冻融循环过程是广泛存在于季节性冻土区的一种自然现象,其显著影响着土壤理化性质与内部环境因素的变化,关系到季节性冻土区农田土壤养分与能量的迁移转化过程,如何通过干预调控,有效发挥冻融循环过程在冬季休耕期对于土壤性能与作物生境的修整作用已成为热点研究问题。本研究立足于松嫩平原,通过室内试验表征现象与室外试验规律验证相结合的方式。在室内试验中,采用松嫩平原三种典型土壤（黑土、白浆土和草甸土）,以冻融循环为边界条件,设置添加生物炭（B1）、添加秸秆（S1）、生物炭与秸秆共同添加（B1S1）和未处理对照组（CK）四种处理,分析土壤水稳性团聚体比例,土壤总孔隙度（TP）、土壤水分特征曲线（SWRCs）、土壤溶解性有机碳（DOC）和土壤通气性（PL）的变化差异,探究了冻融循环下生物炭与秸秆对土壤结构及持水通气能力的影响机理,分析其在不同类型土壤中的普适性与差异性变化规律。在室外试验中,延续室内实验的调控模式,分析了裸地（CK）、施加生物炭（BA）,施加秸秆（SA）,生物炭与秸秆共同施加（CBS）条件下土壤孔径分布,土壤团粒特征与稳定性的变化差异,挖掘其与土壤结构稳定性的响应关系。进而深入探究土壤含水率、土壤温度、土壤通气性和土壤温室气体排放变化规律,并建立了土壤温室气体排放与土壤环境因素的传递关系函数,识别土壤温室气体排放的关键驱动因素,阐述了不同施加模式的调控机制。具体研究结果如下:（1）生物炭与秸秆在冻融前后对土壤团粒分布的影响。在反复冻融循环的过程中,土壤团粒因水分相变产生的冻胀力而破碎,由大粒径向小粒径转变,土壤结构稳定性下降。生物炭与秸秆共同施用下土壤结构稳定性显著提高,三种土壤条件下团聚体破坏率（PAD）平均降低了23.98%。由于生物炭与秸秆的高孔隙度与低密度,土壤总孔隙度（TP）得到明显提升,生物炭具有丰富的含氧官能团和高比表面积,土壤颗粒表面更为粗糙,促进土壤颗粒相互聚集,且大粒级（＞0.25 mm）团聚体对土壤稳定性的提高具有关键作用。生物炭与秸秆在应用于土壤后逐步破碎,与较小的土壤颗粒结合的更为紧密,小粒级（0.25 mm-0.106 mm）团聚体中有机碳含量显著高于其他粒级。（2）生物炭与秸秆在冻融前后对土壤孔隙结构与气体传输特征的影响。土壤孔隙结构受到冻融循环-生物炭-秸秆共同作用的影响,生物炭促进了土壤微孔径（≥0.3-5μm）与小孔径（≥5-30μm）所占比例的增加,而秸秆对土壤极微孔径（＜0.3μm）比例的提升更为明显。土壤团粒的破碎导致土壤孔径重新分布,孔隙连通性增强,且土壤总孔隙度（TP）与空气容量（AC）存在显著的正相关关系,秸秆与生物炭共同施用有效的提高了土壤结构的稳定性,减弱了外界因素对土壤环境产生的负效应,土壤通气性波动较小。同时不断重复的破碎-聚集-再破碎的循环过程打破有机质间的联结,促使小分子物质释放,提升土壤底物浓度,刺激土壤微生物活性,加速土壤内部循环过程,提高土壤碳矿化程度。（3）生物炭与秸秆在冻融前后对土壤持水能力的影响。土壤水分特征曲线表明,土壤在低吸力段（h≤330 cm H2O）失水多于高吸力段（330＜h＜15000 cm H2O）,且生物炭处理下的土壤排水量显著高于其他处理。通过V-G模型计算土壤水分特征参数可知,不同土壤条件下生物炭对土壤水分的固持效应均强于秸秆,且二者共同施加表现出显著的提升作用,土壤饱和含水率（θS）和田间持水量（FC）为最优值。生物炭对土壤储水能力的增加归因于生物炭自身的高孔隙度为土壤水分提供了储存空间,秸秆则主要减少无效水分的蒸发,增强对多余水分的固持,同时生物炭与秸秆对土壤结构稳定性的提高也是重要的支撑因素。（4）生物炭与秸秆对土壤水热气环境的调控机制分析。整个融化期中,随着外界环境温度与净辐射强度逐步增加,土壤水热气环境不断变化。土壤含水量的提高主要依赖于融雪水的补充与冻结土层内固体冰的融化,秸秆由于高吸水性,在融化前期表现出更优的提升效果,生物炭在融化中后期效果更强。生物炭与秸秆对土壤热环境的改善也表现出不同的作用机制,秸秆起到物理隔绝的作用,在低温环境中保温性更强,而生物炭不仅提高了土壤热吸收能力,还提升了土壤储热能力。土壤通气性主要受到土壤孔隙结构与土壤水热环境的影响,随着土壤逐步解冻,土壤孔隙度增加,土壤气体传输能力也逐步增加,秸秆与生物炭通过影响土壤孔径比例,降低土壤紧实度与渗透阻力,最终影响土壤气体传导能力。根据相关性分析可知,秸秆与生物炭共同处理下显著提高了土壤水热气环境的稳定性,对于提高土壤抵抗外界环境因素变化的能力具有积极作用。（5）土壤温室气体排放与土壤环境因素的响应关系分析。在季节性冻土区农田生态系统中,土壤内部的循环过程与微生物活动伴随着土壤温室气体的排放。随着土壤逐步融化,土壤代谢循环过程随着土壤微生物活性的提高显著增强,土壤CO2排放水平逐步提高,在生物炭与秸秆共同处理条件下表现出最强的促进作用。对于土壤CH4排放,整个试验期表现出先排放后吸收的趋势,秸秆处理下土壤产甲烷菌的活性更强,排放通量峰值达到52.64μg·m-2·h-1,生物炭改善土壤孔隙结构,强化甲烷氧化细菌活性,抑制CH4排放。在土壤冻结的条件下,反硝化反应产生的N2O在冻结层内大量积累,在土壤融化后表现出爆发式增长,随着土壤逐步解冻,N2O排放通量逐步降低。试验期内,土壤CO2排放与土壤水分、温度和通气性表现出协同增加趋势,并且在生物炭与秸秆共同施用的条件下,二者间的响应关系最强。秸秆则显著增强了CH4排放与土壤环境因素间的响应关系,随着土壤含水量与土壤通气性的提升,CH4排放通量显著高于其他处理,土壤N2O排放与环境因素的协同变化趋势与CH4类似,但秸秆与生物炭对N2O的排放表现出明显的抑制作用,减弱了二者间的响应关系。综上所述,本研究认为合理的施加生物炭与秸秆对提升季节性冻土区土壤持水通气性能,改善土壤内部环境具有积极作用,结合冻融循环-生物炭-秸秆联合作用对于土壤的调节机制;建议采用生物炭与秸秆联合施加,这有益于土壤保持良好的土壤理化特性,提高土壤抵抗外界环境因素变化的能力,并抑制土壤温室气体排放。本研究为秸秆与生物炭等碳基材料在季节性冻土区的合理使用提供了可靠的理论支撑,这对实现农业废弃物的高效利用和农田生态系统的健康可持续发展具有重要指导意义。