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土壤团聚体是土壤结构的基本单元,土壤功能的实现离不开土壤团聚体,团聚体结构与土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)动态变化之间联系密切。土壤团聚体结构特征与有机碳矿化之间的关系研究有利于我们更加精确阐述团聚体在有机碳动态变化中起到的作用,进而更加全面地解释团聚体固碳机制。计算机断层扫技术(Computed tomography,CT)的快速发展为土壤结构和团聚体结构研究提供了新的技术支撑。本论文以东北典型中层黑土上建立的保护性耕作长期定位试验土壤和自然土壤为研究对象,系统分析了1-2mm大团聚体(以下简称大团聚体)和0.053-0.25mm微团聚体(以下简称微团聚体)内部,大团聚体间和微团聚体间,以及全土尺度上的孔隙结构特征,并结合团聚体结合的有机碳(SOC)、易氧化性有机碳(Readily oxidized organic carbon,ROC)以及SOC矿化速率进行相关性分析,定量评价黑土团聚体结构与有机碳矿化之间的关系,以期揭示不同耕作方式下黑土团聚体对有机碳的固定机制。主要研究结论如下:(1)自然土壤与不同耕作方式下黑土大团聚体和微团聚体孔隙结构存在差异。自然土壤大团聚体10-30μm孔径孔隙度、>100μm孔径孔隙度和总孔隙明显高于不同耕作方式下黑土大团聚体,而孔隙数量则显著小于耕作土壤。然而,总体来看,自然土壤大团聚体和微团聚体内部孔隙结构与免耕下土壤结构差异较大,而与垄作下对应参数值极为接近,说明垄作具有增强团聚体稳定性,促使其向着趋近于自然土壤良好结构发展的潜力。(2)自然土壤和免耕下原状土体在100-500μm孔径孔隙度、孔隙长度以及比表面积等参数存在显著性差异。大团聚体间孔隙结构与原状土体十分相似,是土壤结构组成的主体骨架。微团聚体间孔隙度和孔隙数量均以100-500μm孔径孔隙为主,且与原状土体和大团聚体间结构存在显著差异,而且微团聚体间结构不能成为组成团聚体间结构的重要支架,只能起到调节作用。然而,不容忽视的是微团聚体颗粒较小,填补了团聚体间较大孔隙,能够促使整体孔隙结构向中小孔隙方向发展。(3)自然土壤大团聚体>100μm和总孔隙度与SOC和ROC存在较好的相关性,常规性耕作和保护性耕作与团聚体结合碳和ROC相关性较差。大团聚体内部10-30μm孔径孔隙度、孔隙数量和比表面积在提升团聚体结合碳和ROC含量上起着积极作用。总孔隙度和>100μm孔径孔隙度、中轴均长、节点面积和半径以及弯曲度等参数的增大不利于团聚体结合碳和ROC固定。微团聚体内孔隙结构与有机碳的关系明显差于大团聚体,仅总孔隙度和10-30μm孔径孔隙度与有机碳存在显著相关关系。(4)大团聚体间孔隙结构与有机碳之间的相关关系要比微团聚体明显,二者共同作用影响全土孔隙结构与有机碳的关系。大团聚体间30-60μm、100-500μm、>500μm孔径孔隙度与团聚体结合碳存在很好的相关关系,而微团聚体间仅表现出30-60μm孔径孔隙度、节点面积和半径与团聚体结合碳呈现出一定的相关性。同时,一个稳定地团聚环境和充足碳源输入条件下大团聚体吸附微团聚体,或者在大团聚体内部形成微团聚体,是有效隔绝微团聚体表面碳被分解,以大团聚体核心碳形式固定下来的有效固碳形式。(5)全土尺度上60-100μm和100-500μm孔径孔隙度、孔隙数量、孔隙长度、节点数量、比表面积和弯曲度均与有机碳存在很好的相关关系。60-100μm孔径和100-500μm孔径孔隙有利于有机碳的积累。孔隙数量、节点数量、孔隙长度和弯曲度对于土壤中有机碳和易氧化性有机碳调节作用明显。而且,全土中孔隙间结构是有机碳进入的重要通道,中轴长度、弯曲度与SOC呈显著正相关(P<0.01),其数值增长增加了有机质进入后分布的范围,而比表面积与SOC呈显著负相关(P<0.01),其比值增加减少了固定有机质的孔隙面积。(6)不同尺度上的土壤结构特征与有机碳的关系影响参数不同,但大团聚体及其大团聚体间结构对整个土体结构和有机碳影响较大,而微团聚体由于其本身的稳定性,对整个土体影响区别于大团聚体。综合来看,土壤结构与有机碳的关系是多个参数共同作用的结果,而非单一某个参数可以决定的。因此建立可以表征这一相互关系的综合指标,将是我们下一步需要深入研究的内容。