第一章 文献综述
1.1 研究背景
近年来，在全球变化四大研究计划（IGBP、IHDP、WCRP、pERSITAS）及其共同倡导和支持的全球碳计划（GCP）等一系列国际研究计划的促进和推动下（Global Carbon Project. 2003），碳循环研究已成为当今全球气候变化领域的三大热点之一（叶笃正等 2002）。土壤是陆地生态系统的重要组成部分，也是大气和陆生生物群落共同组成系统中碳与其它养分元素的主要贮存库和交换库。陆地土壤是全球最大的碳库，总碳储量约为 2500 Pg。由于土壤有机碳库容量巨大，其较小幅度的变化即可能导致大气CO2 浓度较大幅度的波动（Lal 2004），从而对全球气候变化产生重要影响（Eswaran 1993；Davidson 2000）。
在生态系统的物质循环中，土壤碳和氮紧密地联系在一起。土壤有机碳和全氮的含量及其动态平衡也是反映土壤质量和土壤健康的一个重要指标，直接影响着土壤的物理、化学和生物学过程以及土壤肥力和土地生产力（Doran 1999）。
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1.2 国内外研究进展
森林土壤碳库在空间上的变异很大，地形（海拔、坡向、坡位、坡度）是控制森林土壤碳库在空间上变异的主要因素(Kulmatiski et al. 2004; Yoo et al. 2006)。地形主要通过调控土壤水分平衡进而影响凋落物的生产和分解，以及土壤侵蚀和地质沉降来影响土壤的有机碳水平（Hontoria et al. 1999; Tan et al. 2004; Wang et al. 2011）。大体来说，土壤有机碳随海拔的增加而增加，北坡向有明显的土壤有机碳和全氮的积累（Rezaei et al. 2005; Griffth et al. 2009），随着坡度的增加土壤有机碳含量减少（Homann et al. 1995; Liu et al. 2006），土壤有机碳和全氮在下坡位累积（Kulmatiski et al. 2004）。然而，以前的研究只是关注某一种或两三种地形因子对土壤有机碳和全氮的影响，而没有将主要的地形因子（海拔、坡向、坡位、坡度）结合起来研究它们对土壤碳氮分布的影响。另外，基于地形对土层厚度的影响，Lal（2005）和 Yoo 等（2006）强调了研究整个土层土壤有机碳和全氮的重要性。基于海拔对土壤碳含量的影响，Prichard 等（2000）也强调了研究各个海拔高度的土壤碳含量的必要性。土壤全氮和土壤有机碳紧密联系并且土壤氮库是反映土壤对碳吸收潜力的重要指标（Vesterdal et al. 2008），所以，通常将土壤有机碳和全氮结合起来进行研究。
海拔、坡度、坡向等地形条件支配着光、热、水资源的分配。而光、热、水资源的分配，一方面直接影响植被类型分布和植被生产力，继而影响输入土壤中凋落物的量；另一方面又在很大程度上决定着微生物的生物量和活性，从而影响有机质在土壤中的分解速率（Garten et al. 1999；Griffiths et al. 2009）。此外，地形因子对土壤侵蚀和地质沉积过程也具有重要影响（Birkeland 1984），并通过影响土壤水分平衡而对植被生物量和凋落物分解产生影响，进而影响土壤有机质含量。因此，地形因子对土壤有机质的输入与输出起着重要作用，是影响土壤有机碳蓄积的重要因素。
树种也是控制森林土壤碳氮输入和输出的重要因素（Vesterdal et al. 2008），而研究一个地区的不同树种尤其是主要树种对土壤碳氮含量、密度和空间分布的影响，对于制定增加土壤碳储量的可持续的森林经营管理措施具有重要意义（Vesterdal et al. 2008；王淑芳等 2010）。
锐齿栎、油松、桦木和云杉为秦岭南坡地带性植被的建群树种，锐齿栎和桦木林是秦岭林区落叶阔叶林的代表类型，而油松和云杉林是秦岭林区温性针叶林和寒温性针叶林的代表类型（陈存根和彭鸿 1996）。
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第二章 研究区概况和研究方法
2.1 研究区概况
秦岭位于我国中部，是我国重要林区之一。分别在陕西太白县太白山林区、洋县长青、佛坪县龙草坪、宁西林业局和宁东林业局选择锐齿栎样地 27 块，油松样地 20块，桦木类样地 18 块和云杉样地 11 块，这些试验地都集中在秦岭植被较好的中西部地区（33°13′- 33°46′N，107°21′- 109°32′E），海拔范围 900-2670 m，土壤类型为棕色森林土。气候为亚热带湿润气候和亚热带山地气候，各研究区概况见表 2-1。
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2.2 研究方法
本研究在不同林区，根据不同的立地条件（海拔、坡向、坡度、坡位）布设面积为 20m×20m 的调查样地 76 块。在各样地内按 S 形选设土壤剖面（每块标准地设 5 个土壤剖面，共 380 个），即在每个样地的四角及中心各设置一个土壤剖面，按其自然发生过程划分为 A、B、C 三层，分层取样，最后按标准地将土样按层混合，以混和样作为分析样。
根据野外调查结果，并参照《西北主要树种培育技术》（罗伟祥等 2007）来划分立地条件等级。海拔按研究树种分布的主要海拔范围和其它海拔范围划分；坡向按正南、西南、东南、正西、正北、东北、西北和正东划分 8 个等级；坡度按缓坡(5°-15°)、斜坡(15°-25°)、陡坡(25°-35°)、急坡(35°-45°)和险坡(>45°)划分 5 个等级；坡位按山脊（根据等高线，由高处向低处凸出的是山脊），上坡位(地形图上距离坡顶 1/3 处)，中坡位(上坡位与下坡位中间的坡面)和下坡位(地形图上距离坡顶大于 2/3 处及其以下的坡面)划分 4 个等级。
土样处理均按常规方法进行（中国土壤学会 1988）。
土壤全氮测定采用凯氏定氮法，土壤有机碳测定采用重铬酸钾外加热法。所有测定均重复两次，所有数据均由中国科学院西北水土保持研究所国家重点实验室测定。
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第三章 立地因子对秦岭南坡主要林分类型土壤 有机碳含量的影响 ............................ 7
3.1 海拔对土壤有机碳含量的影响 ......................... 7
3.2 坡位对土壤有机碳含量的影响 .............................7
第四章 立地因子对秦岭南坡主要林分类型 土壤全氮含量的影响 .............................. 15
4.1 海拔对土壤全氮含量的影响 ..................................... 15
4.2 坡位对土壤全氮含量的影响 .................................. 16
第五章 讨论与结论 ............................... 23
5.1 讨论 .................................. 23
5.2 结论 .................................. 24
第四章 立地因子对秦岭南坡主要林分类型 土壤全氮含量的影响
4.1 海拔对土壤全氮含量的影响
土壤全氮含量和有机质含量是土壤肥力诸因素中很重要的两个因素。秦岭南坡锐齿栎林土壤全氮随海拔的变化与土壤有机碳随海拔的变化一致(图 4-1)，中海拔 A、B、C 三层的全氮含量显著高于低海拔和高海拔对应土层（P < 0.05）。
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第五章 讨论与结论
5.1 讨论
秦岭南坡四种主要林分土壤有机碳含量和全氮含量都是 A 层显著高于 B 层和 C 层（P < 0.05），A 层有机碳和全氮含量高的原因主要树木的根系主要分布在 A 层，侯琳等（2008）、Jobbagy 和 Jackson（2000）和 Berger 等(2002)研究指出，根系的垂直分布和光合产物在枝条和树系的分配共同决定着土壤有机碳和全氮的垂直分布特征，而根系的垂直分布直接影响着输入到各个土层的有机碳和全氮的量。Jobbagy 和 Jackson（2000）还指出森林地上输入部分木质化导致分解速率较慢进而使得森林土壤表层有机碳含量高。Luizao 等（2004）认为土壤表层全氮含量高与土壤表层高的土壤生物活动及其伴随的土壤表层较剧烈矿化过程有关。在研究秦岭马头滩林区土壤有机碳和全氮时，王棣等（2015）也发现各个林分的有机碳、全氮主要集中在 0-10 cm 和 10-20 cm 土层，主要是受地表植被凋落物的矿化分解、转化积累和土壤呼吸等过程的综合影响，各个林分的土壤有机碳储量具有比较明显的表聚作用。
秦岭南坡油松和桦木林土壤有机碳含量都是随海拔的升高而增加，Griffiths 等(2009)研究发现在高海拔土壤中有土壤有机质的积累，他们认为这是由于高海拔土壤温度的降低和土壤水分的增加导致土壤有机质分解减缓。解宪丽等（2004）指出海拔对土壤有机碳密度也有影响，随海拔升高, 气温逐渐降低, 降水量一般先是逐渐增加, 随后又趋减少, 因此土壤有机碳密度也表现出一定的垂直地带性。一般地, 温度和降水量的增加使植被初级生产力增加, 但由于低温抑制土壤有机质的分解, 随着温度增高土壤呼吸作用加强, 有机质的分解加快, 同时蒸发量也在增加, 所以通常低温和潮湿环境的土壤有机碳密度较高, 高温和干旱环境的土壤有机碳密度较低。而我们的研究还发现秦岭南坡锐齿栎林土壤有机碳，中海拔大于低海拔大于高海拔，这可能是由于中海拔的 9 块标准地，有 3 块处于下坡位，山脊上没有标准地，而低海拔的 9 块标准地，有 2块处于下坡位，1 块处于山脊上，高海拔 9 块标准地，有 2 块处于下坡位，2 块处于山脊上，而由下文得知坡位对秦岭南坡锐齿栎林土壤有机碳含量的影响明显：下坡位大于中坡位大于上坡位大于山脊，因此，我们的研究结果与 Griffiths 等(2009)的不同，可进一步推断坡位对秦岭南坡锐齿栎林土壤有机碳含量的影响可以掩盖海拔对其的影响。秦岭南坡锐齿栎林土壤全氮中海拔 A、B、C 三层的全氮含量显著高于低海拔和高海拔对应土层，这也可能是由于标准地所处的坡位不同造成的。秦岭南坡锐齿栎林土壤 A、B、C 三层有机碳含量 20-50 坡度都是随着坡度的增大而显著减少（P < 0.05），Hall (1983)认为这是由于坡度越陡，随着径流迁移走的和被侵蚀掉的土壤有机碳就越多。
参考文献（略）