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土壤结构是土壤肥力的基础，因此，改善土壤结构是实现土壤科学管理和农业可持续发展的关键。砂姜黑土富含粘粒，粘土矿物以膨胀性2∶1型蒙脱石为主，具有强烈的膨胀收缩性能，干时坚硬，湿时粘闭，属于变性土。由于砂姜黑土的不良土壤性状，导致土壤结构性差，难耕难耙，适耕期短。砂姜黑土主要分布在中国的黄淮海平原，总面积达400多万公顷，同时它也是中国重要的粮食生产基地之一。土壤团聚体稳定性是评价土壤结构的重要指标。提高土壤团聚体稳定性有利于改善土壤结构。基于此，研究了不同有机物料、微生物群落和干湿交替对砂姜黑土土壤团聚体形成机制的影响，同时阐明了有机物料腐解过程中团聚体周转与有机碳累积的耦合关系。主要研究结果如下:
(1)为了研究不同来源的微生物群落和不同类型的有机物料对砂姜黑土土壤团聚体形成的影响，试验共设置了9个处理:1）对照;2）添加真菌抑制剂;3）添加细菌抑制剂;4）添加秸秆;5）添加秸秆+真菌抑制剂;6）添加秸秆+细菌抑制剂;7）添加生物质炭;8）添加生物质炭+真菌抑制剂;9）添加生物质炭+细菌抑制剂。所添加的有机物料为玉米秸秆和玉米生物质炭。与对照处理相比，添加秸秆显著提高了土壤呼吸强度，微生物生物量碳(MBC)和磷脂脂肪酸(PLFA)，从而促进了土壤团聚体的形成(P＜0.05）。添加生物质炭对土壤微生物活性和团聚体的形成没有显著影响(P＞0.05），这与生物质炭本身的惰性有关。添加真菌抑制剂显著降低了大团聚体的数量，而添加细菌抑制剂为真菌的生长提供了较弱的竞争环境，从而促进了团聚体的形成(P＜0.05)。这一结果同时表明真菌在团聚体形成过程中起着非常重要的作用。团聚体平均重量直径(MWD)和磷脂脂肪酸(PLFA)的正相关关系表明:相比较细菌(r=0.453)而言，团聚体的形成与真菌(r=0.926)的关系更密切。总之，秸秆还田是一项通过提高真菌丰度来改善砂姜黑土土壤结构的有效措施。
(2)为了探究干湿交替条件下不同类型有机物料对砂姜黑土团聚体形成的影响以及外源碳在土壤不同团聚体中的分配特征，试验设置了两个干湿交替强度（恒湿和干湿交替）和选择了两种类型的外源有机物料（玉米秸秆和玉米秸秆生物质炭）。相比较恒湿条件下添加或不添加外源性有机物料，干湿交替处理显著促进了团聚体的形成(MWD)，但是降低了微生物生物量碳(MBC)(P＜0.05)。13C自然丰度值表明，与秸秆生物质碳相比而言，秸秆C在团聚体形成过程中起到了很强的胶结作用(P＜0.05）。干湿交替配合添加秸秆的处理促使外源性有机碳向大团聚体中转移。然而，干湿交替配合添加生物质炭的处理促使外源碳向微团聚体和粉粘粒团聚体中转移。我们的研究结果表明，干湿交替配合添加秸秆有利于提高砂姜黑土团聚体的形成以及外源C的固定，但是这一过程主要取决于有机物料的类型。
(3)利用稀土氧化物（REO）和13C自然丰度双向示踪的方法，探讨不同C/N有机物料腐解过程中团聚体周转路径和有机碳周转的耦合关系。试验选取了两种不同C/N有机物料（玉米秸秆C/N为32，芒草秸秆C/N为220）和两个施氮水平（0kg N ha-1，200kg N ha-1）。玉米秸秆分解速率明显高于芒草秸秆，氮肥配施能够进一步促进还田秸秆的分解。相比芒草秸秆，添加玉米秸秆显著增加水稳性团聚体数量。尽管玉米秸秆配施氮肥增加了土壤累积呼吸量，但是这并没有导致在整个培养期结束时水稳性团聚体数量的增加。氮肥施用加快了芒草秸秆分解速率，同时也增加了水稳性团聚体的数量。根据稀土元素示踪技术，不同质量的秸秆配施氮肥导致团聚体破碎与形成的进程存在明显差异。相比芒草秸秆，玉米秸秆使大团聚体向小团聚体的破碎进程更加缓慢，而小团聚体形成大团聚体的速率更加快速。玉米秸秆与氮肥配施并没有显著影响团聚体的周转时间，而芒草秸秆与氮肥配施显著加快了微团聚体的周转速度。芒草秸秆C比玉米秸秆C更加地稳定。添加两种不同质量的秸秆配施氮肥都会降低大团聚体新C的含量。团聚体的周转速率和新C累积（秸秆C）呈现显著的正相关关系，但是氮肥施用则削弱了这种关系。
基于本论文三个系列的实验，认为团聚体和有机碳的动态及其稳定性不仅与外源有机物料的质量有关，也受环境因素（干湿交替）和施肥措施（氮肥）的影响。这些研究结果有助于更好地理解生物因素和非生物因素对砂姜黑土土壤结构的影响，同时也为砂姜黑土改良提供一定的理论依据。
(1)为了研究不同来源的微生物群落和不同类型的有机物料对砂姜黑土土壤团聚体形成的影响，试验共设置了9个处理:1）对照;2）添加真菌抑制剂;3）添加细菌抑制剂;4）添加秸秆;5）添加秸秆+真菌抑制剂;6）添加秸秆+细菌抑制剂;7）添加生物质炭;8）添加生物质炭+真菌抑制剂;9）添加生物质炭+细菌抑制剂。所添加的有机物料为玉米秸秆和玉米生物质炭。与对照处理相比，添加秸秆显著提高了土壤呼吸强度，微生物生物量碳(MBC)和磷脂脂肪酸(PLFA)，从而促进了土壤团聚体的形成(P＜0.05）。添加生物质炭对土壤微生物活性和团聚体的形成没有显著影响(P＞0.05），这与生物质炭本身的惰性有关。添加真菌抑制剂显著降低了大团聚体的数量，而添加细菌抑制剂为真菌的生长提供了较弱的竞争环境，从而促进了团聚体的形成(P＜0.05)。这一结果同时表明真菌在团聚体形成过程中起着非常重要的作用。团聚体平均重量直径(MWD)和磷脂脂肪酸(PLFA)的正相关关系表明:相比较细菌(r=0.453)而言，团聚体的形成与真菌(r=0.926)的关系更密切。总之，秸秆还田是一项通过提高真菌丰度来改善砂姜黑土土壤结构的有效措施。
(2)为了探究干湿交替条件下不同类型有机物料对砂姜黑土团聚体形成的影响以及外源碳在土壤不同团聚体中的分配特征，试验设置了两个干湿交替强度（恒湿和干湿交替）和选择了两种类型的外源有机物料（玉米秸秆和玉米秸秆生物质炭）。相比较恒湿条件下添加或不添加外源性有机物料，干湿交替处理显著促进了团聚体的形成(MWD)，但是降低了微生物生物量碳(MBC)(P＜0.05)。13C自然丰度值表明，与秸秆生物质碳相比而言，秸秆C在团聚体形成过程中起到了很强的胶结作用(P＜0.05）。干湿交替配合添加秸秆的处理促使外源性有机碳向大团聚体中转移。然而，干湿交替配合添加生物质炭的处理促使外源碳向微团聚体和粉粘粒团聚体中转移。我们的研究结果表明，干湿交替配合添加秸秆有利于提高砂姜黑土团聚体的形成以及外源C的固定，但是这一过程主要取决于有机物料的类型。
(3)利用稀土氧化物（REO）和13C自然丰度双向示踪的方法，探讨不同C/N有机物料腐解过程中团聚体周转路径和有机碳周转的耦合关系。试验选取了两种不同C/N有机物料（玉米秸秆C/N为32，芒草秸秆C/N为220）和两个施氮水平（0kg N ha-1，200kg N ha-1）。玉米秸秆分解速率明显高于芒草秸秆，氮肥配施能够进一步促进还田秸秆的分解。相比芒草秸秆，添加玉米秸秆显著增加水稳性团聚体数量。尽管玉米秸秆配施氮肥增加了土壤累积呼吸量，但是这并没有导致在整个培养期结束时水稳性团聚体数量的增加。氮肥施用加快了芒草秸秆分解速率，同时也增加了水稳性团聚体的数量。根据稀土元素示踪技术，不同质量的秸秆配施氮肥导致团聚体破碎与形成的进程存在明显差异。相比芒草秸秆，玉米秸秆使大团聚体向小团聚体的破碎进程更加缓慢，而小团聚体形成大团聚体的速率更加快速。玉米秸秆与氮肥配施并没有显著影响团聚体的周转时间，而芒草秸秆与氮肥配施显著加快了微团聚体的周转速度。芒草秸秆C比玉米秸秆C更加地稳定。添加两种不同质量的秸秆配施氮肥都会降低大团聚体新C的含量。团聚体的周转速率和新C累积（秸秆C）呈现显著的正相关关系，但是氮肥施用则削弱了这种关系。
基于本论文三个系列的实验，认为团聚体和有机碳的动态及其稳定性不仅与外源有机物料的质量有关，也受环境因素（干湿交替）和施肥措施（氮肥）的影响。这些研究结果有助于更好地理解生物因素和非生物因素对砂姜黑土土壤结构的影响，同时也为砂姜黑土改良提供一定的理论依据。