摘要：【目的】研究陜西省寶雞市紫柏山國家級自然保護區不同植被類型下土壤碳氮分布特征，探討其主要影響因素。【方法】以保護區內壤土類型(槲櫟Quercusaliena林、華山松Pinusarmandii林)和砂質土類型(銳齒櫟Q.alienavar.acuteserrata林、栓皮櫟Q.variabilis林、白樺Betulaplatyphylla林)不同土層土壤樣品為研究對象，比較5種植被類型下土壤有機碳質量分數、全氮質量分數、土壤碳氮密度和土壤碳氮儲量及碳氮比的差異，分析土壤有機碳、全氮、碳氮比與土壤理化性質的關系。【結果】①壤土區土壤有機碳質量分數、全氮質量分數、土壤碳氮密度及土壤碳氮儲量顯著高于砂質土區(P<0.05)，其中壤土區各土層從大到小表現為槲櫟林、華山松林，砂質土區各土層從大到小表現為白樺林、銳齒櫟林、栓皮櫟林。②土壤有機碳質量分數、全氮質量分數、土壤碳氮密度及土壤碳氮儲量在0~30 cm土層均隨土層深度的增加而顯著降低(P<0.05);③各植被類型不同土層的土壤碳氮比分布無明顯規律且差異不顯著，碳氮比為9.94~16.23，有機質的礦化能力較強;④土壤含水量、容重是影響土壤有機碳和全氮質量分數的主要因子，土壤含水量、pH是影響碳氮比的主要因子。【結論】不同植被類型下土壤有機碳質量分數、全氮質量分數、土壤碳氮密度及土壤碳氮儲量存在顯著差異(P<0.05)，土壤含水量是影響土壤有機碳、全氮和碳氮比的關鍵因子。

　　關鍵詞：森林土壤學;紫柏山國家級自然保護區;植被類型;土壤類型;有機碳;全氮

　　森林生態系統是陸地生態系統的主體，占陸地總碳庫的46%[1]，而森林土壤碳庫是森林生態系統碳庫的主體，其土壤中的有機碳儲量占全球土壤有機碳儲量的73%[2]。全球土壤有機碳庫的微小變化能引起大氣中二氧化碳的顯著波動，進而對全球的氣候產生影響[3−4]。森林土壤中的氮素超過森林生態系統總氮量的85%[5]，在物質循環中起著非常重要的作用，且土壤氮素與土壤有機碳關系密切。有研究認為：土壤氮庫可以作為表征土壤固碳潛力的指標之一[6−7]。土壤有機碳和氮素是土壤養分的重要組成部分，也是生態系統中極其重要的生態因子，其含量的多少會對生態系統的穩定性乃至全球生態系統的碳氮循環產生影響[8−9]。

　　近年來，土壤碳氮庫的研究多集中在全球或區域大尺度。土壤碳氮含量受多種因素影響，如林型[10]、大氣沉降[11]、經營措施[12]等。這些導致大尺度森林土壤有機碳儲量估算依舊存在很大的不確定性，因此研究小尺度上有機碳氮含量及儲量就顯得較為重要。李海濱等[13]研究了蓮花山白盆珠自然保護區植被類型對碳氮含量的影響，任玉連等[14]研究南滾河自然保護區不同森林類型碳儲量隨海拔梯度的變化規律，ZHAO等[15]研究不同生態系統類型有機碳和總氮儲量的差異性。這些研究表明：不同植被類型能引起土壤理化性質和林內微氣候的變化，進而對各自區域內土壤碳氮分布及儲量產生重要影響。

　　同時，自然保護區作為人為干擾較少、可客觀了解土壤碳氮分布的自然實驗室，對于揭示森林土壤碳氮循環規律，預測全球氣候未來的變化趨勢具有重要意義。陜西紫柏山國家級自然保護區是秦嶺西部的代表地段，地形復雜，植被類型復雜多樣，形成了典型而復雜的自然生態系統，對保護整個秦嶺西段的生物多樣性具有不可替代的作用。目前，關于該保護區的研究主要集中在植物資源調查與群落結構分析等方面，而保護區內土壤碳氮分布特征的研究比較缺乏。

　　因此，本文研究以紫柏山國家級自然保護區海拔1 400~1 550 m內的5種植被類型(銳齒櫟Quercusalienavar.acuteserrata林、栓皮櫟Q.variabilis林、白樺Betulaplatyphylla林、槲櫟Q.aliena林、華山松Pinusarmandii林)為研究對象，分析不同植被類型下土壤有機碳和全氮的分布特征，探討土壤碳氮的關系及其影響因素，以期揭示保護區內土壤碳氮分布規律，為保護區內森林生態系統的保護與管理提供基礎資料。

　　1 材料與方法

　　1.1 研究區概況

　　紫柏山國家級自然保護區位于陜西省寶雞市鳳縣(33°41′~33°43′N, 106°31′~106°48′E)。該保護區總面積17 472 hm2，屬于暖溫帶半濕潤山地氣候區，年平均氣溫12.1 ℃，年平均降水量578.8 mm，主要保護對象是林麝Moschusberezovskii及其棲息地，是集生物與環境資源保護、科學研究、生態旅游于一體的綜合性自然保護區。

　　區內植被類型復雜多樣，垂直變化明顯，海拔1 120~2 000 m為針闊葉混交林帶，以銳齒櫟、栓皮櫟、槲櫟、油松P.tabuliformis、華山松、山楊Populusdavidiana、白樺、椴樹Tiliatuan等為主要樹種，海拔1 800~2 200 m為樺木林帶，以紅樺B.albo-sinensis、牛皮樺B.albo-sinensisvar.septentrionalis為主要樹種，海拔2 200 m以上為亞高山冷杉Abiesfargesii、云杉Piceaasperata林。區內土壤以棕壤、暗棕壤和山地草甸土為主，海拔1 400 m以下以棕壤為主，1 400~2 300 m以棕色森林土為主，2 300 m以上為山地草甸土[16]。

　　1.2 樣地設置

　　以紫柏山國家級自然保護區內海拔、坡向、林齡等初始條件基本一致的銳齒櫟林、栓皮櫟林、白樺林、槲櫟林和華山松林5種植被類型下土壤為研究對象，其中銳齒櫟林、栓皮櫟林和白樺林位于砂質土區域，槲櫟林和華山松林位于壤土區域，于2019年8月在5個植被類型內分別設置3個20 m×20 m的樣地。

　　1.3 土壤樣品采集與分析

　　在每個20 m×20 m樣地內沿對角線確定3個剖面取樣點，去除表面枯枝落葉層，挖取30 cm深的土壤剖面，使用100 cm3環刀在0~10、10~20、20~30 cm 3個土層采集未攪動的自然狀態原狀土，稱量后帶回實驗室。同時，在每個20 m×20 m樣地內沿“S”型路線確定5個土鉆樣點，利用直徑5 cm的土鉆按照0~10、10~20、20~30 cm 3個土層取樣，同一土層的5份鉆土混合均勻后合并成1個土樣，去除植物根系等雜物，過2 mm篩，在室溫下風干備用。

　　土壤有機碳采用外加熱重鉻酸鉀容量法測定，全氮采用凱氏定氮法測定，容重和孔隙度(總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度)采用環刀法定，土壤含水率采用烘干法測定，pH采用酸度計法(水土比2.5∶1.0)，電導率采用DDSJ-308F模型電導率儀測定(水土比2.5∶1.0)，具體方法參考《土壤農化分析》[17]。

　　2 結果與分析

　　2.1 土壤有機碳和全氮質量分數的分布特征

　　不同植被類型土壤有機碳和全氮質量分數隨著土層深度的增加逐漸減小，各植被類型0~10 cm土層處土壤有機碳和全氮質量分數顯著高于其他2個土層(P<0.05)，表明土壤有機碳和全氮質量分數的分布具有較強的表聚性。不同植被類型間土壤有機碳和全氮質量分數總體表現為壤土區顯著高于砂質土區(P<0.05)，壤土區內的土壤有機碳質量分數在各個土層均表現為槲櫟林顯著高于華山松林(P<0.05)，全氮質量分數在0~10 cm處表現為華山松林顯著高于槲櫟林(P<0.05)。在10~20和20~30 cm處全氮分布特征與土壤有機質相同，槲櫟林全氮質量分數比華山松分別高0.62、0.63 g·kg−1，砂質土區內土壤有機質和全氮在各個土層均表現為白樺林顯著高于銳齒櫟林和栓皮櫟林(P<0.05)。

　　2.2 土壤有機碳和全氮密度與儲量分布特征

　　不同植被類型下碳密度和氮密度在0~30 cm土壤剖面內由上而下均呈現下降的趨勢，體現出較強的表聚性，且在同一土層處具有顯著差異(P<0.05)。不同植被類型間碳密度總體表現為壤土區內植被類型(槲櫟林、華山松林)顯著高于砂質土區內植被類型(銳齒櫟林、栓皮櫟林、白樺林)(P<0.05)，其中壤土區內碳密度表現為槲櫟林顯著高于華山松林(P<0.05)，0~10、10~20和20~30 cm土層分別高0.42、1.48、1.49 kg·m−2，砂質土區內碳密度從大到小依次表現為白樺林、銳齒櫟林、栓皮櫟林，且各個土層均以白樺林最高，其顯著高于銳齒櫟林和栓皮櫟林(P<0.05)。不同植被類型間氮密度總體表現為壤土區內植被類型顯著高于砂質土區內植被類型(P<0.05)，壤土區內氮密度表現為槲櫟林大于華山林，砂質土區內氮密度從大到小依次表現為白樺林、銳齒櫟林、栓皮櫟林，與碳密度分布特征相似。

　　2.3 土壤碳氮關系特征

　　土壤碳氮比是評價土壤質量的重要指標。銳齒櫟林的碳氮比隨著土層深度的增加而逐漸減小，其他植被類型未表現出明顯的規律。在0~10和10~20 cm土層，各植被類型土壤碳氮比差異顯著(P<0.05)，且均以白樺林的碳氮比最小，分別為10.67和9.94(表2)。在20~30 cm土層，銳齒櫟林的碳氮比與其他植被類型碳氮比存在顯著差異(P<0.05)，但其他4種植被類型的碳氮比無顯著差異(P>0.05)，且所有植被類型在不同土層處均表現為無顯著差異(P>0.05)。各植被類型土壤碳氮比平均值從大到小依次為銳齒櫟林(16.08)、栓皮櫟林(14.00)、槲櫟林(12.26)、華山松林(11.12)、白樺林(10.42)。

　　3 討論

　　3.1 不同植被類型對土壤碳氮質量分數、密度及儲量的影響

　　紫柏山國家級自然保護區壤土區各土層平均土壤有機質和全氮質量分數為12.37~18.16和1.14~1.48 g·kg−1，砂質土區平均土壤有機質和全氮質量分數為5.17~10.22和0.37~0.98 g·kg−1，表現為壤土區土壤有機質和全氮質量分數顯著高于砂質土區。這是由于砂質土砂粒多，保水性能和保肥能力差，相反壤土黏粒、粉粒、砂粒比例適中，同時土壤孔隙能附著大量水分，儲蓄營養。

　　有研究證明：土壤黏粒和粉粒對土壤有機質和全氮起保護作用[19−20]，且土壤含水率顯著影響土壤有機質質量分數[21]，因此，壤土中的有機質和全氮更容易積累。本研究表明：在壤土區內，槲櫟林土壤有機質和全氮質量分數顯著高于華山松林，在砂質土區內土壤有機質和全氮質量分數從大到小依次為白樺林、銳齒櫟林、栓皮櫟林。這是因為槲櫟林凋落物厚度(2.9~3.3 cm)高于華山松林(1.5~1.7 cm)，白樺林的凋落物厚度(2.1~2.3 cm)>銳齒櫟林凋落物厚度(1.8~2.1 cm)>栓皮櫟林凋落物厚度(1.6~1.9 cm)。不同的植被類型由于林木種類、林分郁閉度等不同而引起凋落物的厚度、組成成分及分解速率不同，進而導致土壤有機質和全氮質量分數積累不同[22]。

　　研究區內同一植被類型土壤有機質和全氮質量分數均隨土層深度的增加而降低，存在明顯的表聚現象。這與同類研究結果相同[23−24]，原因可能是不同土層的土壤有機質和全氮來源存在差異，植物枯枝落葉多聚集在地表，經過微生物的作用后形成腐殖質進入土壤表層，土層越往下凋落物分解產物越少，同時樹種根系在土壤剖面中的分布特征也會顯著影響土壤有機碳、氮的積累。

　　根系的吸收利用再加上土壤動物、微生物的影響，都導致了土壤有機質和全氮質量分數隨土層深度增加不斷降低的分布格局[25]。土壤碳氮密度和儲量由土壤容重和土壤有機質、全氮質量分數共同決定。受地下根系分布等的影響，不同植被類型下土壤容重存在差異。壤土區平均土壤容重槲櫟林(1.63 g·cm−3)>華山松林(1.49 g·cm−3)，砂質土區3種植被類型容重均值從大到小依次為白樺林(1.46 g·cm−3)、栓皮櫟林(1.37 g·cm−3)、銳齒櫟林(1.31 g·cm−3)。

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　　因此，較大的容重再加上較高的土壤有機質和全氮質量分數，導致壤土區槲櫟林土壤碳氮密度和儲量顯著高于華山松林，砂質土區白樺林土壤碳氮密度和儲量顯著高于栓皮櫟和銳齒櫟林。再者，土壤有機質、全氮質量分數存在表聚性，土層越往下養分釋放量越小，所以土壤碳氮密度和儲量與土壤有機質、全氮質量分數變化的規律性基本一致，隨土層深度的增加而減小[26]。

　　4 參考文獻

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　　作者：李 華1，蔡建軍2，巫翠華1，張利利1，袁 岸1，康永祥1