冻融作用对土壤物理、化学和生物学性质影响的研究进展

冻融是作用于土壤的非生物应力,对元素生物地球化学循环过程影响显著。文章综述了冻融作用对土壤物理、化学和生物学性质的影响,分析了影响冻融理化效应的主控环境因子。结果表明:冻融循环可使土壤大团聚体破碎成小团聚体,细颗粒物表现出向中等大小颗粒物聚集的趋势;但冻融作用对团聚体水稳性的影响不一。由于土壤孔隙间冰晶膨胀,推动土壤颗粒发生相对位移,导致土壤孔隙度增加,容重随之降低。冻融初期,低温导致大量水分向冰晶转化,促使水分向土壤表层迁移;经反复冻融后,冰晶充分占据土壤孔隙,使水分移动空间变小、路径增长,造成不同深度土层含水率差异显著;水分状况改变又反过来对土壤冻融过程产生影响。冻融过程会增强土壤硝化作用和促进溶解性有机酸的释放,从而导致土壤溶液pH降低。冻融作用能够提高土壤有机碳(SOC)矿化速率,导致有机碳组分的固定与活化产生分异。冻融循环通过改变土壤理化性质和生物学性状,影响氮、磷素迁移转化方向和赋存形态以及温室气体N_2O等的排放。此外,冻融作用还显著影响土壤微生物群落结构,指示土壤微生物群落演替方向。冻融循环次数、温度和土壤含水率是影响上述冻融作用效应的关键因素。