土壤剖面自上而下单向冻结过程中，温度梯度差异驱使土壤水和溶质向上层（冷端）冻结锋处迁移，但冰晶纯化作用又将溶质从冰锋面排出，不断反向扩散至未冻土层（暖端），从而彻底改变土壤水和溶质在土壤中的空间分布格局。同时，土壤水冰相变转变过程中的冻胀融缩效应又可通过渗透压失衡和机械性破坏等作用造成微生物死亡，且上下土层渐次冻融过程中冻结强度和冰晶形态差异也可对各层微生物群落及其活性产生异质性影响。然而，目前研究多基于土壤整体冻融过程，并未有效区分土壤剖面冷-暖端先后冻融过程中水分和溶质迁移再分布特征对微生物群落和有机碳矿化的影响。
以东北黑土区典型季节性冻土为研究对象，本研究通过土柱由内向外单向冻融控制性试验，模拟野外土壤自上而下的单向冻融过程，并根据不同土层渐次融化时间，将土柱由外到内逐层剥离成六层(T1~T6)，量化不同粒径组成、初始含水率和冻结温度等条件下，各渐次融化土层水盐养分的空间特征，分析黑土单向冻融过程中冷-暖端微生物群落和呼吸特征的异质性响应。结果表明：1)土柱最外层T1最先融化，其含水率最高，可增至初始含水量的1.2至1.5倍，而内核T6最后解冻，其含水率最低；且土壤粒径和孔隙越小、初始含水率越高或冻结温度越低，则水分的表聚效应越显著。2)土壤电导率(EC)则表现为外层T1和内层T6较高，且当土壤粒径较小时，溶质随水分对流作用迁移至冰锋面后更易通过冰晶纯化效应反向内层排斥聚集，但冻结温度降低，则限制了冰晶斥盐纯化效应对溶质反向迁移的影响。3)微生物生物量碳(SMBC)由外层T1向内层T6逐渐增多(可增至T1的2.4倍)，但可溶性有机碳(DOC)却逐渐降低（降至T1的47%），且冻结温度越低、初始含水量越大，SMBC与DOC负相关性越显著，而与CO₂释放速率的线性正相关性更高，说明冻结过程死亡微生物残体释放的可溶性物质，可促进存活微生物在土壤解冻后的呼吸过程。4)土壤渐次冻融过程中水分迁移和层间再分布过程可形成新的次生水分胁迫格局，一方面表层土壤水聚集而过饱，另一方面内层土壤失水而遭受水分胁迫，均可改变微生物群落及其呼吸特征。本研究通过逐层剥离方法可有效捕捉土壤渐次冻融过程分层效应对微生物和有机碳矿化的影响，克服了传统研究方法仅基于土壤整体冻融过程的片面性，可为深化理解土壤冻融过程及其环境效应提供新思路和新视角。

冻融；粒径；温度；水盐；微生物；CO2排放