季节性冻融与深松整地是对东北黑土区土壤结构与性质影响最强烈、影响范围最深的自然和人为因素,本文以典型黑土区耕作土壤为研究对象,采用田间模拟机械压实、深松整地与自然季节性冻融过程相结合的方法,通过连续两年对0～80cm土层范围内土壤容重、孔隙度等结构指标和土壤微团聚体组成、分形维数(D)及分散系数等特征指标的测定与分析,同时结合不同处理条件下土壤季节性冻融特征及温湿度的定点观测数据,研究了季节性冻融循环和深松整地作业在对机械压实土壤的影响程度和空间范围,同时探讨了黑土区耕地土壤季节性冻融特征对机械压实和深松整地的响应规律,研究结果可为压实黑土的恢复提供理论基础。主要研究结果如下:(1)机械压实能够影响0～80cm土层范围内土壤结构与微团聚体特征。在土壤表层(0～20cm),机械压实显著增加土壤容重,土壤孔隙度和广义土壤结构指数随压实次数的增加而降低,12次压实处理后土壤饱和度达0.95,土壤质量比表面积、分形维数和分散系数显著高于对照,土壤微团聚体稳定性降低;在土壤亚表层(20～40cm)范围内,机械压实显著降低土壤孔隙度,但与压实次数无关,同样多次积累压实导致微团聚体稳定性显著降低;对下层土壤(40～80cm)而言,12次压实处理后土壤总孔隙度降低22.27%,土壤饱和度、广义土壤结构指数均表现出明显的积累压实效应,即使少次压实也显著降低该层土壤微团聚体稳定性。(2)对于不同压实程度的农田黑土而言,土壤温度的日变化幅度和年变化幅度随土壤深度的增加而逐渐减小,月平均气温与5cm、15cm、30cm、60cm、100cm深度土壤月平均温度的相关系数分别为0.994、0.988、0.956、0.852和0.650,反应了气温对土壤温度的重要影响,且随深度的增加影响减弱。东北黑土区在11月进入冻结期,机械压实增加土壤的冻结速率和最大冻深,无压实、3次、6次和12次压实土壤在冻结开始一个月内的冻结速率分别为0.95、1.12、1.11和1.15cm/d,压实土壤最大冻深增加了10cm,且这种影响持续2年以上,但差异在第2年减小;3月末表层土壤开始解冻,热量由上往下传输,但由于下层土壤温度变化的滞后性,冻深仍在增加,后进入由上往下和由下往上双向解冻过程,压实土壤的解冻速率增加,完全解冻所需时间提前,且此时第2年的差异大于第1年。压实增加表层5cm和15cm土壤温度的日波动幅度,温度日较差变大,使下层60cm土壤的冻结时间提前了3天;而机械压实后30cm和60cm深度土壤解冻时间比无压实土壤提前10天左右,完全解冻后0～60cm土层范围内土壤含水量均小于无压实土壤。(3)季节性冻融主要降低无压实土壤毛管孔隙度,降低3次压实时下层(40～80cm)广义土壤结构指数,对无压实和3次压实土壤结构有一定的破坏作用,但两季冻融均显著增加了12次压实时土壤毛管和非毛管孔隙度,且冻融结束后,土壤孔隙分布情况明显好于无压实和3次压实土壤,同时增加了广义土壤结构指数,促进了压实土壤的恢复;两季冻融结束后,3次压实土壤微团聚体D值和分散系数均高于对照,尽管12次压实土壤分散系数同样高于对照,但土壤微团聚体D值与对照相比无显著差异,总体表现为季节性冻融加剧少次压实土壤微团聚体的破坏,降低其稳定性,而对多次压实土壤微团聚体的组成及稳定性有一定的恢复作用。(4)深松整地有利于增加最大积雪深度,降低土壤的冻结速率和解冻速率,深松整地后土壤最大冻深变浅,解冻完成时间提前。对于无压实土壤,15cm和35cm整地后冻深变浅,但不同深度整地间的差异较小;对于3次压实土壤,尽管15cm整地对冻深的影响较小,但恢复至无压实状态;而6次和12次压实土壤,最大冻深随整地深度的增加而变浅,特别是35cm深度整地后,最大冻深分别变化了38.5cm和29cm,且这种影响持续2年以上,但差异减小。12次压实土壤经深松整地后表层5cm处土壤温度日波动幅度变小,冻结期和解冻期的波动变化均处于压实不整地土壤和无压实土壤之间,说明深松整地措施确实能缓解机械压实引起的温度波动变化。冻结开始时,深松整地土壤温度下降缓慢,30cm处土壤温度增加,冻结发生时间比压实不整地土壤和无压实土壤滞后了3～4天;同样,在解冻开始时,深松整地土壤温度上升缓慢,解冻开始时间延后,且解冻时温度变化曲线基本与无压实土壤吻合,可以说完全恢复了由压实引起的土壤温度变化。(5)深松整地措施能够对土壤容重和孔隙度产生直接影响,从而影响土壤微团聚体的组成和稳定性,且深松整地的影响持续2年以上。越冬前进行15cm和35cm深度的整地在1年内均显著降低无压实土壤容重,增加了土壤的非毛管孔隙度,2年后表层(0～20cm)土壤容重仍显著降低;深松整地降低3次压实土壤表层(0～20cm)毛管孔隙度,但增加了亚表层(20～40cm)和下层(40～80cm)土壤总孔隙度;15cm和35cm深度整地在2年内均显著降低12次压实处理表层(0～20cm)土壤容重,不同程度增加0～80cm土层范围土壤孔隙度,且土壤孔隙度随整地深度的增加而增加。同时,对于无压实和少次压实土壤,深松整地1年内微团聚体稳定性显著降低,整地的积极影响在第2年才表现出来,且15cm深度整地主要影响0～40cm耕作层土壤,35cm深度整地则显著增加下层(40～80cm)土壤微团聚体的稳定性;而对于12次压实土壤,微团聚的稳定性在所研究土层范围内(0～80cm)均随整地深度的增加而增加。