土壤团聚体作为土壤结构组成与养分循环的基本单元，其内部孔隙结构不仅决定着水分、气体及养分的迁移过程，还深刻影响着碳的固持能力与磷有效性的维持。然而，长期以来有关土壤碳磷循环的研究主要聚焦于有机碳组分和磷形态变化，而对团聚体尺度孔隙结构如何连接土壤结构演变与碳磷循环过程的内在调控机制，仍缺乏系统认识。

针对上述问题，黑土有机碳与保护性耕作学科组依托黑土保护性耕作长期定位试验，利用X射线微计算机断层扫描（X-ray micro-CT）技术，系统比较了免耕（NT）、条带耕作（ST）和传统耕作（MP）三种耕作方式下团聚体孔隙结构、有机碳组分及磷组分的差异，解析了团聚体内部孔隙特征与碳、磷组分变化间的耦合关系，揭示了“孔隙结构—有机碳—磷循环”的协同调控机制。研究旨在阐明耕作扰动如何通过改变团聚体微尺度孔隙环境影响土壤碳固持与磷循环过程。

研究发现，不同耕作方式对黑土团聚体内部孔隙结构产生了显著影响，其中ST表现出更为优化的孔隙结构特征。在0-5 cm土层，ST显著提升了大孔隙（>100 μm）的比例，并在0-10 cm土层维持了较高的总孔隙度与连通孔隙度，形成了具有良好通气性和水分传输能力的孔隙网络。相比之下，NT因长期缺少扰动，深层土壤孔隙数量和连通性相对偏低，限制了碳向深层的迁移及磷有效性的提升；MP虽然增加了孔隙数量和表面积，但强烈的机械扰动破坏了团聚体稳定性，导致新形成的孔隙难以持久维持。

在有机碳积累方面，研究发现不同耕作方式改变了碳在不同粒级团聚体中的分布格局。NT促进了表层有机碳积累，在>2 mm大团聚体中表现出最高的总有机碳含量及较高的颗粒态有机碳/矿物结合态有机碳比例，体现了其在促进表层碳输入和物理保护方面的优势。而ST则有利于矿物结合态有机碳在0.053–0.25 mm微团聚体中的积累，促进形成更为稳定的矿物结合态碳库。然而，MP由于持续破坏团聚体结构，降低了有机碳的物理保护能力，限制了其长期碳固持潜力。

从磷循环角度看，不同耕作方式通过改变团聚体粒级分布与孔隙环境，调控了磷的形态分配与有效性。磷含量随团聚体粒径减小而增加，在<0.053 mm微团聚体中达到最高，这与细颗粒较大的比表面积和丰富吸附位点有关。ST提高了各土层有效磷和无机磷含量，得益于较高的孔隙度和丰富的大孔隙改善了氧气供应与水分迁移，促进了有机磷矿化。NT利于有机磷保存，但其孔隙连通性受限削弱了磷的迁移性与生物可利用性。MP则改变了磷的粒级分布格局，其不稳定孔隙结构难以支撑持续的碳磷协同循环。

进一步分析表明，孔隙结构在土壤碳循环与磷循环之间发挥着关键的物理纽带作用。回归分析结果显示，在ST处理中，总孔隙度和连通孔隙度与总有机碳含量呈显著正相关，而孔隙数量则与总有机碳含量呈负相关，表明孔隙结构的“质量”远比单纯数量更能决定其生态功能。具有较高复杂度和连通性的孔隙网络，有助于促进有机物输入、微生物活动以及矿物结合态碳的形成。与此同时，大孔隙比例增加与有机磷积累密切相关，表明良好的孔隙环境可通过改善氧气供应、水分条件以及微生物活动，有效促进磷转化和有效性提升。

本研究创新性地从团聚体尺度系统阐释了孔隙结构调控黑土碳磷耦合循环的物理机制，提出了“碳–孔隙–磷”协同调控框架。研究明确，稳定、复杂且高度连通的孔隙网络是维持土壤肥力、促进养分循环的重要结构基础。其中，ST通过构建“上松下紧”的优化孔隙构型，在实现表层大孔隙增加的同时兼顾了深层结构的稳定性，进而促进有机碳的稳定积累和磷的有效利用，为黑土区保护性耕作模式优化和土壤质量提升提供了理论依据。

相关成果以“Aggregate pore architecture as a bridge between soil carbon and phosphorus cycling”为题发表于土壤学领域国际主流期刊《Soil & Tillage Research》（IF=8.4）。论文第一作者为黑土有机碳与保护性耕作学科组已毕业硕士研究生黄文智，通讯作者为陈学文副研究员。梁爱珍研究员、黄丹丹工程师；已毕业硕士研究生刘立名、张蕾、刘京京、柳亚彤等参与了该研究。

研究得到国家重点研发计划项目（2022YFD1500103）、国家自然科学基金项目（41977070）、中国科学院国际合作局国际伙伴计划项目（131323KYSB20210004）、吉林省重大科技项目（20230302005NC）以及“黑土粮仓”科技会战专项人才基金（HTRC202213）等项目资助。

论文链接如下：https://doi.org/10.1016/j.still.2026.107416