黑土是我国珍贵的耕地资源，被誉为“耕地中的大熊猫”。我国东北黑土区经历长达半年的季节性冻融循环，冻融扰动会破坏土壤团聚体、释放活性有机碳与养分，深刻影响农田土壤碳动态与碳循环平衡。施肥可通过改变土壤理化性质与微生物活动影响土壤有机质（SOM）含量与稳定特征；冻融过程则通过扰动土壤结构与养分有效性，影响微生物介导的SOM稳定性。然而，现有研究多分析施肥或冻融单因子效应，缺乏长期施肥背景下冻融对土壤有机质稳定性的耦合机制解析，制约对寒区农田土壤碳汇能力与碳循环过程的准确预测。

针对以上科学问题，研究团队依托黑龙江海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站长期施肥定位试验平台，探讨了长期（26年）的化肥施用与季节性冻融过程对东北典型黑土（Mollisols）中颗粒态有机质（POM）及矿物结合态有机质（MAOM）稳定性的影响。研究发现，冻融显著降低POM的难分解性与热稳定性，高量化肥施用（HMF）条件下该效应最强。长期化肥施用下POM和MAOM碳含量的不均衡积累（增幅分别为15%和9.1%）是降低土壤有机质稳定性的核心原因。从机制上看，施肥导致的土壤酸化以及有效磷含量升高，加之冻融引起的真菌-细菌比例上升、土壤资源与微生物需求之间的化学计量失衡，共同加速了冻融期间难降解POM化合物的分解（图1）。此外，与玉米-大豆轮作相比，长期玉米连作进一步放大了冻融对POM稳定性的负面效应，这主要归因于连作导致的芳香族化合物降低和非芳香族化合物增加，使得POM的化学结构更易受冻融物理破坏和微生物分解的影响。相比之下，MAOM不受冻融作用的显著影响，性质稳定。总之，研究结果表明，长期施用化肥削弱POM的稳定性，增加了SOM对季节性冻融扰动的敏感性，揭示了长期施肥与冻融交互作用下寒区农田土壤碳库的动态特征，为评估施肥管理措施下的土壤碳固存潜力提供了关键科学依据。

图1 季节性冻融循环后长期矿物施肥土壤有机质稳定性变化的概念示意图

研究成果以“Freeze-thaw-induced destabilization of organic matter in Mollisols after decadal mineral fertilization”为题，在线发表于土壤学领域国际顶级学术期刊《Soil Biology and Biochemistry》。论文第一作者为中国科学院东北地理与农业生态研究所在读博士生王丹丹，通讯作者为李禄军研究员，合作者包括东北地理所张志明项目高级工程师，何朋、戴闪闪特别研究助理，台州学院刘明慧副教授，浙江大学罗煜副教授，宁波大学葛体达研究员，俄罗斯天狼星科技大学Ekaterina Filimonenko博士，德国哥廷根大学Yakov Kuzyakov教授，以及美国加利福尼亚大学戴维斯分校William R. Horwath教授。东北地理所为本论文第一单位和通讯单位。本项研究受国家自然科学基金（42277350、U23A6001）、中国科学院国际大科学计划培育专项项目（131323KYSB20210004）和吉林省自然科学基金（YDZJ202601ZYTS252）等项目的共同资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2026.110252