东北黑土区作为我国重要的粮食生产基地之一，因近百年的过度垦殖和水土流失导致土壤碳氮含量显著降低，对我国粮食安全造成严重威胁。已有研究集中于开垦50年内单一土壤类型的碳氮含量变化，缺乏长时间序列侵蚀和耕作条件下土壤碳氮含量演变规律及侵蚀速率与碳氮、微生物群落结构的关系研究。因此，本文以黑龙江省嫩江县鹤山农场不同开垦时间黑土（未开垦及1906年、1956年、1965年、1986年、1996年开垦）和草甸土（未开垦及1952年、1986年、1997年、2001年开垦）为研究对象，在2006年和2019年分别采集各样地土壤样品，测定了土壤理化性质，并利用¹³⁷Cs和²¹⁰Pb_ex法估算了土壤侵蚀速率，采用高通量测序分析了土壤微生物群落结构和多样性，并整理了文献中黑土约18个开垦年限和草甸土约13个开垦年限的碳氮含量数据，在此基础上分析了两类土壤碳氮含量与开垦年限的相关性，研究了碳氮演变的驱动机制。主要研究结果如下：

（1）阐明了不同开垦年限黑土和草甸土有机碳、全氮含量演变规律

  未开垦黑土和草甸土表土有机碳含量分别为40.05～87.34 g kg^-1和80.28～129.74 g kg^-1。随开垦年限增加，两者都呈指数函数规律下降，表达式分别为y=22.99+34.64*exp(-0.04*x)和y=30.44+73.08*exp(-0.21*x)，其下降速率分别呈y=1.49*exp(-0.04*x)和y=15.49*exp(-0.21*x)的指数函数规律减小；分别在开垦110年和25年后趋于稳定，稳定时的黑土有机碳含量低于草甸土。近13年来，耕地黑土有机碳含量平均下降速率随开垦年限增加呈减小趋势；开垦67年耕地草甸土碳含量增加，可能与沉积作用有关。

  未开垦黑土、草甸土表土全氮含量分别为2.47～7.32 g kg^-1和5.26～10.88 g kg^-1。随开垦年限增加，两者都呈指数函数规律下降，表达式分别为y=1.88+2.81*exp(-0.04*x)和y=2.49+5.80*exp(-0.22*x)，其下降速率分别呈y=0.10*exp(-0.04*x)和y=1.29*exp(-0.22*x)的指数函数规律减小；分别在开垦130年和23年后趋于稳定，稳定时的黑土全氮含量低于草甸土。近13年来，耕地黑土和草甸土全氮含量平均变化速率随开垦年限增加没有明显变化规律。

（2）揭示了土壤侵蚀对黑土、草甸土碳氮含量的影响机制

  随开垦年限增加，除黑土开垦113年地块，黑土年均土壤侵蚀厚度、年均土壤侵蚀速率和总土壤侵蚀量均增加；草甸土年均土壤侵蚀厚度和总土壤侵蚀量随开垦年限增加而增加，但耕地年均土壤侵蚀速率接近；草甸土土壤侵蚀强度低于黑土。黑土和草甸土土壤有机碳、全氮含量与土壤侵蚀速率、土壤侵蚀量负相关；表层（0-15 cm）土壤碳氮含量随土壤侵蚀强度增加的下降速率大于0-30 cm土壤，土壤侵蚀对表层碳氮含量的影响大于亚表层（15-30 cm）；黑土碳氮含量随土壤侵蚀强度增加的下降速率小于草甸土，但黑土侵蚀速率大于草甸土，侵蚀后黑土土壤质量更差。

（3）建立了土壤微生物群落结构和多样性与黑土、草甸土碳氮含量的关系

  变形菌门、酸杆菌门、疣微菌门和放线菌门是不同开垦年限黑土和草甸土的主要优势菌门，共计分别占两类土壤总细菌丰度的68.66%～75.85%和71.47%～81.00%；开垦后各优势菌门相对丰度变化规律不同。黑土细菌丰度与土壤侵蚀量的相关程度高于与土壤侵蚀速率的相关程度，草甸土细菌丰度与土壤侵蚀速率的相关程度高于与土壤侵蚀量的相关程度。黑土物种丰富度和多样性随开垦年限的增加先升高后降低，草甸土的呈相反趋势；未开垦样地与开垦样地被聚类为两类；耕作和水力侵蚀导致土壤碳氮减少，而变形菌门的固氮作用利于黑土中硝态氮的增加，进而使土壤速效养分增加，限制了疣微菌门的生长。

  综上，开垦引起耕作侵蚀，与自然侵蚀共同作用降低黑土和草甸土有机碳、全氮含量，导致表层土壤碳氮含量随开垦年限增加呈指数下降，且对于侵蚀强度更大的黑土，土壤碳氮含量更难稳定；侵蚀作用下，土壤微生物群落组成发生改变，进而影响土壤碳氮含量。因此，保护黑土地需从减少土壤侵蚀做起。