第一作者：

陈雅兰，北京师范大学环境学院励耘博士后，师从孙可教授。主要从事生物炭环境地球化学行为及环境效应的研究。以第一作者在GCB、SBB、EST、CEE等期刊上发表学术论文19篇（含共一3篇），1篇封面文章，1篇入选ESI高被引论文，引用>800次，H指数17。主持国家自然科学基金青年项目、博士后基金站中特别资助、博士后基金面上项目。曾获宝钢优秀学生特等奖、北京市优秀毕业生、北师大优秀博士学位论文等荣誉。

通讯作者：

孙可，北京师范大学环境学院教授、博士生导师，国家杰出青年基金、国家优秀青年科学基金和北京市杰出青年基金获得者。主要从事生物炭环境地球化学行为及环境效应的研究。在GCB、SBB、EST等期刊上发表高质量SCI论文130余篇，他引7000余次，H指数51，5篇论文入选ESI高引论文。

高群，北京师范大学环境学院副教授，主要从事土壤微生物学研究。相关研究成果在PNAS、Nature Communications（2篇）等国际期刊发表高质量SCI论文40篇，引用1200余次，H指数21。授权国家专利2项。荣获中国微生物生态青年科技创新优秀奖，入选中国科协青年人才托举工程及中国科协“未来女科学家计划”。

土壤有机碳（SOC）的温度敏感性（Q₁₀）是调控土壤-气候反馈的关键参数。团聚体作为土壤结构的基本单元，通过物理保护和微生物活动调控SOC的稳定性和分解速率。生物炭和秸秆是常见的土壤改良剂，但它们对团聚体尺度SOC稳定性及其温度敏感性的长期影响尚不明确。

（1）生物炭和秸秆通过不同机制影响不同粒径团聚体中的SOC赋存及稳定性；

（2）生物炭相较于秸秆更为突出的土壤固碳潜力，与其不同粒径团聚体的SOC稳定性及温度敏感性差异有关。

（1）在中国山东桓台县开展为期14年的田间试验，设置对照、低生物炭添加、高生物炭添加和秸秆还田四个处理；

（2）采集0-20 cm土层样品，分离为大团聚体（LMA, >2 mm）、小团聚体（SMA, 0.25-2 mm）和微团聚体（MA, <0.25 mm）；

（3）测定SOC含量、δ13C、14C年龄、矿物结合有机碳（MAOM）、铁铝氧化物、微生物生物量、酶活性、微生物碳利用效率（CUE）和微生物残体碳（MNC）；

（4）通过20 °C和30 °C培养实验计算全土及团聚体组分的Q_10；

（5）运用随机森林和PLS-PM模型分析关键驱动因素。

（1）生物炭相较于秸秆具有更高的土壤固碳潜力：生物炭处理显著降低SOC矿化速率（4.9–14%），尤其是高生物炭添加下SMA和MA中SOC稳定性最高、Q10最低；秸秆虽增加SOC含量，但显著提高Q10（+89%），易受升温影响（图1）。

图1 生物炭和秸秆添加对全土及不同粒径团聚体的土壤有机碳矿化及温度敏感性的影响

（2）小团聚体是SOC稳定的关键场所：生物炭促进SOC在SMA和MA中积累，矿物保护增强（MAOM和Fed增加），微生物CUE提高（+11–39%），MNC积累增加（+35–92%）；秸秆则主要通过物理封闭在SMA中积累SOC，但该组分中秸秆源碳分解对升温敏感（δ13C-CO2证据），导致Q10较高，稳定性较差（图2-4）。

图2 生物炭和秸秆添加对不同粒径团聚体的碳库组成及同位素特征的影响

图3 土壤有机碳的结构及不同粒径团聚体的碳库组成

图4 生物炭和秸秆添加对不同粒径团聚体的微生物特性的影响

（3）矿物保护和微生物效率是主要驱动机制：随机森林分析表明，Fed含量是预测Q10的最重要因子；PLS-PM模型显示，生物炭主要通过矿物保护和底物质量调控SOC稳定性，而秸秆则更依赖微生物活动（图5）。

（4）微生物群落响应差异显著：生物炭抑制微生物生物量和酶活性，但提高CUE和MNC积累；秸秆则显著刺激微生物活动，尤其是LMA中，但CUE较低，SOC易分解（图4）。

图5 土壤有机碳矿化及温度敏感性的关键驱动因素

（1）生物炭通过增强小团聚体中矿物-有机质结合和提高微生物碳利用效率，显著提升SOC稳定性并降低其温度敏感性；

（2）秸秆虽能短期促进SOC积累，但其高Q10值使秸秆源碳在升温条件下易分解，长期固碳潜力有限；

（3）研究强调团聚体尺度机制在预测土壤碳-气候反馈中的重要性，建议在未来模型中考虑纳入团聚体特异性参数。

本研究首次系统揭示了生物炭和秸秆通过团聚体尺度过程调控SOC稳定性和温度敏感性的机制，为农业土壤碳管理提供了科学依据。生物炭作为一种更稳定的碳改良剂，在应对气候变暖背景下具有更大的应用潜力。