目前主要从事 湿 地 环 境 变 化 与 物 质 作者简介 ：王娇月 （ ： 循环研究 ． Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｉ ａ ｏ ｕ ｅ ｗ＠ｙ ａ ｈ ｏ ｏ ． ｃ ｎ ｊ ｙ ： Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｓ ｏ ｎ ｃ ｃ ｅ ｉ ａ ｅ ． ａ ｃ ． ｃ ｎ ＊ 通讯作者 ：宋长春 ， ＠ｎ ｇ ｇ
５ ２ ５ ２ ，总面积减少了 减少到目前的 ２． １ ０ ｋ ｍ ６×１ ０ ｋ ｍ ［１－１ ］ ２ ；东北 寒 区 ３ 约３ ５％ １ ３个气象台站统计资料
． 多年冻土 是 指 土 层 冻 结 连 续 超 过 ２
［］ ａ３ ，其主要集中在北半球 ，具有明显的纬度和垂直
地带性规律 ． 我 国 多 年 冻 土 主 要 分 布 在 青 藏 高 原 、 东北 大 、小 兴 安 岭 和 松 嫩 平 原 北 部 ，及 西 部 高 山 区 ，并零星分布于季节冻土区内的一些高山上 ． 其 中多年冻土区 面 积 ２． １ ５×１ ０ｋ ｍ ，占 我 国 国 土 总
在日冻融循环现象 ． 目前对冻融循环的研究主要集 中在 苔 原 、 森 林 、 草 原 、 湿 地 、 农 田 和 冻 土 等 领
］ ２ ２， ２ ６－２ ９ 域［ ．
处温度平均增加 ０． ９～１． ５ ℃ ，春 季 变 暖 提 前 １ ５～ ［ １ ８］ ，冻融循环次数 增 加 ３ １ ９ｄ １～３ ８％ ；Ｈ ｅ ｎ ｒ ｙ 对加 拿大 ３ １ 个气象站 ４ ０ａ的气候和土壤温度数 据 分 析 也发现类似现象 ． 土壤理化性质 、土壤微生物及土壤碳组分间存 在密切 联 系 ． 土 壤 理 化 性 质 ，例 如 ，团 聚 体 稳 定 性 、孔隙度和容重大小 、土壤质地 、 Ｈ 值和氧化还 ｐ 原电位等影响土壤植物和微生物对活性碳组分的利 用 ． 土壤活性碳组分的一部分来自土壤中植物和微 生物的分泌物及其残体 ，土壤有机碳的矿化又受土 壤微生物和土壤酶的制约 ． 冻融使土壤经历一系列 物理 、化学和生物变 化 过 程 ，冻 融 作 用 对 土 壤 的 影 响主要表现为 ：改变 土 壤 结 构 、含 水 量 分 布 和 水 热 运动 ，影响微生物活性和以微生物为媒介的有机质 矿化作用 ，进而影响 到 温 室 气 体 的 排 放 ，改 变 土 壤 元素的生物地球化学循环过程 ，从而对土壤生态系
［ ２ １］
目前 ，冻融过程对团聚体稳定性的影响说法不 一 ． 有人认为冻融会降低团聚体的稳定性 ，而另一
］ ［４］ ３ ４－３ ５ 些学者则 认 为 会 增 加 ［ 对不同 ．Ｌ ｅ ｈ ｒ ｓ ｃ ｈ等３
质地的土壤研究结果表明 ，冻融作用能降低压实土 壤团聚体的稳定性 ，却增加野外表层团聚体的稳定
［ １］
，即便 冻 结 温 度 在 很 大 范 围 波 动 （ 水量 ） －５，－１ ５ 和 －２ 也可增强 团 聚 体 稳 定 性 ；相 同 冻 结 温 度 ２ ℃） 下 ，接近饱和的含水 量 对 团 聚 体 破 碎 能 力 最 强 ；相 同含水量下 ，团聚体稳定性与冻结温度呈非线性关
］ ３ ５－３ ６ ，冻 融 循 环 能 降 低 团 聚 性 ． 更 多 的 研 究 表 明［
，它作为一种自然
］ ２ ２－２ ３ 现象普遍存在于中 、高 纬 度 以 及 高 海 拔 地 区 ［ ．
体的稳定性 ，导致团 聚 体 的 破 碎 化 ，冻 结 对 大 团 聚 体的破坏程度大于小团聚体 ． 土壤冻融作用的本质 是土体内水分体积变化引起的土壤特性的变化 ，所 以冻 融 对 团 聚 体 的 影 响 与 含 水 量 有 密 切 联
能够破坏土壤结构 ，影 响 团 聚 体 稳 定 性 ，释 放 包 裹 的营养元素为微生物利用 ，其破坏程度主要与土壤 类型 、有机 质 含 量 、含 水 量 、最 初 团 聚 体 的 大 小 、
］ ３ ２－３ ３ 冻结温度及冻融循环次数等因素有关 ［ ．
１ 冻融过程的特征和本质
冻融是指土层由于温度降到 ０ ℃ 以下和升至 ０ ℃ 以上而产生冻结和融化的一种物理地质作用和现 象 ． 土壤的 冻 结 和 融 化 实 质 是 土 壤 水 的 冻 结 和 融 化 ，即水分 的 相 态 变 化 过 程
［３］ ２ ２， ３ ４， ３ ６］ 认为 ，适宜含水量时 （ 田间持 系［ ． 王风等 ３
在我国多年冻土区 ，冻结从地面自上而下和最大融 化层深处自下而上双向开始 ，在 １ ０ 月下旬至 １ １月 下旬间 （ 有时从 １ 季节融化层可 ２月至 翌 年 ２ 月 中） 全部冻透 ；融化从地 表 开 始 自 上 而 下 单 向 进 行 ，至 ９ 月下旬达到最大 融 深 ；而 季 节 冻 土 区 冻 结 和 融 化 的方向与此相反 ． 土壤温度日最大值小于 ０ ℃ 表 ； 明土壤完全冻结 （ 除盐分等对土壤冻结点的影响）
］ １ ５－１ ６ 壤积雪和 冻 融 环 境 等 都 可 能 发 生 变 化 ［ ．Ｍ ｉ ｌ －
面积的 ２ ４％
［ １］
．
０ 世 纪 里 ，北 方 高 纬 度 地 区 年 均 气 在过去的 ２ ４］ 温增加超过了 １ ℃ ［ ． 目前普遍认为 ，气候变暖在 ２ １ 世 纪 仍 将 持 续． 根 据 全 球 气 候 模 型 预 测，至 ２ １ ０ ０ 年地表气温会升高 １． ５－５． ８ ℃ ，甚 至 一 些 模
２期
王娇月等 ：冻融作用对土壤有机碳库及微生物的影响研究进展
［ １ ７］
４ ４ ３
ｌ ｅ ｎ ｄ ｅ ｒ等
采用 Ｓ ＶＡＴ （ Ｓ ｏ ｉ ｌ ｅ ｅ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｍ ｏ ｓ －Ｖ －Ａ － ｇ ） ， 模型 对 瑞 典 欧 洲 赤 松 林 研 究 发 现 ｈ ｅ ｒ ｅ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ －Ｔ ｐ ，地 表 １ 气候变暖会使积雪覆盖减 少 ７ ３～９ ３ｄ ０ｃ ｍ
第３ ３卷 第２期 ２ ０ １ １ 年 ４ 月
冰 川 冻 土
Ｊ ＯＵＲ ＮＡ Ｌ Ｏ Ｆ Ｇ Ｌ Ａ Ｃ Ｉ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ ＡＮ Ｄ Ｇ Ｅ Ｏ Ｃ Ｒ Ｙ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
ｏ ． ２ Ｖ ｏ ｌ ． ３ ３ Ｎ Ａ ｒ ． ２ ０ １ １ ｐ
（ ） 文章编号 ： １ ０ ０ ０ ０ ２ ４ ０ ２ ０ １ １ ０ ２ ０ ４ ４ ２ １ １ － － －
＋ 中图分类号 ：Ｑ ９ ３ ８． １ １
ห้องสมุดไป่ตู้
文献标识码 ：Ａ
］ ６－７ 变暖会 导 致 多 年 冻 土 大 面 积 的 退 化 ［ ．预 测 至
０ 引言
冻土 ，一般是指温度在 ０ ℃ 或 ０ ℃ 以下 ，并含
１］ ， 按土冻结状态保持时间 有冰的各种岩石和土壤 ［
２ ０ ５ ０ 年北半球 大 部 分 的 多 年 冻 土 区 活 动 层 的 厚 度
］ １ ９－２ ０ 统结 构 和 功 能 产 生 影 响 ［ ． 因 此 ，在 全 球 变 暖
２ 冻融作用对土壤理化性质的影响
土壤由固相 、液 相 和 气 相 三 部 分 组 成 ，冻 融 改 变了土壤固相物质的构成 ． 非冻结条件下 ，土壤固 相以矿物成分为主 ，冻 结 条 件 下 ，固 相 则 由 矿 物 和 固态 冰 组 成 ；随 着 土 温 的 变 化 ，水 会 发 生 相 态 转 移 ． 冻融土壤的相变及其伴生现象必然引起土壤理
［ ］ 会增加 ３ ０％ ～４ ０％ ８－９ ． 在 中 国 东 北 寒 区 多 年 冻 ［０］ ；大 、 土南界已显著北移 ，幅度可达 ５ ０～１ ２ ０ｋ ｍ１
的长短可划分为短时 冻 土 、季 节 冻 土 、隔 年 冻 土 和 多年冻土
［ ］ １－２
小兴安岭多年冻土面积由 ２ ０ 世纪 ７ ０ 年 代 的 ３． ９×
３ ２］ 温度和机械 性 质 间 接 影 响 作 物 产 量 ［ ．冻融循环
背景下对土壤冻融作用的系统研究有助于深入探讨 冻土区土壤碳循环过程的变化 ． 本文综述了冻融作 用对土壤理化性质 、土 壤 活 性 有 机 碳 组 分 、土 壤 呼 吸和土壤微生物特性的影响 ，同时指出该领域研究 中存在的问题和今后的发展方向 ．
１ ９］ ， 这主要取决 于 土 壤 自 身 含 水 量 、 化性质的改变 ［
容重和质地等理化性 质 对 冻 融 速 率 、冻 融 温 度 、冻
３ ０］ 融交替次数的响应 ［ ．
２． １ 冻融作用对土壤物理性质的影响 冻融作用对土壤的影响首先表现在改变土壤物 理性状 ． 土壤团聚体是土壤结构的基本单位 ，由土 壤颗粒胶结成粒状或小团块状 ，具有多级孔性和大 小孔隙兼备 特 性 ． 直 径 ＜０． ２ ５ ｍｍ 的 称 为 微 团 聚 ［１］ 体， ０． ２ ５～２ ０ ｍｍ 称 为 团 聚 体 ３ ．土壤团聚体是 土壤 物 理 特 性 的 重 要 指 标 ，通 过 调 节 土 壤 水 、气 、
６ ２
（ 表明该区 ２ 较１ ０ 世纪最后 １ ０ａ １ ９ ９ １－２ ０ ０ ０年） ９ ６ １
３ －１ ９ ７ ０ 年年均气温升高 ０． ９～２． ２ ℃． Ｄ ｕ ｔ ｔ ａ等 １ ［ ］
发现 ，如果西伯利亚 １ ０％ 深层土壤温度升高 ５ ℃ ， 最终会有大约１Ｐ Ｃ 从活性碳库中释放 ，经过４ ０ａ ｇ 大约会有 ４ ０Ｐ Ｃ 释放到大气中 ． 排放到大气中的 ｇ Ｃ Ｏ ２ 会进一步增加温 室 效 应 ，从 而 释 放 更 多 的 土 壤 有机碳 ，加速气候的变暖 ． 北半球陆地表面超过一半地区会经历土壤冻融 １ ４］ 循环作用 ［ ． 随 着 全 球 气 候 的 变 暖 ，高 纬 地 区 土
冻融作用对土壤有机碳库及微生物的影响研究进展
１ １ １ 王娇月１，２， 宋长春 ＊ ， 王宪伟 ， 王丽丽 （ ） １．中国科学院 东北地理与农业生态研究所 ，吉林 长春 １ ３ ０ ０ １ ２； ２．中国科学院 研究生院 ，北京 １ ０ ０ ０ ４ ９
摘 要 ：冻融交替是作用于土壤的 非 生 物 应 力 ，对 土 壤 的 理 化 和 生 物 学 性 质 均 产 生 直 接 或 间 接 影 响 ． 在气候变暖条件下 ，冻融作用对冻土区土壤碳库关键生物地球化学循 环 过 程 的 影 响 已 成 为 当 前 研 究 的 热点 ． 经过室内冻融模拟结合野外观测 ，大量研 究 结 果 表 明 不 同 冻 融 温 度 、速 率 、次 数 对 土 壤 有 机 碳 和微生物的影响不同 ． 冻融作用能改变土壤理化性 质 ，降 低 土 壤 团 聚 体 稳 定 性 和 土 壤 容 重 ，增 加 营 养 元素释放 ． 冻融作用对活性有机碳影响较显著 ，可加 剧 可 溶 性 有 机 碳 的 流 失 ，抑 制 土 壤 微 生 物 量 碳 的 产生 ；此外 ，冻融作用能改变土壤微生物的生理活性和群落结构 ，使微生物的数量降低 ，细胞破裂 ，释 放碳氮营养物质以供存活的微生物利用 ． 以往研究主要集中在冻 融 作 用 对 土 壤 活 性 有 机 碳 、土 壤 微 生 物群落等单方面过程 ，缺乏对土壤酶活性及其与土 壤 碳 组 分 相 结 合 的 生 物 过 程 研 究 ．在 综 述 冻 融 作 用 对土壤活性有机碳 、土壤呼吸和土壤微生物特性影 响 的 基 础 上 ，提 出 未 来 的 研 究 应 集 中 于 全 球 变 化 与 冻融的联系 ，冻融作用下土壤碳释放的机理以及对生态系统的影响等方面 ． ；微生物量碳 （ ；微生物 关键词 ：冻土 ；冻融作用 ；可溶性有机碳 （ Ｄ Ｏ Ｃ） ＭＢ Ｃ）
；修订日期 ： ２ ０ １ ０ １ ０ ０ ６ ２ ０ １ ０ １ ２ ２ ３ 收稿日期 ： － － － － ） ；国家重点基础研究发展计划 （ ） ；中国科学院重要方向 项目 （ ４ ０ ９ ３ ０ ５ ２ ７ ９ ７ ３ 计划 ） ２ ０ ０ ９ Ｃ Ｂ ４ ２ １ １ ０ ３ 基金项目 ：国家自然科学重点基金项目 （ ） 性项目 （ 资助 Ｋ Ｚ Ｃ Ｘ ２ Ｊ Ｃ ３ ０ １ －ＹＷ－ ，女 ，满族 ，辽宁铁岭人 ， １ ９ ８ ５－ ） ２ ０ ０ ４ 年毕业于辽宁大学 ，目前为博士研究生 ，目前主要从事 湿 地 环 境 变 化 与 物 质 作者简介 ：王娇月 （ ： 循环研究 ． Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｉ ａ ｏ ｕ ｅ ｗ＠ｙ ａ ｈ ｏ ｏ ． ｃ ｎ ｊ ｙ ： Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｓ ｏ ｎ ｃ ｃ ｅ ｉ ａ ｅ ． ａ ｃ ． ｃ ｎ ＊ 通讯作者 ：宋长春 ， ＠ｎ ｇ ｇ
５ ２ ５ ２ ，总面积减少了 减少到目前的 ２． １ ０ ｋ ｍ ６×１ ０ ｋ ｍ ［１－１ ］ ２ ；东北 寒 区 ３ 约３ ５％ １ ３个气象台站统计资料
． 多年冻土 是 指 土 层 冻 结 连 续 超 过 ２
［］ ａ３ ，其主要集中在北半球 ，具有明显的纬度和垂直
地带性规律 ． 我 国 多 年 冻 土 主 要 分 布 在 青 藏 高 原 、 东北 大 、小 兴 安 岭 和 松 嫩 平 原 北 部 ，及 西 部 高 山 区 ，并零星分布于季节冻土区内的一些高山上 ． 其 中多年冻土区 面 积 ２． １ ５×１ ０ｋ ｍ ，占 我 国 国 土 总
在日冻融循环现象 ． 目前对冻融循环的研究主要集 中在 苔 原 、 森 林 、 草 原 、 湿 地 、 农 田 和 冻 土 等 领
］ ２ ２， ２ ６－２ ９ 域［ ．
处温度平均增加 ０． ９～１． ５ ℃ ，春 季 变 暖 提 前 １ ５～ ［ １ ８］ ，冻融循环次数 增 加 ３ １ ９ｄ １～３ ８％ ；Ｈ ｅ ｎ ｒ ｙ 对加 拿大 ３ １ 个气象站 ４ ０ａ的气候和土壤温度数 据 分 析 也发现类似现象 ． 土壤理化性质 、土壤微生物及土壤碳组分间存 在密切 联 系 ． 土 壤 理 化 性 质 ，例 如 ，团 聚 体 稳 定 性 、孔隙度和容重大小 、土壤质地 、 Ｈ 值和氧化还 ｐ 原电位等影响土壤植物和微生物对活性碳组分的利 用 ． 土壤活性碳组分的一部分来自土壤中植物和微 生物的分泌物及其残体 ，土壤有机碳的矿化又受土 壤微生物和土壤酶的制约 ． 冻融使土壤经历一系列 物理 、化学和生物变 化 过 程 ，冻 融 作 用 对 土 壤 的 影 响主要表现为 ：改变 土 壤 结 构 、含 水 量 分 布 和 水 热 运动 ，影响微生物活性和以微生物为媒介的有机质 矿化作用 ，进而影响 到 温 室 气 体 的 排 放 ，改 变 土 壤 元素的生物地球化学循环过程 ，从而对土壤生态系
［ ２ １］
目前 ，冻融过程对团聚体稳定性的影响说法不 一 ． 有人认为冻融会降低团聚体的稳定性 ，而另一
］ ［４］ ３ ４－３ ５ 些学者则 认 为 会 增 加 ［ 对不同 ．Ｌ ｅ ｈ ｒ ｓ ｃ ｈ等３
质地的土壤研究结果表明 ，冻融作用能降低压实土 壤团聚体的稳定性 ，却增加野外表层团聚体的稳定
［ １］
，即便 冻 结 温 度 在 很 大 范 围 波 动 （ 水量 ） －５，－１ ５ 和 －２ 也可增强 团 聚 体 稳 定 性 ；相 同 冻 结 温 度 ２ ℃） 下 ，接近饱和的含水 量 对 团 聚 体 破 碎 能 力 最 强 ；相 同含水量下 ，团聚体稳定性与冻结温度呈非线性关
］ ３ ５－３ ６ ，冻 融 循 环 能 降 低 团 聚 性 ． 更 多 的 研 究 表 明［
，它作为一种自然
］ ２ ２－２ ３ 现象普遍存在于中 、高 纬 度 以 及 高 海 拔 地 区 ［ ．
体的稳定性 ，导致团 聚 体 的 破 碎 化 ，冻 结 对 大 团 聚 体的破坏程度大于小团聚体 ． 土壤冻融作用的本质 是土体内水分体积变化引起的土壤特性的变化 ，所 以冻 融 对 团 聚 体 的 影 响 与 含 水 量 有 密 切 联
能够破坏土壤结构 ，影 响 团 聚 体 稳 定 性 ，释 放 包 裹 的营养元素为微生物利用 ，其破坏程度主要与土壤 类型 、有机 质 含 量 、含 水 量 、最 初 团 聚 体 的 大 小 、
］ ３ ２－３ ３ 冻结温度及冻融循环次数等因素有关 ［ ．
１ 冻融过程的特征和本质
冻融是指土层由于温度降到 ０ ℃ 以下和升至 ０ ℃ 以上而产生冻结和融化的一种物理地质作用和现 象 ． 土壤的 冻 结 和 融 化 实 质 是 土 壤 水 的 冻 结 和 融 化 ，即水分 的 相 态 变 化 过 程
［３］ ２ ２， ３ ４， ３ ６］ 认为 ，适宜含水量时 （ 田间持 系［ ． 王风等 ３
在我国多年冻土区 ，冻结从地面自上而下和最大融 化层深处自下而上双向开始 ，在 １ ０ 月下旬至 １ １月 下旬间 （ 有时从 １ 季节融化层可 ２月至 翌 年 ２ 月 中） 全部冻透 ；融化从地 表 开 始 自 上 而 下 单 向 进 行 ，至 ９ 月下旬达到最大 融 深 ；而 季 节 冻 土 区 冻 结 和 融 化 的方向与此相反 ． 土壤温度日最大值小于 ０ ℃ 表 ； 明土壤完全冻结 （ 除盐分等对土壤冻结点的影响）
］ １ ５－１ ６ 壤积雪和 冻 融 环 境 等 都 可 能 发 生 变 化 ［ ．Ｍ ｉ ｌ －
面积的 ２ ４％
［ １］
．
０ 世 纪 里 ，北 方 高 纬 度 地 区 年 均 气 在过去的 ２ ４］ 温增加超过了 １ ℃ ［ ． 目前普遍认为 ，气候变暖在 ２ １ 世 纪 仍 将 持 续． 根 据 全 球 气 候 模 型 预 测，至 ２ １ ０ ０ 年地表气温会升高 １． ５－５． ８ ℃ ，甚 至 一 些 模
２期
王娇月等 ：冻融作用对土壤有机碳库及微生物的影响研究进展
［ １ ７］
４ ４ ３
ｌ ｅ ｎ ｄ ｅ ｒ等
采用 Ｓ ＶＡＴ （ Ｓ ｏ ｉ ｌ ｅ ｅ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｍ ｏ ｓ －Ｖ －Ａ － ｇ ） ， 模型 对 瑞 典 欧 洲 赤 松 林 研 究 发 现 ｈ ｅ ｒ ｅ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ －Ｔ ｐ ，地 表 １ 气候变暖会使积雪覆盖减 少 ７ ３～９ ３ｄ ０ｃ ｍ
第３ ３卷 第２期 ２ ０ １ １ 年 ４ 月
冰 川 冻 土
Ｊ ＯＵＲ ＮＡ Ｌ Ｏ Ｆ Ｇ Ｌ Ａ Ｃ Ｉ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ ＡＮ Ｄ Ｇ Ｅ Ｏ Ｃ Ｒ Ｙ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
ｏ ． ２ Ｖ ｏ ｌ ． ３ ３ Ｎ Ａ ｒ ． ２ ０ １ １ ｐ
（ ） 文章编号 ： １ ０ ０ ０ ０ ２ ４ ０ ２ ０ １ １ ０ ２ ０ ４ ４ ２ １ １ － － －
＋ 中图分类号 ：Ｑ ９ ３ ８． １ １
ห้องสมุดไป่ตู้
文献标识码 ：Ａ
］ ６－７ 变暖会 导 致 多 年 冻 土 大 面 积 的 退 化 ［ ．预 测 至
０ 引言
冻土 ，一般是指温度在 ０ ℃ 或 ０ ℃ 以下 ，并含
１］ ， 按土冻结状态保持时间 有冰的各种岩石和土壤 ［
２ ０ ５ ０ 年北半球 大 部 分 的 多 年 冻 土 区 活 动 层 的 厚 度
］ １ ９－２ ０ 统结 构 和 功 能 产 生 影 响 ［ ． 因 此 ，在 全 球 变 暖
２ 冻融作用对土壤理化性质的影响
土壤由固相 、液 相 和 气 相 三 部 分 组 成 ，冻 融 改 变了土壤固相物质的构成 ． 非冻结条件下 ，土壤固 相以矿物成分为主 ，冻 结 条 件 下 ，固 相 则 由 矿 物 和 固态 冰 组 成 ；随 着 土 温 的 变 化 ，水 会 发 生 相 态 转 移 ． 冻融土壤的相变及其伴生现象必然引起土壤理
［ ］ 会增加 ３ ０％ ～４ ０％ ８－９ ． 在 中 国 东 北 寒 区 多 年 冻 ［０］ ；大 、 土南界已显著北移 ，幅度可达 ５ ０～１ ２ ０ｋ ｍ１
的长短可划分为短时 冻 土 、季 节 冻 土 、隔 年 冻 土 和 多年冻土
［ ］ １－２
小兴安岭多年冻土面积由 ２ ０ 世纪 ７ ０ 年 代 的 ３． ９×
３ ２］ 温度和机械 性 质 间 接 影 响 作 物 产 量 ［ ．冻融循环
背景下对土壤冻融作用的系统研究有助于深入探讨 冻土区土壤碳循环过程的变化 ． 本文综述了冻融作 用对土壤理化性质 、土 壤 活 性 有 机 碳 组 分 、土 壤 呼 吸和土壤微生物特性的影响 ，同时指出该领域研究 中存在的问题和今后的发展方向 ．
１ ９］ ， 这主要取决 于 土 壤 自 身 含 水 量 、 化性质的改变 ［
容重和质地等理化性 质 对 冻 融 速 率 、冻 融 温 度 、冻
３ ０］ 融交替次数的响应 ［ ．
２． １ 冻融作用对土壤物理性质的影响 冻融作用对土壤的影响首先表现在改变土壤物 理性状 ． 土壤团聚体是土壤结构的基本单位 ，由土 壤颗粒胶结成粒状或小团块状 ，具有多级孔性和大 小孔隙兼备 特 性 ． 直 径 ＜０． ２ ５ ｍｍ 的 称 为 微 团 聚 ［１］ 体， ０． ２ ５～２ ０ ｍｍ 称 为 团 聚 体 ３ ．土壤团聚体是 土壤 物 理 特 性 的 重 要 指 标 ，通 过 调 节 土 壤 水 、气 、
６ ２
（ 表明该区 ２ 较１ ０ 世纪最后 １ ０ａ １ ９ ９ １－２ ０ ０ ０年） ９ ６ １
３ －１ ９ ７ ０ 年年均气温升高 ０． ９～２． ２ ℃． Ｄ ｕ ｔ ｔ ａ等 １ ［ ］
发现 ，如果西伯利亚 １ ０％ 深层土壤温度升高 ５ ℃ ， 最终会有大约１Ｐ Ｃ 从活性碳库中释放 ，经过４ ０ａ ｇ 大约会有 ４ ０Ｐ Ｃ 释放到大气中 ． 排放到大气中的 ｇ Ｃ Ｏ ２ 会进一步增加温 室 效 应 ，从 而 释 放 更 多 的 土 壤 有机碳 ，加速气候的变暖 ． 北半球陆地表面超过一半地区会经历土壤冻融 １ ４］ 循环作用 ［ ． 随 着 全 球 气 候 的 变 暖 ，高 纬 地 区 土
冻融作用对土壤有机碳库及微生物的影响研究进展
１ １ １ 王娇月１，２， 宋长春 ＊ ， 王宪伟 ， 王丽丽 （ ） １．中国科学院 东北地理与农业生态研究所 ，吉林 长春 １ ３ ０ ０ １ ２； ２．中国科学院 研究生院 ，北京 １ ０ ０ ０ ４ ９
摘 要 ：冻融交替是作用于土壤的 非 生 物 应 力 ，对 土 壤 的 理 化 和 生 物 学 性 质 均 产 生 直 接 或 间 接 影 响 ． 在气候变暖条件下 ，冻融作用对冻土区土壤碳库关键生物地球化学循 环 过 程 的 影 响 已 成 为 当 前 研 究 的 热点 ． 经过室内冻融模拟结合野外观测 ，大量研 究 结 果 表 明 不 同 冻 融 温 度 、速 率 、次 数 对 土 壤 有 机 碳 和微生物的影响不同 ． 冻融作用能改变土壤理化性 质 ，降 低 土 壤 团 聚 体 稳 定 性 和 土 壤 容 重 ，增 加 营 养 元素释放 ． 冻融作用对活性有机碳影响较显著 ，可加 剧 可 溶 性 有 机 碳 的 流 失 ，抑 制 土 壤 微 生 物 量 碳 的 产生 ；此外 ，冻融作用能改变土壤微生物的生理活性和群落结构 ，使微生物的数量降低 ，细胞破裂 ，释 放碳氮营养物质以供存活的微生物利用 ． 以往研究主要集中在冻 融 作 用 对 土 壤 活 性 有 机 碳 、土 壤 微 生 物群落等单方面过程 ，缺乏对土壤酶活性及其与土 壤 碳 组 分 相 结 合 的 生 物 过 程 研 究 ．在 综 述 冻 融 作 用 对土壤活性有机碳 、土壤呼吸和土壤微生物特性影 响 的 基 础 上 ，提 出 未 来 的 研 究 应 集 中 于 全 球 变 化 与 冻融的联系 ，冻融作用下土壤碳释放的机理以及对生态系统的影响等方面 ． ；微生物量碳 （ ；微生物 关键词 ：冻土 ；冻融作用 ；可溶性有机碳 （ Ｄ Ｏ Ｃ） ＭＢ Ｃ）