秦岭太白山北坡土壤有机碳储量的海拔梯度格局

ＡＣＴＡＥＣＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡ

生态学报

Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．２Ｊａｎ．，２０２０

ＤＯＩ：１０．５８４６／ｓｔｘｂ２０１８０８０３１６５９

张彦军，郁耀闯，牛俊杰，龚兰兰．秦岭太白山北坡土壤有机碳储量的海拔梯度格局．生态学报，２０２０，４０（２）：６２９⁃６３９．ＥｃｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０２０，４０（２）：６２９⁃６３９．

ＺｈａｎｇＹＪ，ＹｕＹＣ，ＮｉｕＪＪ，ＧｏｎｇＬＬ．ＴｈｅｅｌｅｖａｔｉｏｎａｌｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｓｔｏｒａｇｅｏｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｏｆＴａｉｂａｉＭｏｕｎｔａｉｎｏｆＱｉｎｌｉｎｇ．Ａｃｔａ

秦岭太白山北坡土壤有机碳储量的海拔梯度格局

张彦军１，２，郁耀闯１，２，∗，牛俊杰２，３，龚兰兰１，２

１宝鸡文理学院地理与环境学院，宝鸡　７２１０１３

２宝鸡文理学院陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室，宝鸡　７２１０１３３太原师范学院汾河流域科学发展研究中心，晋中　０３０６１９

摘要：土壤碳库是陆地生态系统的重要碳库，山区大约占全球２５％的陆地表面积，因此研究山区土壤有机碳储量的变化特征及其影响因素对丰富陆地生态系统土壤碳循环理论具有重要的意义。在秦岭太白山北坡上，海拔高度每隔５０ｍ设置一个采样点，研究土壤有机碳储量的海拔梯度变化特征及其影响因素。海拔梯度对太白山北坡的ＳＯＣＤ影响显著，且不同土层厚度的ＳＯＣＤ均呈现出随着海拔梯度的增加而增加的趋势，增加幅度高达１０％—８８％。不同气候带上的ＳＯＣＤ差异显著，呈现出亚寒带（３．６３ｋｇ／ｍ２）大于寒温带（３．４０ｋｇ／ｍ２）大于温带（３．３９ｋｇ／ｍ２）大于暖温带（３．３０ｋｇ／ｍ２）的趋势。ＳＯＣＤ也因植被带发生显著差异，最小值出现在低山扰动带仅为２．１５ｋｇ／ｍ２，而最大值出现在高山草甸带高达３．６３ｋｇ／ｍ２，平均２．９４ｋｇ／ｍ２。ＳＯＣＤ随着ｃｍ减少到中山区的３３ｃｍ和高山区的１０ｃｍ，相应的总ＳＯＣＤ从低山区的３５．４５ｋｇ／ｍ２减少到中山区的２８．８４ｋｇ／ｍ２和高山区的因此，在秦岭太白山北坡上，除了海拔梯度、气候带、植被带、土层厚度等因素以外，土层深度对土壤有机碳储量的影响不容忽视，这对准确预测该区域的土壤碳储量具有重要的理论和实际意义。关键词：太白山；土壤有机碳密度；土层深度；土层厚度；海拔梯度

土层厚度的增加呈现出减少的趋势，减少幅度为１４％—７０％。在太白山北坡上，随着海拔梯度的增加，土层深度从低山区的７８１２．２９ｋｇ／ｍ２，但是对应单位土层深度上的ＳＯＣＤ却从低山区的０．５１ｋｇ／ｍ２增加到中山区的０．８７ｋｇ／ｍ２和高山区的１．２３ｋｇ／ｍ２。

ＴｈｅｅｌｅｖａｔｉｏｎａｌｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｓｔｏｒａｇｅｏｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｏｆＴａｉｂａｉＭｏｕｎｔａｉｎｏｆＱｉｎｌｉｎｇ

１ＧｅｏｇｒａｐｈｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＢａｏｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｔｓａｎｄＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂａｏｊｉ７２１０１３，Ｃｈｉｎａ

ＺＨＡＮＧＹａｎｊｕｎ１，２，ＹＵＹａｏｃｈｕａｎｇ１，２，∗，ＮＩＵＪｕｎｊｉｅ２，３，ＧＯＮＧＬａｎｌａｎ１，２

２ＳｈａａｎｘｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＤｉｓａｓｔｅｒｓＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄＭｅｃｈａｎｉｓｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＢａｏｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｔｓａｎｄＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂａｏｊｉ７２１０１３，Ｃｈｉｎａ３ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎＦｅｎｈｅＲｉｖｅｒＶａｌｌｅｙ，ＴａｉｙｕａｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｚｈｏｎｇ０３０６１９，Ｃｈｉｎａ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｐｏｏｌｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｃａｒｂｏｎｐｏｏｌｏｆｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓａｒｅａｓａｃｃｏｕｎｔｆｏｒａｂｏｕｔ２５％ｏｆｔｈｅｗｏｒｌｄ′ｓｓｕｒｆａｃｅａｒｅａ．Ｓｔｕｄｙｏｎｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｓｔｏｒａｇｅｉｎｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓａｒｅａｓａｎｄｔｈｅｉｒｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｅｎｒｉｃｈｉｎｇｔｈｅｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｃｙｃｌｅｔｈｅｏｒｙｏｆｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ．ＯｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｏｆｔｈｅＴａｉｂａｉＭｏｕｎｔａｉｎｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇ，ｔｈｅｓａｍｐｌｉｎｇｓｉｔｅｓｗｅｒｅｓｅｔａｔｅｖｅｒｙ５０ｍｅｔｅｒｓａｂｏｖｅｓｅａｌｅｖｅｌｔｏｅｘｐｌｏｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｓｔｏｒａｇｅａｌｏｎｇａｎａｌｔｉｔｕｄｅｇｒａｄｉｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔａｌｔｉｔｕｄｅｇｒａｄｉｅｎｔｈａｄａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｄｅｎｓｉｔｙ（ＳＯＣＤ）．ＴｈｅＳＯＣＤｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｉｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ１０％—８８％ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇａｌｔｉｔｕｄｅｇｒａｄｉｅｎｔ．ＴｈｅｃｌｉｍａｔｅｚｏｎｅａｌｓｏｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅＳＯＣＤ．Ｔｈｅｏｒｄｅｒｗａｓ

基金项目：国家自然科学基金项目（４１８０１０６９）；陕西省科技厅项目（２０１８ＪＱ３０２３）；宝鸡文理学院博士科研启用费项目（ＺＫ２０１７０４１）；陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室项目（２０１０ＪＳ０７４）收稿日期：２０１８⁃０８⁃０３；　　网络出版日期：２０１９⁃１１⁃０４

∗通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｙａｎｊｕｎ＠ｂｊｗｌｘｙ．ｃｎ；ｙｕｙａｏｃｈｕａｎｇ＠１２６．ｃｏｍ

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６３０　生　态　学　报　　　４０卷　

ｓｕｂｆｒｉｇｉｄｚｏｎｅ（３．６３ｋｇ／ｍ２）＞ｃｏｌｄｔｅｍｐｅｒａｔｅｚｏｎｅ（３．４０ｋｇ／ｍ２）＞ｔｅｍｐｅｒａｔｅｚｏｎｅ（３．３９ｋｇ／ｍ２）＞ｗａｒｍｔｅｍｐｅｒａｔｅｚｏｎｅ（３．３０ｋｇ／ｍ２）．ＴｈｅＳＯＣＤｓｈｏｗｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｖａｒｉａｔｉｏｎａｌｏｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｚｏｎｅｓ，ｗｉｔｈａｎａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅｏｆ２．９４ｋｇ／ｍ２．Ｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｖａｌｕｅｏｆ２．１５ｋｇ／ｍ２ｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｔｈｅｌｏｗｍｏｕｎｔａｉｎｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｚｏｎｅ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｏｆ３．６ｋｇ／ａｒｅａ，ｗｈｅｒｅａｓｉｔｗａｓ３３ｃｍａｎｄ１０ｃｍｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅａｎｄｈｉｇｈｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓａｒｅａ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｏｔａｌＳＯＣＤｗａｓ３５．４５ｋｇ／ｍ２ａｐｐｅａｒｅｄｉｎｔｈｅａｌｐｉｎｅｍｅａｄｏｗｚｏｎｅ．ＴｈｅＳＯＣＤｓｈｏｗｅｄａｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｔｒｅｎｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｓｏｉｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｗｉｔｈａ

ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｒａｎｇｅｏｆ１４％—７０％．ＯｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｏｆＴａｉｂａｉＭｏｕｎｔａｉｎ，ｔｈｅｓｏｉｌｄｅｐｔｈｗａｓ７８ｃｍｉｎｔｈｅｌｏｗｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓｍ２，２８．８４ｋｇ／ｍ２，ａｎｄ１２．２９ｋｇ／ｍ２ｉｎｔｈｅｌｏｗ，ｍｉｄｄｌｅ，ａｎｄｈｉｇｈｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓａｒｅａ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｓｏｐｐｏｓｅｄ，ｔｈｅＳＯＣＤｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔ，ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎｔｏｔｈｅｅｌｅｖａｔｉｏｎｇｒａｄｉｅｎｔ，ｃｌｉｍａｔｉｃｚｏｎｅ，ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｚｏｎｅ，ａｎｄｓｏｉｌｓｔｏｒａｇｅｉｎｔｈｉｓａｒｅａ．

ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｏｉｌｄｅｐｔｈｏｎｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｓｔｏｒａｇｅｃａｎｎｏｔｂｅｉｇｎｏｒｅｄｆｏｒａｃｃｕｒａｔｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｃａｒｂｏｎＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＴａｉｂａｉＭｏｕｎｔａｉｎ；ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｄｅｎｓｉｔｙ；ｓｏｉｌｄｅｐｔｈ；ｓｏｉｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓ；ａｌｔｉｔｕｄｅｇｒａｄｉｅｎｔ

ａｔｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅｕｎｉｔｓｏｉｌｉｎｔｈｅｌｏｗ，ｍｉｄｄｌｅ，ａｎｄｈｉｇｈｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓａｒｅａｗａｓ０．５１ｋｇ／ｍ２，０．８７ｋｇ／ｍ２，ａｎｄ１．２３ｋｇ／ｍ２，

半的人类提供生活所需的水分［１⁃２］，其较大的海拔梯度为研究环境变化影响生物地球化学循环过程提供了优越的自然条件［３］。森林生态系统是陆地生态系统的主体，是陆地上最大的碳储存库和碳吸收汇［４］，森林生物量碳贮量达２８３ＧｔＣ，约占全球植被碳储量的７７％，森林土壤的碳贮量约占全球土壤碳储量的３９％［５］。因此，研究山区森林土壤有机碳储量的变化特征及其影响因素对应对未来气候变化具有重要的理论和实际意义。

减少［８⁃９］的趋势，土壤有机碳储量的这种海拔梯度格局可能与植被类型［１０］、气候带［１１］、土壤理化性质［１２］、土壤微环境［１２］、土层厚度［１０］、土壤微生物群落结构和活性［１３］等因素密切相关。除了上述几种因素以外，土层深度也是影响土壤有机碳储量的一个重要因素［１４］。例如，在全球尺度上，０—１００ｃｍ土层内的ＳＯＣ储量大约２３４４×１０１５ＰｇＣ［１５］，因此土层深度对土壤有机碳储量的影响不容忽视，这在土层深度受限的山地生态系统中显得尤为重要［６］。在山地生态系统中，土层深度随着海拔梯度的增加呈现出或者减少［１６⁃１７］或者增加［６，１８］的趋势，但是在该区域中目前很少有研究在较大海拔梯度下探讨土层深度对土壤有机碳储量的影响［６］，这对全面理解山地生态系统的土壤有机碳储量的海拔梯度格局具有作用。因此，在山地生态系统中，在已有的研究基础上进一步深入研究土壤有机碳储量的海拔梯度变化特征及其驱动因素对准确估算该区域的土壤碳储量具有重要的理论和实际意义。

理、地质分界线［１９］。太白山作为秦岭的主峰，是我国东部的最高峰（海拔高度３７６７ｍ），由于山体高大，由山麓到山顶有着明显的气候垂直带谱和复杂完整的植被垂直带谱［２０⁃２１］。在秦岭太白山上，针对海拔梯度的研究主要集中在植被的垂直分布和群落结构调查［２１⁃２２］、叶片光合特性和分解特征研究［２３⁃２４］、土壤肥力状况和成土因素调查［１９，２５］、土壤有机碳储量和土壤呼吸速率特征等方面的研究［２６⁃２７］，然而对于土壤有机碳储量的海拔梯度变化特征及其影响因素的研究相对较少。基于此，本研究在秦岭太白山的北坡上，从山麓到山顶海拔高度每隔５０ｍ设置一个采样点，研究土壤有机碳储量的海拔梯度变化特征及其影响因素，以期为准确估算该区域的土壤有机碳储量提供重要的数据支撑和理论依据。１　材料与方法１．１　研究区域概况

　　太白山位于陕西省西南部眉县、太白县和周至县三县的交界，最高峰拔仙台海拔高度３７６７．２ｍ，垂直落差

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秦岭导致我国南北地区在气候、河流、植被、土壤、农业等方面存在显著的差异，是我国南北最重要的地为１５０２×１０１５ＰｇＣ，而０—２００ｃｍ土层内却含有１９９３×１０１５ＰｇＣ，但是在０—３００ｃｍ土层内的ＳＯＣ储量却高达

已有的研究结果表明，在山地生态系统中随着海拔梯度的增加土壤有机碳储量呈现出或者增加［６⁃７］或者

山区大约占全球２５％的陆地表面积，其至少拥有全球１／３的陆地生态系统植被物种多样性，并为全球一

　２期　　　张彦军　等：秦岭太白山北坡土壤有机碳储量的海拔梯度格局　６３１

３０００多米，地跨北纬３３°４９′０１″—３４°０８′１１″，东经１０７°４１′２３″—１０７°５１′４０″。太白山位于秦岭山脉中段，是秦岭的主峰，也是我国地区中东部第一高峰，其东西长约６１ｋｍ，南北宽约３９ｋｍ，山体近东西向展布。太白山自然地理位置特殊，居暖温带之南缘，亚热带之北界，冬季受蒙古冷气团的控制，夏季受太平洋副高压带的影响。该地区年平均气温１．８—２．１℃，降雨量８００—９００ｍｍ，属性季风气候区。太白山地处中国西北部温带至暖温带的过渡区，四季分明，是典型的内陆季风气候区。太白山海拔梯度大，海拔高度每上升１００ｍ，气温下降约０．２１—０．５８℃，具有显著的气候垂直地带性差异，由高至低依次为亚寒带、寒温带、温带、暖温带，具体详见表１。

表１　不同气候带特征

Ｔａｂｌｅ１　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｌｉｍａｔｉｃｚｏｎｅｓ

海拔高度／ｍＡｌｔｉｔｕｄｅｇｒａｄｉｅｎｔ８００—１３００１３００—２６００２６００—３３５０３３５０—３７６７

气候带Ｃｌｉｍａｔｉｃｚｏｎｅ暖温带温带　寒温带亚寒带

年均降水／ｍｍＡｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ６５０—８００９００—１０００８００—９００７５０—８００

年均气温／℃Ａｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ８．７—１２．７１．７—８．７－２．１—１．８－４．４—２．１

特征

Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ

温和湿润，干湿季分明，蒸发量小于等于降雨量

温凉湿润，冬长夏短，晚霜频繁，植物生长期易遭雪压、雪折和霜冻，蒸发量小于降雨量寒冷潮湿，风大雾多，日夜温差大，蒸发量小于降雨量

寒冷半湿润，风大雾雪多，冬长而无夏，蒸发量小于等于降雨量

太白山是由东太白（拔仙台）、西太白山（鳌山）及其间主脊（跑马梁）和两侧南北延伸的多条支脉构成的组合体，属于褶皱断块高山。受地质构造的控制，太白山北坡极为陡峻，多深切峡谷或嶂谷，由下到上可分为低山区、中山区、高山区三种地貌类型。其中，营头稍南至刘家崖属于黄土覆盖的石质低山区，海拔高度在８００—１５００ｍ之间，起伏的地形，具有黄土地貌和石质山地地貌的综合特征，相对高差不大，黄土覆盖；刘家崖至放羊寺属于石质中山区，海拔高度在１５００—３０００ｍ之间，以峰岭地貌发育为特征；放羊寺至太白山顶峰是以第四纪冰川地貌为特征的高山区，海拔高度在３０００ｍ以上。

太白山植被类型丰富，植被垂直带谱完整，垂直地带性明显，根据植物群落的外貌、种类组成、群落结构及环境特征，由下向上依次可以分为以下６个植被带［１９］：

１）低山扰动带

太白山山麓海拔高度约为６００—１０００ｍ为低山带，人为扰动较大，农田主要以小麦（Ｔｒｉｔｉｃｕｍａｅｓｔｉｖｕｍ）

和玉米（Ｚｅａｍａｙｓ）为主，果园以猕猴桃（Ａｃｔｉｎｉｄｉａｃｈｉｎｅｎｓｉｓ）为主，有散生的栓皮栎（Ｑｕｅｒｃｕｓｖａｒｉａｂｉｌｉｓ）林和侧柏（Ｐｌａｔｙｃｌａｄｕｓｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ）林，陡坡有栎林、混交林和侧柏林等，其中栓皮栎林是山地系统较稳定的植物群落，其群落的均匀度、多样性指数和物种丰富度都比较低。在丘陵农田区常见的散生树木有杨树（Ｐｏｐｕｌｕｓｓｐｐ．）、刺槐（Ｒｏｂｉｎｉａｐｓｅｕｄｏａｃａ⁃ｃｉａ）、柳树（Ｓａｌｉｘｓｐｐ．）、椿树（ＡｉｌａｎｔｈｕｓａｌｔｉｓｓｉｍａＳｗｉｎｇｌｅｈ）等。

２）锐齿栎林带

本带海拔高度约为１０００—２０００ｍ，栎林带在太白山北坡自上而下主要为辽东栎（Ｑｕｅｒｃｕｓｗｕｔａｉｓｈａｎｉｃａ）

林、锐齿槲栎（Ｑｕｅｒｃｕｓａｌｉｅｎａｖａｒ．ａｃｕｔｅｓｅｒｒａｔａ）林和栓皮栎（Ｑｕｅｒｃｕｓｖａｒｉａｂｉｌｉｓｖａｒ．ｖａｒｉａｂｉｌｉｓ）林。辽东栎是一种落叶乔木，喜光，多分布在土层较厚和稍湿润的向阳山坡上，纯林较多，锐齿槲栎和栓皮栎纯林较少。

３）混交林带

本带海拔高度约为２０００—２５００ｍ，是太白山北坡树种最复杂、植被类型最多的地区，主要植物群落有华华山松林主要分布在海拔高度１４００ｍ以上的山地，有纯林，也有与辽东栎林组成的混交林。华山松为常绿乔木，喜光、喜温和凉爽湿润的气候，能适应多种土壤，但对土壤水分要求严格，多分布于阴坡、山脊和山

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山松（Ｐｉｎｕｓａｒｍａｎｄｉｉ）林、栎林和落叶阔叶混交林。

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图１　太白山北坡气候和植被垂直带谱

Ｆｉｇ．１　ＶｅｒｔｉｃａｌｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｃｌｉｍａｔｅａｎｄｖｅｇｅｔａｔｉｏｎａｌｏｎｇａｎａｌｔｉｔｕｄｅｇｒａｄｉｅｎｔｏｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｏｆＴａｉｂａｉＭｏｕｎｔａｉｎｏｆＱｉｎｌｉｎｇ

顶上。

落叶阔叶混交林分布于本带山谷地区，组成种类复杂，层次较多，且层次之间区分不明显。混交林下有不同高度的乔木和灌木；同时在林缘，尤其是沟边，藤本植物非常丰富。

４）桦木林带

太白山北坡海拔高度约在２３００—２６００ｍ之间，生长着红桦（Ｂｅｔｕｌａａｌｂｏ⁃ｓｉｎｅｎｓｉｓ）林及其变种牛皮桦

（Ｂｅｔｕｌａａｌｂｏ－ｓｉｎｅｎｓｉｓｖａｒ．ｓｅｐｔｅｎｔｒｉｏｎａｌｉｓ）林。这两种桦树各自组成纯林，上段与巴山冷杉（Ａｂｉｅｓｆａｒｇｅｓｉｉ）交错分布，下段与华山松交错分布。

红桦林多分布在气候温凉湿润、土壤偏酸性、地形起伏剧烈、植物生长立地条件较差的地区。在土壤非常瘠薄的地方，红桦常常被适应性更强的牛皮桦取代，后者是原生裸地上的先锋树种，能形成原生林。影响牛皮桦林分布的主导因子是坡向和海拔高度。

５）高山针叶林带

高山针叶林带主要分布于海拔高度２５００—３３００ｍ之间，上段为太白红杉（Ｌａｒｉｘｃｈｉｎｅｎｓｉｓ）林，下段主要

是巴山冷杉（Ａｂｉｅｓｆａｒｇｅｓｉｉ）林。林下灌木有松花竹、蒲乐杜鹃、金背枇杷。与巴山冷杉相伴生的乔木有桦树（Ｂｅｔｕｌａｓｐｐ．）及槭树（Ａｃｅｒｓａｃｃｈａｒｕｍ）等。太白红杉主要分布在３０００—３３００ｍ的崩塌陡坡，林下植物较少，以苔草、藓类和地衣为主。

６）高山灌丛草甸

太白山北坡海拔高度在３３００ｍ以上即无乔木分布，此界限以上为２０—３０ｃｍ高的矮型或匍匐性高山灌

木。头花杜鹃（Ｒｈｏｄｏｄｅｎｄｒｏｎｃｅｐｈａｌａｎｔｈｕｍ）灌丛是太白山高山灌丛的主要类型，与其相间分布的是高山柳２０％。近山顶多为危崖峭壁，岩石分化崩塌甚烈，在岩石表面缀生许多壳状地衣，在稍有碎土之地，则有枝状地衣（Ｃｌａｄｏｎｉａｓｐｐ．）。１．２　测定项目及方法１．２．１　土壤样品的采集

ｍ×２０ｍ的样地作为采样点，为了保证样地的代表性，减少局地地形条件对土层深度和土壤有机碳积累等因

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于２０１６年５月至２０１６年９月，在太白山北坡上沿着海拔梯度的变化，海拔高度每升高５０ｍ设置一个２０（Ｓａｌｉｘｃｕｐｕｌａｒｉｓ）灌丛和高山绣线菊（Ｓｐｉｒａｅａａｌｐｉｎａ）灌丛。灌丛群落中常有禾叶蒿草密生，其覆盖度可达

　２期　　　张彦军　等：秦岭太白山北坡土壤有机碳储量的海拔梯度格局　６３３

素的影响［６，１５］，选取的样地尽可能保证坡位、坡向、坡度等地形条件基本接近一致。在每块样地内按Ｓ型或对１０—２０ｃｍ、２０—４０ｃｍ、４０—６０ｃｍ、６０—８０ｃｍ和８０—１００ｃｍ（具体采样深度以实际采样为主，不够１００ｃｍ的采集到母岩为止）６个层次分层采集各层土壤样品，装袋、标记编号。在采样的过程中利用ＧＰＳ定位采样点的海拔高度、地理位置等信息。同时在每个样地内，挖一个深度约为１００ｃｍ的土壤剖面（具体采样深度以实际采样为主，不够１００ｃｍ的采集到母岩为止），除去土壤表层的植物体，利用体积约为１００ｃｍ３的环刀，按照０—１０ｃｍ、１０—２０ｃｍ、２０—４０ｃｍ、４０—６０ｃｍ、６０—８０ｃｍ和８０—１００ｃｍ分层采集土壤，立即带回实验室进行称重，并计算土壤容重（环刀法）。由于是土石山区，土壤中肯定含有不少的石粒，本研究中土壤容重的计算包括石粒，如果在采样过程中遇到母岩，则该层次的土壤样品和土壤容重均不采集。１．２．２　样品分析

新鲜样品混合均匀后，在室内进行自然风干，风干样品过０．１５ｍｍ筛后，测定ＳＯＣ（Ｈ２ＳＯ４⁃Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７外加

角线法随机选取３—５个能代表整个样地的样点进行土壤样品的采集。用土钻（内径３ｃｍ）按０—１０ｃｍ、

热法）含量（ｇ／ｋｇ），土壤容重的测定利用环刀法。１．２．３　土壤有机碳密度的估算

土壤有机碳密度（ＳＯＣＤ）利用下列方程进行计算：

ＳＯＣＤ＝

ＳＯＣｉＢＤｉＤｉ∑ｉ

ｍ

式中，ＳＯＣＤ是土壤有机碳密度（ｋｇ／ｍ２），ＳＯＣｉ是第ｉ层的土壤有机碳含量（ｇ／ｋｇ），ＢＤｉ是第ｉ层的土壤容重１．３　统计分析

（ｇｃｍ－３），Ｄｉ是第ｉ层的土层厚度（ｍ），ｍ是土层的数量。

（１）

利用Ｅｘｃｅｌ软件进行数据的预处理，利用Ｓｉｇｍａｐｌｏｔ软件进行有关基础图件的制作，并用ＳＡＳ软件的ＵＮＩＶＡＲＩＡＴＥｐｌｏｔｎｏｒｍａｌ程序包对ＳＯＣＤ数据进行正态分布检验。利用ＳＡＳ软件对不同海拔梯度、气候带和植被带下的ＳＯＣＤ进行了方差分析（ＧＬＭ），当Ｆ检验显著时再进行３种海拔梯度（低山区、中山区和高山区）、４种气候带（亚寒带、寒温带、温带、暖温带）以及６种植被带（低山扰动带、锐齿栎林带、混交林带、桦木林带、高山针叶林带和高山草甸带）均值间的Ｄｕｎｃａｎ检验。此外，利用ＳＡＳ软件的ＰＲＯＣｒｅｇ程序包对分析获得的ＳＯＣＤ（ｙ）和土壤理化性质（ｘ）进行回归分析（线性和非线性）。２　结果分析

２．１　ＳＯＣＤ变异的影响因子分析

正态分布（Ｗ＝０．８４０４，Ｎ＝６５２，Ｐ＜０．０００１）。进一步的数据分析表明，气候带、山区类型、海拔梯度、土层厚度、气候带和土层厚度的交互作用、气候带与山区类型和土层厚度的交互作用以及气候带与海拔梯度和土层厚度的交互作用均对太白山北坡的ＳＯＣＤ影响显著（Ｐ＜０．０００１，表２）。２．２　海拔梯度和土层厚度对ＳＯＣＤ的影响

海拔梯度对太白山北坡的ＳＯＣＤ影响显著，且不同土层厚度的ＳＯＣＤ均呈现出随着海拔梯度的增加而增加的趋势（图２）。在０—１０ｃｍ土层，ＳＯＣＤ从低山区的３．２３ｋｇ／ｍ２增加到中山区的３．７１ｋｇ／ｍ２和高山区的３．５５ｋｇ／ｍ２，分别增加了１５％和１０％；在１０—２０ｃｍ土层，ＳＯＣＤ从低山区的２．０３ｋｇ／ｍ２增加到中山区的２．３５８８％（图３）。

ｋｇ／ｍ２，增幅达到１６％；在２０—４０ｃｍ土层，ＳＯＣＤ在低山区和中山区分别为３．０８ｋｇ／ｍ２和５．７８ｋｇ／ｍ２，增加了

除了海拔梯度以外，土层厚度也是影响ＳＯＣＤ的一个不可忽视的因素。在太白山北坡上，ＳＯＣＤ基本呈太白山北坡的ＳＯＣＤ的变化范围为０．２４—１４．９９ｋｇ／ｍ２，均值为２．２３ｋｇ／ｍ２，变异系数高达７６％，数据接近

现出随着土层厚度的增加而减少的趋势（图２）。ＳＯＣＤ在０—１０ｃｍ、１０—２０ｃｍ、２０—４０ｃｍ、４０—６０ｃｍ、６０—８０ｃｍ和８０—１００ｃｍ土层依次为３．４１ｋｇ／ｍ２、２．１１ｋｇ／ｍ２、３．６４ｋｇ／ｍ２、１．８３ｋｇ／ｍ２、１．２６ｋｇ／ｍ２和１．０８ｋｇ／ｍ２，

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减少幅度分别为６８％、４９％、７０％、４１％和１４％。

表２　太白山北坡ＳＯＣＤ变异的影响因子方差分析

Ｔａｂｌｅ２　ＶａｒｉａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓｏｆＳＯＣＤｖａｒｉａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｏｆＴａｉｂａｉＭｏｕｎｔａｉｎ

项目ＩｔｅｍｓＱＳＨＴＱ×Ｔ

ｄｆ３５２５７１３２２２

ＳＳ１９４．６１９０９３０８２２．６６６５１２９３０６．９１５８６９０９９．８６８５９６８７．６２４２８１７４１．１４７３６６２

ＭＳ６４．８７３０３１０２０．５７３６８３１１５．８２０５０９９６１．３８３１７３８１４．２６６９４２４３．８１２１４０８２．５８３２５０６

Ｆ３５９．５１１１４．０１３４０．１７７９．０６２１．１３１４．３２８７．６７

Ｐｒ＞Ｆ＜０．０００１＜０．０００１＜０．０００１＜０．０００１＜０．０００１＜０．０００１＜０．０００１

Ｑ×Ｓ×Ｔ

　　Ｑ代表气候带，Ｓ代表山区分类，Ｈ代表海拔梯度，Ｔ土层厚度，ｄｆ代表自由度，ＳＳ代表平方和，ＭＳ代表均方

Ｑ×Ｈ×Ｔ３４０．９８９０７８４

图２　海拔梯度对ＳＯＣＤ的影响

Ｆｉｇ．２　ＥｆｆｅｃｔｏｆａｌｔｉｔｕｄｅｇｒａｄｉｅｎｔｏｎＳＯＣＤｏｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｏｆＴａｉｂａｉＭｏｕｎｔａｉｎ

２．３　气候带对ＳＯＣＤ的影响

在太白山北坡上，气候带对ＳＯＣＤ的影响显著，且基本呈现出亚寒带大于寒温带大于温带大于暖温带的趋势（图４）。在０—１０ｃｍ土层，ＳＯＣＤ在不同气候带间的差异不显著（Ｐ＞０．０５），但也呈现出亚寒带（３．６３ｋｇ／ｍ２）＞寒温带（３．４２ｋｇ／ｍ２）＞温带（３．３９ｋｇ／ｍ２）＞暖温带（３．３０ｋｇ／ｍ２）的趋势；在１０—２０ｃｍ土层，寒温带（２．２４ｋｇ／ｍ２）和温带（２．１３ｋｇ／ｍ２）的ＳＯＣＤ分别是暖温带（１．８６ｋｇ／ｍ２）ＳＯＣＤ的１．２０和１．１５倍；在２０—４０ｃｍ土层，寒温带（６．１２ｋｇ／ｍ２）和温带（３．１９ｋｇ／ｍ２）的ＳＯＣＤ依次较暖温带（２．６５ｋｇ／ｍ２）的ＳＯＣＤ提高了层，ＳＯＣＤ在暖温带和温带之间的差异不显著。

１３１％和２０％；在４０—６０ｃｍ土层，ＳＯＣＤ在暖温带和温带依次为２．１２ｋｇ／ｍ２和１．７３ｋｇ／ｍ２；在６０—１００ｃｍ土

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图３　山区对ＳＯＣＤ的影响

　Ｆｉｇ．３　ＥｆｆｅｃｔｏｆｍｏｕｎｔａｉｎｔｙｐｅｏｎＳＯＣＤｏｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｏｆＴａｉｂａｉＭｏｕｎｔａｉｎ

图４　气候带对ＳＯＣＤ的影响

　Ｆｉｇ．４　ＥｆｆｅｃｔｏｆｃｌｉｍａｔｉｃｚｏｎｅｏｎＳＯＣＤｏｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｏｆＴａｉｂａｉＭｏｕｎｔａｉｎ

２．４　植被带对ＳＯＣＤ的影响

带（３．３８ｋｇ／ｍ２）、高山针叶林带（３．３０ｋｇ／ｍ２）和高山草甸带（３．６３ｋｇ／ｍ２）之间的差异不明显（Ｐ＞０．０５），但是与混交林带（２．８３ｋｇ／ｍ２）和桦木林带（４．１３ｋｇ／ｍ２）的差异明显（Ｐ＜０．０５）；在１０—２０ｃｍ土层，ＳＯＣＤ在桦木林带最高高达２．４６ｋｇ／ｍ２，在低山混交林带最低仅为１．８６ｋｇ／ｍ２，而在锐齿栎林带（２．００ｋｇ／ｍ２）、混交林带（２．１５ｋｇ／ｍ２）和高山针叶林带（２．２３ｋｇ／ｍ２）之间的差异不明显（Ｐ＞０．０５）；在２０—４０ｃｍ土层，较低山扰动带的ＳＯＣＤ而言（２．６５ｋｇ／ｍ２），锐齿栎林带（３．０６ｋｇ／ｍ２）、混交林带（３．２８ｋｇ／ｍ２）、桦木林带（４．８９ｋｇ／ｍ２）和高山针叶林带（５．９７ｋｇ／ｍ２）的ＳＯＣＤ分别提高了１５％、２４％、８５％和１２５％；在４０—６０ｃｍ土层，低山扰动带（２．１２ｋｇ／ｍ２）、混交林带（２．３５ｋｇ／ｍ２）和桦木林带（２．３３ｋｇ／ｍ２）的ＳＯＣＤ分别是锐齿栎林带（１．４２ｋｇ／ｍ２）ＳＯＣＤ依次较锐齿栎林带（１．１８ｋｇ／ｍ２）的ＳＯＣＤ提高了１０％和３５％；在８０—１００ｃｍ土层，混交林带（１．５２ｋｇ／ｍ２）的ＳＯＣＤ分别是低山扰动带（０．９９ｋｇ／ｍ２）和锐齿栎林带（１．０４ｋｇ／ｍ２）ＳＯＣＤ的１．５４和１．４６倍。ＳＯＣＤ的１．４９、１．６５和１．６４倍；在６０—８０ｃｍ土层，低山扰动带（１．３０ｋｇ／ｍ２）和混交林带（１．５９ｋｇ／ｍ２）的

植被带对太白山北坡的ＳＯＣＤ影响显著，在０—１０ｃｍ土层，ＳＯＣＤ在低山扰动带（３．２８ｋｇ／ｍ２）、锐齿栎林

图５　植被带对ＳＯＣＤ的影响

Ｆｉｇ．５　ＥｆｆｅｃｔｏｆｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｚｏｎｅｏｎＳＯＣＤｏｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｏｆＴａｉｂａｉＭｏｕｎｔａｉｎ

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２．５　土层深度对ＳＯＣＤ的影响

在太白山北坡上，随着海拔梯度的增加，土层深度发生了显著的改变（Ｐ＜０．０５），平均从低山区的７８ｃｍ，减少到中山区的３３ｃｍ，然而在高山区仅有１０ｃｍ，减少幅度分别达８７％和７０％（图６）。随着土层深度的改变，总ＳＯＣＤ随着海拔梯度的增加呈现出减少的趋势（Ｐ＜０．０５），且在低山区（３５．４５ｋｇ／ｍ２）和中山区（２８．８４ｋｇ／ｍ２）的总ＳＯＣＤ分别较高山区（１２．２９ｋｇ／ｍ２）的总ＳＯＣＤ减少了６５％和５７％（图６）。但是，相应的单位土层深度上的ＳＯＣＤ却呈现出增加的趋势，从低山区的０．５１ｋｇ／ｍ２，增加到中山区的０．８７ｋｇ／ｍ２，进而增加到高山区的１．２３ｋｇ／ｍ２，增加幅度依次为１４１％和４１％（图６）。

图６　海拔梯度对土层深度和ＳＯＣＤ的影响

Ｆｉｇ．６　ＥｆｆｅｃｔｏｆａｌｔｉｔｕｄｅｇｒａｄｉｅｎｔｏｎｓｏｉｌｄｅｐｔｈｓａｎｄＳＯＣＤｏｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｏｆＴａｉｂａｉＭｏｕｎｔａｉｎ

土层深度、总ＳＯＣＤ和单位土层深度上的ＳＯＣＤ在不同植被带下也具有类似的变化规律，土层深度在低山扰动带下平均９０ｃｍ、在锐齿栎林带下平均为８０ｃｍ、在混交林带下平均为６６ｃｍ、在桦木林带下平均为３８５８％。与此相对应的，总ＳＯＣＤ在不同植被带下呈现出减少的趋势，且总ＳＯＣＤ在低山扰动带下平均为４０．７５ｋｇ／ｍ２、在锐齿栎林带下平均为３４．４１ｋｇ／ｍ２、在混交林带下平均为３３．２５ｋｇ／ｍ２、在桦木林带下平均为３０．６９ｃｍ、在高山针叶林带下平均为２４ｃｍ、而在高山草甸下仅有１０ｃｍ，降低幅度分别高达８９％、８８％、８５％、７４％和

ｋｇ／ｍ２、在高山针叶林带下平均为２０．９３ｋｇ／ｍ２，而在高山草甸下平均仅为１４．５０ｋｇ／ｍ２。但是，单位土层深度上的ＳＯＣＤ在不同植被带下却呈现出增加的趋势，且ＳＯＣＤ在低山扰动带下、锐齿栎林带下、混交林带下、桦木林带下、高山针叶林带下和高山草甸下平均依次为０．４８ｋｇ／ｍ２、０．５１ｋｇ／ｍ２、０．５５ｋｇ／ｍ２、０．８６ｋｇ／ｍ２、０．９１ｋｇ／ｍ２和１．４５ｋｇ／ｍ２，增加幅度分别为６％、１５％、７９％、９０％和２０２％。

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３　讨论

Ｒ２＝０．５１，Ｐ＜０．０００１），这与已有的研究结果基本相类似［６⁃７］。随着海拔梯度的改变（８００—３８００ｍ），土壤微气太白山北坡上的ＳＯＣＤ在不同气候带下呈现出亚寒带＞寒温带＞温带＞暖温带的趋势，这是因为不同气候带下的土壤微环境差异明显，例如年平均土壤温度在四个气候带下依次为０．２２℃、２．７８℃、８．２１℃、１３．７２℃，而较低的土壤温度可能通过降低土壤微生物活动而有利于土壤有机质的积累［２８⁃２９］。此外，太白山北坡上的ＳＯＣＤ因植被带差异明显，而植被主要通过凋落物的输入（地上和地下）和凋落物的生化性质（木质素含量和碳氮比等因素）两个方面影响土壤有机碳的积累［３０⁃３２］，且进一步研究发现，ＳＯＣＤ与地上部凋落物现存量呈现出抛物线关系（ｙ＝－０．００００５ｘ２＋０．０９ｘ－１．６９，Ｒ２＝０．８９，Ｐ＜０．０５）。气候带和植被带的改变必然会导致土壤的理化性质也会发生相应的改变（粘粒含量、土壤容重、土壤温度等因素），而这些因素对ＳＯＣＤ的影响不容忽Ｐ＜０．００１）、土壤ｐＨ（ｙ＝２２．３４ｘ－１０５．５３，Ｒ２＝０．４１，Ｐ＜０．０５）、土壤容重（ｙ＝２０．１７ｘ＋１２．２２，Ｒ２＝０．８９，Ｐ＜０．０１）、土壤温度（ｙ＝１．８７ｘ＋１７．３６，Ｒ２＝０．９０，Ｐ＜０．０００１）均呈线性关系，这与已有的研究结果相类似［３３⁃３４］。视［３３］。通过对数据的进一步挖掘发现，太白山北坡上的ＳＯＣＤ与土壤粘粒含量（ｙ＝４８．２８ｘ＋２．２２，Ｒ２＝０．７０，

本研究结果表明，在太白山北坡上，随着海拔梯度的增加ＳＯＣＤ呈现出增加的趋势（ｙ＝０．００１ｘ＋０．５２，

候、植被带、土壤理化性质也会发生相应的改变，而这些因素均会对ＳＯＣＤ产生影响［３，１０，１２］。研究结果表明，

除了海拔梯度、气候带、植被带、土壤理化性质以外，土层厚度和土层深度也是影响ＳＯＣＤ的一个重要因

素。在本研究中，ＳＯＣＤ基本呈现出随着土层厚度的增加而减少的趋势（图２），且降低幅度高达１４％—７０％，这与已有的研究结果相类似［３０，３５］。ＳＯＣＤ在不同土层厚度下的分布特征可能与地下根系凋落物［３０］、土壤微例如，在砖窑沟小流域内，有研究发现地下根系生物量随着土层厚度的增加呈现出减少的趋势，平均有超过６４％的地下根系生物量分布在０—４０ｃｍ土层，而仅有３６％的地下根系生物量分布在４０—１００ｃｍ土层［３０］。

在太白山北坡上，随着海拔梯度的增加土层深度呈现出减少的趋势，平均从低山区的７８ｃｍ，减少到中山生物群落结构［３６］、土壤水分含量［１７］、土壤温度［１７］以及土壤养分含量［１７］在土壤剖面中的分布特征密切相关。

区的３３ｃｍ，然而在高山区仅有１０ｃｍ，减少幅度分别达８７％和７０％（图６），这与已有的研究结果相类似［１６⁃１７，３７］。例如，在鼎湖山自然保护区内，土层深度的分布范围大概为１８—１０５ｃｍ，集中分布于４５—８０ｃｍ，且土层深度最低分布在海拔高度最高的地点，仅有２０—６０ｃｍ，土层深度最高的分布在山脚（海拔高度最低），高达４５—１００ｃｍ，基本呈现出随着海拔梯度的增加而减少的趋势［３７］。与此相对应，总ＳＯＣＤ随着海拔梯度的增加呈现出减少的趋势，平均总ＳＯＣＤ在中山区和高山区分别减少了６５％和５７％，但是单位土层深度上的ＳＯＣＤ却呈现出增加的趋势，平均单位土层深度上的ＳＯＣＤ在高山区和中山区分别增加了１４１％和４１％（图６），因此在土层深度受限的土石山区土层深度对土壤有机碳储量的影响不容忽视［６］。例如，在全球尺度０—１００ｃｍ土层内（１５０２×１０１５ＰｇＣ）的１．２倍和１．６倍［１５］，这一结论也间接证明了土层深度在估算土壤有机碳储量的重要性［１４］。

土层深度受局地地形条件（坡度、坡向、地形部位）影响显著［３８］，例如张文太课题组以的草地生态系上，土壤有机碳储量在０—３００ｃｍ土层内（２３４４×１０１５ＰｇＣ）分别是在０—２００ｃｍ土层（１９９３×１０１５ＰｇＣ）和

统为研究对象，利用ＧＩＳ技术和相关分析的方法，探讨了海拔高度、坡度、坡向、平面曲率和剖面曲率等５个地形特征参数与土层深度之间的相关性，研究结果表明在塔里木盆地的北部，海拔高度、坡度和坡向与土层深度相关关系均为极显著水平（Ｐ＜０．０１）［３９］。此外，土层深度的这种异质性可以通过土壤水分、土壤养分以及地下空间可利用性等方面对地上植物群落的物种组成和分布产生直接影响［４０］，从而影响土壤有机碳储量的空系凋落物量、土壤微生物群落结构和土壤养分含量等因素的数量差异有关：１）地下根系凋落物量［３５］，例如在现出对数减少的趋势（Ｐ＜０．０５），且在灌木植被、乔木植被、灌草植被以及草本植被下，表层（０—２０ｃｍ）的细

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间分布特征［３０］。不同海拔梯度下，土层深度与土壤有机碳储量之间的关系可能与不同土层深度内的地下根黄土高原丘陵沟壑区的灌木、乔木、灌草以及草本植被下研究发现，地下根系凋落物量随着土层深度的增加呈

６３８　生　态　学　报　　　４０卷　

根凋落物量占剖面（０—１００ｃｍ）根系凋落物量的比例依次为６５％、６３％、６２％和８１％［４１］；２）土壤微生物的群落结构［４２］，例如在黄土高原的人工刺槐林内，土壤微生物数量（放线菌、真菌和细菌）均随着土层深度的增加而呈现出增加的趋势，且表层（０—２０ｃｍ）放线菌的数量分别是中层（２０—５０ｃｍ）和底层（５０—９０ｃｍ）放线菌数量的３倍和２４倍，表层真菌的数量分别是中层和底层真菌数量的２倍和７倍，表层细菌的数量分别是中层和底层细菌数量的１８倍和１８５倍［３６］；３）土壤养分含量，例如在莽山国家森林公园的常绿阔叶林生态系统中，底层（６０—１００ｃｍ）的水解氮、有效磷和有效钾占整个剖面的（０—１００ｃｍ）的比例依次５０％、４５％和９１％［４３］。除了上述的地下根系凋落物量、土壤微生物群落结构和土壤养分含量以外，不同土层深度内的土壤但具体原因有待我们作进一步的试验进行论证。４　结论

太白山北坡上ＳＯＣＤ的变化范围为０．２４—１４．９９ｋｇ／ｍ２，均值为２．２３ｋｇ／ｍ２，变异系数高达７６％，且ＳＯＣＤ温度［１６］、土壤水分含量［１７］以及土壤氧气浓度［３６］的差异也可能导致不同土层深度内的土壤有机碳储量不同，

呈现出随着海拔梯度的增加而增加的趋势。太白山北坡上ＳＯＣＤ的海拔梯度格局与气候带、植被带、土壤理化性质、土层厚度等因素有关。此外，在太白山北坡上土层深度和总ＳＯＣＤ随着海拔梯度的增加呈现出减少的趋势，但是单位土层深度上的ＳＯＣＤ却呈现出增加的趋势。上述研究结果对准确估算土石山区的土壤碳储量具有重要的理论和实际意义。

致谢：感谢王阳妮、张瑜、封旭升对采样和试验给予的帮助，感谢张蓓蓓教授对写作的帮助。

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　２期　　　张彦军　等：秦岭太白山北坡土壤有机碳储量的海拔梯度格局　６３９

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［２４］　尚廉斌，王得祥，樊璐，刘建军，曹支敏，陈增宏．秦岭太白山北坡五种林分凋落叶分解状况初步研究．西北农林科技大学学报：自然科［２５］　佘雕，朱盼盼，程苗苗，李浩宏，耿增超．太白山不同林分土壤肥力状况比较研究．西北林学院学报，２０１１，２６（４）：７⁃１２．

［２６］　郭建明，胡理乐，林伟，郑博福，李俊生．秦岭太白红杉林土壤有机碳密度研究．环境科学研究，２０１０，２３（１２）：１４６４⁃１４６９．

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Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１８，１２４：２１８⁃２２６．

［２８］　ＯｌｄｆｉｅｌｄＥＥ，ＣｒｏｗｔｈｅｒＴＷ，ＢｒａｄｆｏｒｄＭＡ．Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｉｄｅｎｔｉｔｙａｎｄａｍｏｕｎｔｏｖｅｒｗｈｅｌｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｆｆｅｃｔｓｏｎｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．ＳｏｉｌＢｉｏｌｏｇｙａｎｄ［２９］　ＷａｎｇＱＫ，ＬｉｕＳＥ，ＴｉａｎＰ．Ｃａｒｂｏｎｑｕａｌｉｔｙａｎｄｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｌａｔｉｔｕｄｉｎａｌｐａｔｔｅｒｎｉｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌ［３０］　张彦军，郭胜利．复杂地形条件下根系对土壤有机碳的贡献．环境科学，２０１９，４０（２）：９６１⁃９６９．

ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｐｐｒｏａｃｈ．Ｇｅｏｄｅｒｍａ，２００２，１０７（１／２）：１０９⁃１４１．

ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎａｃｒｏｓｓＣｈｉｎｅｓｅｆｏｒｅｓｔｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ．ＧｌｏｂａｌＣｈａｎｇｅＢｉｏｌｏｇｙ，２０１８，２４（７）：２８４１⁃２８４９．

［３１］　ＲｏｖｉｒａＰ，ＶａｌｌｅｊｏＶＲ．Ｌａｂｉｌｅａｎｄｒｅｃａｌｃｉｔｒａｎｔｐｏｏｌｓｏｆｃａｒｂｏｎａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｉｎｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｄｅｃｏｍｐｏｓｉｎｇａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｐｔｈｓｉｎｓｏｉｌ：ａｎａｃｉｄ［３２］　ＨｕＹＬ，ＺｅｎｇＤＨ，ＭａＸＱ，ＣｈａｎｇＳＸ．Ｒｏｏｔｒａｔｈｅｒｔｈａｎｌｅａｆｌｉｔｔｅｒｉｎｐｕｔｄｒｉｖｅｓｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎａｆｔｅｒａｆｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎｏｎａｍａｒｇｉｎａｌ［３３］　薛丽佳，高人，杨玉盛，尹云锋，马红亮，刘燕萍．武夷山土壤有机碳和黑碳的分配规律研究．林业科学研究，２０１１，２４（３）：３９９⁃４０３．［３４］　姜泽宇．长白山森林土壤有机碳空间分布及其矿化特征研究［Ｄ］．延吉：延边大学，２０１６．

［３５］　ＷａｎｇＺＱ，ＧｕｏＳＬ，ＳｕｎＱＱ，ＬｉＮＮ，ＪｉａｎｇＪＳ，ＷａｎｇＲ，ＺｈａｎｇＹＪ，ＬｉｕＱＦ，ＷｕＤＦ，ＬｉＲＪ，ＤｕＬＬ，ＺｈａｏＭ．Ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ［３６］　张社奇，王国栋，田鹏，郭满才．黄土高原刺槐林地土壤微生物的分布特征．水土保持学报，２００４，１８（６）：１２８⁃１３１．

ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆａｒｔｉｆｉｃｉａｌａｎｄｎａｔｕｒａｌｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｈｉｌｌｙｒｅｇｉｏｎｓｏｆＬｏｅｓｓＰｌａｔｅａｕ．ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５，８２：５４７⁃５５４．ｃｒｏｐｌａｎｄ．ＦｏｒｅｓｔＥｃｏｌｏｇｙａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，２０１６，３６２：３８⁃４５．

［３７］　方运霆，莫江明，ＢｒｏｗｎＳ，周国逸，张倩媚，李德军．鼎湖山自然保护区土壤有机碳贮量和分配特征．生态学报，２００４，２４（１）：１３５⁃１４２．［３８］　李晓莎，许中旗，赵娱，李校．冀北山地干旱阳坡土壤厚度及土壤养分的空间异质性．河北农业大学学报，２０１８，４１（１）：２４⁃３０，４８⁃４８．［３９］　柴强，盛建东，武红旗，刘耘华，张文太．草地土壤厚度及与地形特征的相关性．中国草地学报，２０１５，３７（５）：１８⁃２３．

（１０）：２０２３⁃２０３２．

［４０］　李周，赵雅洁，宋海燕，张静，陶建平，刘锦春．喀斯特土层厚度异质性对草地群落结构和优势种生长的影响．草业科学，２０１７，３４［４１］　王彦丽．不同植被恢复措施下剖面根系与ＳＯＣ的分布特征．水土保持研究，２０１３，２０（６）：１９⁃２３，４３⁃４３．

ａｎｄＢｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１８，１２１：１５４⁃１６４．

［４２］　ＨｓｉａｏＣＪ，ＳａｓｓｅｎｒａｔｈＧＦ，ＺｅｇｌｉｎＬＨ，ＨｅｔｔｉａｒａｃｈｃｈｉＧＭ，ＲｉｃｅＣＷ．Ｖｅｒｔｉｃａｌｃｈａｎｇｅｓｏｆｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎｃｌａｙｐａｎｓｏｉｌｓ．ＳｏｉｌＢｉｏｌｏｇｙ［４３］　谢寄托．莽山常绿阔叶林土壤养分分布规律研究［Ｄ］．长沙：中南林业科技大学，２０１４．

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