近日，水土保持科学与工程学院(水土保持研究所)长武黄土高原农业生态试验站胡亚鲜副研究员团队在Water Research上发表了题为 “Progressive melting of surface water and unequal discharge of different DOM components profoundly perturb soil biochemical cycling” 的研究论文。黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室为第一单位，博士研究生郝永丽为论文第一作者，胡亚鲜副研究员为通讯作者。

图1 不同冻融情景下地表水冻融过程中冻结锋扩展和可溶性物质迁移过程

全球>50%地区受季节性冻融影响，对地表水和土壤理化生特性均可产生深远影响。河岸带或消落带虽然只占全球0.5~1%的面积，但作为水-土过程交互过程的热点区域，是区域有机碳循环的重要组成部分，对季节性冻融作用引起的温度、水-冰相变和溶解度等变化极为敏感。然而，目前对冻融期地表水可溶性物质的非均质融出过程，及其对相邻土壤的有机碳循环过程的影响，缺乏系统认识。

图2 冻融期河岸带地表融水不同组分非均质融出过程及其对土壤生物化学循环的影响

该研究以黄土高原典型季节性冻融区农业小流域为研究对象，通过对富含有机养分的沟道水进行控制性冻融模拟，将融出水分阶段收集，并添加至沟道泥沙中，模拟研究春季解冻期河岸带地表水非均质融出对相邻土壤理化生特性的影响。结果表明，水体冻结过程中，由于冰晶溶解度急剧降低，冰晶纯化与斥盐效应逐渐将原来可溶于液态水中的无机盐离子和有机物质排斥入未冻水区域，形成高浓度卤水包，使其在冰体融化过程中作为优先通道，于融化初期集中排出高浓度有机和无机物质（图1）。此外，初期融出水腐殖化程度显著，且富含富里酸、可溶性微生物产物和腐殖酸等组分，而最后时段融水则具有较高的SUVA254和芳香蛋白成分（图2）。因此，河岸带地表冰融化过程中，可溶性有机物质的优先集中融出，且富含易被生物降解组分，显著促进了临近土体的微生物生长和呼吸，极大激发了土壤CO2排放（图2）。考虑到未来气候条件下地表径流和冻融频率加剧趋势，亟需系统研究不同季节水-土交互过程，量化冻融作用对中高纬度地区河岸带碳循环的影响。

该研究得到国家自然科学基金面上项目（52279049）和中国科学院“西部之光”人才培养计划“西部青年学者”等项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122360