我国东北黑土地区作为世界三大黑土带之一,是农业生产能力与潜力最大的土壤,也是我国粮食的主产区。近年来东北黑土退化日益严重,如土壤肥力下降、有机质含量降低、耕地土壤有机碳储藏逐年下降等。若合理施肥,则能有效提高土壤有机碳含量,并维持黑土的有机碳库的储量在一定水平上。以往仅针对土壤有机碳库表观变化规律开展研究,本研究利用自然丰度的稳定同位素技术与土壤分组方法相结合的前沿研究手段,从土壤有机碳库输入与输出两个层面阐明东北黑土长期不同施肥措施下的有机碳库更替转化机制,揭示土壤有机碳库储藏动态,明确最优施肥措施。本研究不仅能为当前东北黑土粮食产区的农田优化施肥提供重要的科学依据,同时对于提高土地生产力,保障国家粮食安全也具有重要意义。主要研究进展如下：(1)东北黑土区长期施肥对土壤有机碳库动态的影响。利用土壤化学分组与稳定同位素技术相结合的方法探究了土壤有机碳库组分对长期施肥的响应机制。25年的施肥处理显著的改变了土壤有机碳库、惰性及活性碳库动态,且长期施用无机肥、有机无机肥配施措施对土壤惰性碳的积累都具有积极的正效应。研究证明长期施用粪肥配施无机肥(MNPK),能够显著增加土壤有机碳储藏(0-20 cm为1492.4 gC m2,20-40 cm为1770.6 gC m2),这是由于其有机碳库中惰性及活性碳储藏都有显著增加；且施入粪肥后对土壤碳库直接的高碳浓度有机物质补充与间接农作物生物量反馈而引起的正效应,并没有被其土壤中较快的碳降解带来的负效应所抵消。因此,MNPK处理被认为是长远来看固碳潜力最优的施肥措施。25年的无机肥处理并不能显著增加土壤有机碳储藏,主要是由于其有机碳库中增加的惰性碳与降低的活性碳互相抵消所致。稳定碳同位素揭示出,长期的秸秆还田配施无机肥(SNPK)处理并没有显著增加土壤有机碳储藏,主要是由于其土壤碳库(如活性碳库)中较快的降解速率导致；且有意思的是,相比单独施用秸秆或无机肥,秸秆还田配施无机肥的处理能够加速土壤碳周转。(2)东北黑土区长期施肥对土壤有机碳组分动态的影响。利用土壤物理分组与稳定同位素技术相结合的方法探究了土壤有机碳库组分对长期施肥的响应机制。发现25年的施肥处理显著改变了土壤碳组分动态,通过增加土壤大颗粒团聚体(2000-250 μm)与土壤颗粒有机质(iPOM)(平均为76.87%)组分中的土壤碳,进而显著地增加了东北黑土区的SOC储藏。长期施用N和NPK肥后土壤中各土壤团聚体的SOC并没有显著变化,但增加了土壤矿物结合态有机质(mSOM)的SOC；其不能增加小粒级团聚体(<250μm)中的SOC主要是由于该团聚体中增加的mSOM中碳与减少的轻组分(LF)中碳两者相互抵消掉了。长期施用MNPK显著地增加了SOC储藏,主要因各粒级土壤团聚体中密度组分LF、iPOM和mSOM中的SOC都有增加而引起。另外,MNPK土壤中有机质的提升,首先归因于其LF中C/N比值的降低。长期施用SNPK后,能够增加土壤大颗粒团聚体(>250μm)中SOC储藏,同时可减少土壤小颗粒团聚体(<250μm)中SOC储藏,这主要与其组分LF和iPOM中的SOC增加或减少有关；同位素分析表明,长期施用SNPK可加速土壤碳周转,因其土壤中大、小粒级的土壤团聚体的周转速率都有增加。当前的研究进一步肯定了之前利用土壤化学分组手段的研究结论,且揭示出长期施肥可以改变SOC储藏、影响农业生态系统土壤有机碳库组分动态。(3)东北黑土区长期不同种植制度下的土壤有机碳库动态。东北黑土区25年的玉米连作(MM)及玉米-大豆轮作(MS)结合施用MNPK肥,通过增加大颗粒团聚体(2000-250μm)和土壤组分iPOM(62.01-90.32%)中的碳,能够显著增加土壤碳储藏。两种种植制度下,增加的有机碳储藏量受各粒级团聚体数量控制影响,且主要由于各粒级土壤团聚体各土壤组分(LF.iPOM和mSOM)中碳增加而引起。另外,长期玉米-大豆轮作制度比玉米连作更有益于土壤大颗粒团聚体(>250μm)中的SOC积累,但玉米连作比玉米-大豆轮作更有利于农田长期的土壤碳固定,因其小粒级团聚体(<53μm)存留更多的稳定碳。MS比MM土壤组分中具有更快的碳周转,这与较高C：N比的玉米残体输入和大豆本身的固氮作用有关。有意思的是,25年玉米-大豆(C4-C3)轮作体系中,源于玉米(C4)的SOC很大程度上影响或决定整个土壤碳周转水平,且与土壤碳周转速率呈正比例地变化。