季节性冻土区土壤多经历自上而下的单向冻融。低温冻结过程中，上层土壤先冻结成冰，水势差异驱使下层水以及溶质向上层迁移；升温融化过程中，上层先融化，形成上层滞水而下层不透水的特殊水分分布格局。然而，以往研究多关注土壤整体冻融过程，未有效区分不同土层在渐次冻融过程的冻结强度差异对微生物群落和活性的影响，对不同粒级土壤微生物群落的冻融敏感性和呼吸响应也缺乏系统认识。
本研究通过土柱控制性试验，模拟土壤渐次冻融过程，并结合沉降速度分选法，对比分析渐次冻融各土层各粒级微生物群落结构以及CO₂呼吸速率的响应。结果表明：1）冻融前后土壤微生物生物量碳减少23.5%~45.2%，且几乎所有粒级的CO₂释放速率均降低24.9%~43.1%；2）但≤ 32 μm粒级的呼吸特征对冻融作用不敏感，在微生物生物量碳减少的情况下，仍可保持与冻融前基本相等的CO₂呼吸速率；3）就不同渐次冻融土层而言，先解冻土层微生物生物量碳和CO₂释放速率约为后解冻土层的1/2；4）真菌/细菌比例则随粒级减小而降低：当粒级> 32μm时，在1.04~2.21之间变化；而当粒级≤ 32μm时，降低至0.47~0.65。
本研究结果说明土壤冻结过程中低温、液态水减少和冰晶生长机械性破坏等作用均可抑制或杀灭微生物，但当土柱各粒级经历冻融过程时，≤ 32 μm粒级的比表面积较大，吸附力较强，附着于其表面的土壤水冰点较低，更易以未冻水膜形式包裹于细颗粒表面。这一方面可有效保护附着于≤ 32 μm粒级的微生物，减缓温度骤降、渗透压失衡和冰晶生长等作用对微生物的机械性破坏作用。另一方面，冰晶纯化效应也将有机溶质从冰锋排出，逐渐在未冻水中富集，也可为≤ 32 μm粒级中存活微生物提供养分物质，维持其呼吸过程。此外，冻融胁迫作用下，细菌在分解≤ 32 μm粒级简单底物时与真菌形成的拮抗竞争关系中更有优势。因此，≤ 32 μm细小颗粒可能是对冻融作用最不敏感，最具有冻融韧性的粒级，或是决定土壤抵御冻融破坏或抑制作用的关键粒级。未来研究需进一步定量研究细小粒级微生物在不同冻融阶段的生长与呼吸碳利用效率，明确冻融情境下细小粒级微生物的碳利用策略。
 

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