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土地利用方式的改变对陆地生态系统产生了长期影响，所引发的土壤碳库变化及大气-土壤系统碳循环与碳收支平衡问题日益成为全球变化科学研究中的前沿和热点问题。土壤碳库动态平衡决定土壤生态系统的源/汇功能，其消长变化一方面影响土壤肥力，另一方面强烈影响大气CO2浓度的变化。本文基于区域尺度黑土生态系统长期定位试验，研究土地利用变化及不同施肥管理措施对土壤及其物理性组分有机碳的分布规律和消长动态以及大气-植物-土壤系统碳截存和碳排放规律，揭示有机碳的物理性保护机制及大气-植物-土壤系统的碳收支平衡，为阐明黑土有机质的肥力特性和环境行为提供理论依据。
黑土有机碳含量与碳库储量受到土地利用变化与长期施肥管理显著影响。有机碳含量表层最高而且变化较大，向下逐渐降低且变化较小。草地0-20cm土层土壤有机碳含量比裸地和无肥分别高出20.6％和16.4％，在剖面下层土壤有机碳分异较大。化肥有机肥配施土壤有机碳含量比无肥和化肥分别高出25.4％和15.5％，在160-200cm土层差异不明显。有机碳密度随着剖面的下移逐渐降低，0-100cm土体有机碳储量的变化趋势是NPM>GL>NP>NF>BL，与0-20cm土层有机碳含量及有机碳储量呈极显著正相关，表明土壤表层有机碳库对0-100cm土壤有机碳密度及储量具有决定作用。
游离态轻组和重组有机碳和氮含量与土壤总有机碳和全氮呈显著或极显著正相关，重组有机碳、氮占土壤总碳、总氮的平均比例分别为94.4％和95.4％，重组有机碳对黑土碳库的稳定和土壤碳固持具有重要作用；土壤总有机碳与松结态胡敏酸碳(LHA)及总胡敏酸碳(THA)呈显著正相关THA/TFA比值的变化范围为1.13-2.29，草地和化肥+有机肥处理HA/FA比值明显高于其它处理，表明植被自然恢复和有机培肥等管理措施显著提高土壤肥力。
0-20cm土层水稳性团聚体(WSA>0.25mm)质量分数以如下顺序递减：GL>BL>NPM>NP>NF，WSA>0.25mm有机碳含量与土壤总有机碳含量呈极显著正相关。WSA>2mm有机碳含量与土壤总有机碳含量呈显著正相关，WSA>2mm对草地和化肥和有机肥处理土壤团聚体的稳定性具有重要作用。平均重量直径与土壤总有机碳含量的相关性也达到显著水平。WSA0.25-2mm重组有机碳占其组分总碳的比例为94-99％，对黑土团聚体与碳库的稳定性具有重要意义，草地Coarse POM-C总量和Fine POM-C总量均高于裸地和无肥处理，表明自然植被恢复不仅增加Coarse POM-C，同时也提高了Fine POM-C含量。农田施用化肥和有机肥并不能显著提高Fine POM-C含量，但可以明显增加.Coarse POM-C含量。物理性保护颗粒有机碳(Coarse POM-C与FinePOM-C之和)占土壤总碳的比例为10.1-18.6％，平均15.1％。土壤总碳与粗颗粒碳、颗粒有机碳总量呈极显著正相关。上述结果表明自然植被恢复和增施有机肥在提高了土壤碳库储量的同时，也增强对土壤不同组分有机碳的物理性保护。
土地利用变化与长期施肥管理强烈影响土壤碳损失。草地(GL)土壤呼吸速率在生长季波动较大，而裸地(BL)的呼吸速率变化较小。农田无肥、化肥和化肥加有机肥处理土壤CO2排放速率随着玉米的生长发育而增加，大小顺序为CKGL>NPK>CK>BL。在玉米整个生育期，农田3个处理根际土壤累积碳排放量分别占总排放量的67％、74％和80％。累积碳排放总量与0-20cm土壤有机碳密度和有机碳含量呈显著正相关。草地与农田生态系统是大气碳库的净“汇”，而裸地是大气碳库的净“源”。农田不同施肥处理土壤有机碳含量呈下降趋势，但增加有机肥的投入可提高土壤有机碳的含量，达到新的碳平衡。