【摘 要】
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位于中国北部边疆的内蒙古自治区,经纬度跨度大,自治区冬季漫长而寒冷,多数地区冷季长达5个月到半年之久。冻融交替是影响区内农田土壤团聚体形成和稳定性的重要因素之一。冻融交替造成土壤团聚体破碎的同时增加了二氧化碳（CO2）的排放量;生物炭的输入会改变土壤团聚体组成及有机碳的分布特征,对土壤固碳减排具有重要的影响。然而,人们对冻融条件下土壤CO2排放对生物炭施用的响应机制尚不清楚。本文研究通过室内模拟试
【基金项目】
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内蒙古自治区科技计划项目（2020GG0038）； “科技兴蒙”行动重点专项课题（KJXM-EEDS-2020010-02）； 国家自然科学基金项目（4190071187）； 内蒙古自治区自然科学基金项目（2019BS04005）；
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位于中国北部边疆的内蒙古自治区,经纬度跨度大,自治区冬季漫长而寒冷,多数地区冷季长达5个月到半年之久。冻融交替是影响区内农田土壤团聚体形成和稳定性的重要因素之一。冻融交替造成土壤团聚体破碎的同时增加了二氧化碳（CO2）的排放量;生物炭的输入会改变土壤团聚体组成及有机碳的分布特征,对土壤固碳减排具有重要的影响。然而,人们对冻融条件下土壤CO2排放对生物炭施用的响应机制尚不清楚。本文研究通过室内模拟试验研究了不同冻结温度下生物炭输入对土壤CO2排放、团聚体组成及稳定性、团聚体有机碳分布特征的影响,并利用δ13C示踪技术明确生物炭来源碳土壤CO2排放中的比例及其在土壤团聚体中的分配特征,阐明冻融条件下生物炭输入农田土壤团聚体固碳的作用及机理。研究取得的主要结果如下:（1）低温冻结作用增加了土壤CO2的排放速率,具体表现为高幅冻融作用（HF）＞低幅冻融作用（LF）＞恒温对照处理（CK）;同时随着冻融循环次数的增加,CO2排放速率呈现先增加后降低的趋势。添加生物炭可降低因低温冻融造成的土壤CO2累积排放量的增加幅度,HF处理CO2累积排放量显著高于LF处理16.7%,而添加生物炭高幅冻融（BHF）的处理仅比添加生物炭低幅冻融（BLF）处理高8.6%。其中在冻融条件下生物炭输入后,土壤CO2排放中生物炭来源碳约占34.3%。（2）低温冻融作用显著减少了0.25～2 mm粒级水稳性团聚体含量,同时随着冻融强度的增加,该粒径水稳性团聚体的降低幅度也在增加,最多降低约34.5%;0.053～0.25 mm和＜0.053 mm粒级水稳性团聚体含量则表现为显著增加趋势;生物炭的输入可显著增加大团聚体含量,低温条件下生物炭可显著减少4.11%～7.74%的大团聚体破碎。（3）低温冻融作用下土壤平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）及水稳性团聚体(WR0.25)分别较恒温处理显著降低了18.5%～25.5%、20.9%～26.3%及23.9%～34.1%;生物炭输入显著增加了土壤团聚体MWD、GMD和WR0.25,土壤团聚体稳定性得到加强;在冻融作用下相比于未添加生物炭处理,添加生物炭处理的三项稳定性指标显著提高6.98%～16.54%。（4）低温冻结导致0.25～2 mm粒级水稳性团聚体有机碳含量显著降低,0.053～0.25 mm与＜0.053 mm粒级水稳性团聚体有机碳含量显著增加;生物炭的输入均可显著增加各粒径土壤有机碳含量,且0.25～2 mm粒级有机碳含量的提升效果最为显著。同时冻融条件下添加生物炭可改变有机碳在土壤水稳性团聚体中的分配,与对照组相比,冻融作用下添加生物炭后显著增加了0.25～2 mm水稳性团聚体中有机碳的分配。（5）生物炭输入土壤后主要富集在0.25～2 mm粒级团聚体内,生物炭分配比例在50%左右,其次是0.053～0.25 mm与＜0.053 mm;冻融作用使得0.25～2 mm粒级土壤中的生物炭进入更小粒级土壤中,0.053～0.25 mm土壤的生物炭分配比例显著增加。综上所述,低温冻融作用造成土壤稳定性下降,团聚体结构被破碎,增加土壤有机碳含量从而引起冻融期土壤CO2排放速率增加;而生物炭输入后主要富集在大团聚体中,能够增加大团聚体中有机碳的分配,不仅提高了土壤团聚体的稳定性,同时对土壤原有有机碳起到一定的保护作用。因此在冻融期间生物炭输入能够起到一定的固碳减排作用。
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