全 文 ：内蒙古自治区土壤有机碳、氮蓄积量的空间特征 3
陈庆美1 　王绍强2 3 3 　于贵瑞2
(1 北京师范大学资源与环境科学系 ,北京 100875 ;2 中国科学院地理科学与资源研究所 ,北京 100101)
【摘要】　采用全国第二次土壤普查中内蒙古自治区的典型土种剖面资料 ,在剖面深度的基础上 ,用地统计
学和地理信息系统 ( GIS)方法 ,分别按土壤类型和土地覆被类型计算了土壤有机碳、氮密度 ,分析了内蒙
古自治区土壤有机碳、氮蓄积量的空间分布特征 ,探讨了土壤有机碳、氮蓄积量与主要气候要素的关系. 结
果表明 ,内蒙古自治区土壤有机碳密度处于 3. 24～43. 24 kg·m - 3之间 ,土壤有机氮密度处于 269. 56～
3085. 60g·m - 3之间 ,土壤碳、氮比 (C/ N)大致在 4. 46～17. 13 之间. 土壤有机碳、氮密度与温度呈负相关 ,
相关系数分别为 0. 557 和 0. 460 (n = 245) ;与年均降水量呈正相关 ,但相关性不是很强 ,相关系数分别为
0. 285 和 0. 203. 从内蒙古自治区东北地区到西南地区 ,土壤有机碳、氮蓄积量随着温度递升和降水量递减
呈现降低的趋势.
关键词 　土壤碳氮循环 　碳密度 　氮密度 　碳氮比
文章编号 　1001 - 9332 (2003) 05 - 0699 - 06 　中图分类号 　P467 ,S159. 2 　文献标识码 　A
Spatial characteristics of soil organic carbon and nitrogen in Inner Mongolia. CHEN Qingmei1 ,WAN G Shao2
qiang2 , YU Guirui2 (1 Depart ment of Resources and Envi ronmental Science , Beijing Norm al U niversity , Bei2
jing 100875 , China ;2 Institute of Geographial Sciences and N atural Resources Research , Chinese Academy of
Sciences , Beijing 100101 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2003 ,14 (5) :699～704.
Studies on the amount and spatial distribution of soil organic carbon/ nitrogen in Inner Mongolia and their rela2
tionship to main climate factors showed that the content of soil organic carbon and nitrogen was 3. 24～43. 24 kg
·m - 3 and 269. 56～3085. 60 g·m - 3 ,respectively , and the C/ N ratio was about 4. 46～17. 13. The correlation
between soil organic carbon/ nitrogen and temperature was negative , and R was 0. 557 and 0. 460 ,respectively.
Soil organic carbon/ nitrogen had a weak positive correlation to precipitation , and R was 0. 285 and 0. 203. Soil
organic carbon and nitrogen appeared a reducing trend with increasing temperature and decreasing precipitation
from northeast to southwest .
Key words 　Soil carbon/ nitrogen cycle , Carbon density , Nitrogen cycle , C/ N ratio.3 中国科学院地理科学与资源研究所知识创新工程主干科学计划专
题“中国陆地生态系统土壤有机碳蓄积估算”(CXIO G2E01202202) 和
中国科学院“百人计划”生态系统管理的基础生态学过程研究项目.3 3 通讯联系人. E2mail : wangsq @lreis. ac. cn.
2002 - 09 - 13 收稿 ,2003 - 01 - 06 接受.
1 　引 　　言
碳循环是全球变化研究中的核心内容[27 ] ,在陆
地生态系统中 ,土壤圈的碳、氮循环是全球生物地球
化学循环的重要组成部分[4 ] . 然而 ,土壤碳、氮循环
的不确定性也是最大的[2 ,20 ,21 ] . 因此 ,通过土壤普
查获得大量土壤剖面的空间和属性信息以及环境变
量信息 ,对于土壤碳、氮循环的研究具有重要的作
用[1 ,26 ] . 基于土壤普查资料 ,我国国家或大区域尺
度的土壤碳蓄积量已经被估算[7 ,15 ,24～27 ] ,由于研究
的空间范围较大 ,在一定程度上忽略了区域尺度的
土壤碳、氮蓄积量细节. 因为土壤理化特性的空间变
异性较大 ,所以需要开展更多区域或局地尺度的土
壤碳、氮蓄积量的研究 ,减少国家或全球尺度碳循环
研究中的不确定性.
我国科学家对内蒙古自治区的环境变化和土壤
碳循环做了大量研究. 例如 ,草原土壤退化进程及其
评价指标[13 ] 、锡林河流域羊草草原生态系统碳素循
环[12 ] 、锡林河流域大针茅草原土壤呼吸和凋落物分
解的 CO2 排放速率[3 ] 、典型草地 CO2 、N2O、CH4 通
量的同时观测及其日变化的研究[6 ] 、主要植被类型
与气候因子间的关系[17 ] 、锡林河流域主要类型草
原土壤中 CH4 和 CO2 浓度的变化[9 ] 、土壤中有机
碳、全氮和固定态铵的贮量[4 ] . 大多数研究主要集
中在草原生态系统上 ,对土壤碳、氮蓄积量的研究较
少. 因此 ,本文采用全国第二次土壤普查内蒙古自治
区的资料 ,研究内蒙古自治区土壤有机碳、氮蓄积量
的空间格局 ,分析气候因素与土壤有机碳、氮蓄积量
之间的相关关系 ,进一步理解内蒙古自治区碳、氮蓄
积量的空间特征及控制因素.
2 　研究地区与方法
211 　研究地区概况
　　内蒙古自治区地处我国北部边疆 ,呈狭长形 ,南北跨纬
应 用 生 态 学 报 　2003 年 5 月 　第 14 卷 　第 5 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,May 2003 ,14 (5)∶699～704
度 15°59′,东西跨经度 28°52′,大部分地区属于温带大陆性
季风气候区 ,只有大兴安岭北段地区属于寒温带大陆性季风
气候[17 ] . 从东北到西北 ,随着降水量的减少和温度的上升 ,
分布着温带山地针叶落叶林、草甸草原、典型草原、荒漠草原
和戈壁 ,土地利用以牧草地和旱作耕地为主 ,表现了东亚中
纬度温带最显著与关键性的气候变化因素 ———降水与湿润/
干燥度的梯度[20 ] ,并与之对应有不同类型的土壤 [6 ] . 内蒙古
草原是全球典型的中纬度半干旱温带草原生态类型 ,在温带
草原中具有代表性并位于国际地圈2生物圈计划 ( IGBP)全球
变化研究典型陆地样带中国东北陆地样带之内 ,是全球变化
最为敏感的区域[6 ] . 同时 ,由于气候干旱以及人为开垦破坏 ,
生态环境更加脆弱 ,而且内蒙古中西部是华北地区沙尘天气
和沙尘暴的主要发源地 ,水土流失和荒漠化造成土壤肥力的
丧失 ,也降低了该地区土壤有机碳、氮的蓄积 ,因此估算内蒙
古自治区土壤碳、氮蓄积量是分析导致土壤有机碳、氮量损
失的基础.
212 　数据来源
全国第二次土壤普查内蒙古土种志中共收集了 245 个
典型剖面 ,770 个土样[8 ] . 内蒙古自治区土壤类型共有 19
个 ,包括 46 个土壤亚类 ,主要土壤类型有棕壤、暗棕壤、褐
土、黑钙土、栗钙土等. 第二次土壤普查中内蒙古自治区典型
土种剖面主要集中分布在乌海以东、通辽以西、阿巴嘎旗以
南的地区 ,即温带草原和草甸地区 ,215 个土壤剖面分布在
北纬 45°以南和东经 105°以东地区 ,西部荒漠地区和东北部
山区的土壤剖面很少 ,河套地区和宁城附近农田土壤采样点
较多 (图 1) . 全国第二次土壤普查典型土种志中 ,内蒙古自
治区采样密度为 2. 11 个·106 hm - 2 ,而全国土壤采样密度为
2. 82 个·106 hm - 2 ,说明内蒙古自治区的土壤样本数量仍然
是偏低的. 由于在土壤普查数据中 ,大部分土壤剖面没有测
定土壤容重 ,因而容重数据主要来自于文献 [26 ] . 容重是土壤
的一个具有较长时间变异性的动态属性 ,容重变异性的影响
因素包括气候、质地、团聚体和土壤有机碳含量 [10 ] ,因而容
重也成为土壤有机碳、氮蓄积量估算不确定性的一个重要因
素[1 , 10 ] .
213 　计算方法
　　国内外大部分土壤有机碳密度是以 1m 深度为计算参
照标准的 ,单位为 kg·m - 2或 mg·hm - 2 [19 ] ,即单位面积 1m
深度的土壤有机碳质量. 尽管采用这种密度便于结果之间的
对比分析 ,但是不同深度土层的有机质含量也是不同的 ,实
际上有许多土壤都比较厚 ,而且心土层含有大量的碳 (有机
的和无机的) ,尽管有机碳含量随土壤深度降低 ,但是在 1m
以下的心土层中的碳也是总碳库的重要组成部分 [23 ] . 有的
科学家已经开始采用不同的密度来估算全球土壤有机碳、氮
蓄积量[20 ] ,即单位体积土壤有机碳质量或重量 ,单位为 kg·
m
- 3
.土壤是呈连续状态分布于地球表面的 ,土壤厚度是逐
渐变化的 ,但是同一环境背景地区同类型的土壤厚度大致差
异不大 ,因而本文采用实测土壤剖面深度计算土壤的有机
碳、氮密度.
　　根据典型剖面的地点描述和土壤类型划分 ,将 245 个剖
面按照土壤类型和土地覆被类型聚类 ,计算土壤有机碳密度
和氮密度. 采用 Pearson 相关分析方法和模块[16 ] ,分析内蒙
古自治区土壤碳、氮密度与年均温度和降水量之间的相关关
系 ,建立碳、氮密度与年均温度、降水量之间的回归拟合方
程. R2 是判断回归曲线拟合程度的一个重要判定指标 [16 ] ,
根据实测数据 ,用 5 种线性和非线性 (包括线性、指数、多项
式、对数、乘幂)方程分别对每一个土壤剖面有机碳、氮分布
单独进行回归拟合 ,综合考虑复相关系数 R2 和标准差.
图 1 　内蒙古自治区典型土种剖面的空间分布
Fig. 1 Spatial distribution of typical soil profiles in Inner Mongolia.
　　基于有限的实测数据 ,大多数研究者采用了较为简单易
行可靠的方法 ,对于有 n 个土层的单个土种或土壤剖面 ,有
机碳密度 (C)的计算公式如下 :
　　C =
∑
n
i = 1
0. 58 HiB i Oi
∑
n
i = 1
Hi
(1)
其中 , C 为土壤剖面的碳密度 ( kg·m - 3) , Hi 为第 i 层土壤
的厚度 (cm) , Bi 是第 i 层土壤的容重 (kg·m - 3) , Oi 为该第
i 层的有机质含量 ( %) ,0. 58 是国际上通用的土壤有机质中
的碳含量比例[26 ] . 对土层碳密度依次进行厚度权重计算得
到单个土种剖面的碳密度 ,再以土种面积为权重 ,推算亚类
碳密度. 由于内蒙古自治区土种志中所列土种面积之和并不
完全等于该区所属亚类的总面积 ,因此会给计算带来一定误
差. 土壤有机氮密度通过全氮含量、容重、土层厚度计算氮蓄
积量 ,基本步骤与土壤碳密度的计算一致. 用 t 检验来计算
土壤碳、氮密度的误差范围 ,公式为 :
　　Error = tSD
sqrt ( n) (2)
其中 , Error 是土壤碳、氮密度的误差范围 , t 是显著性概率
0. 05 水平下的分布值 (95 %的置信度) , SD 为土壤亚类或某
一土地覆被类型碳、氮密度的标准差 , n 为土壤亚类或某土
地覆被类型的自由度 (样本数) .
007 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
3 　结果与讨论
311 　土壤有机碳、氮密度统计特征
　　采用内蒙古自治区 245 个土种的土壤碳、氮密
度、碳/ 氮比和厚度进行统计分析 (表 1) . 一般来说 ,
表 1 　内蒙古自治区土壤有机碳、氮密度统计特征
Table 1 Statistic character of soil organic carbon and nitrogen density
in Inner Mongolia
项目
Item
碳密度
C density
(kg·m - 3)
氮密度
N density
(g·m - 3)
碳氮比
C/ N
厚度
Depth
(cm)
样本数 Number 245 245 245 245
平均值 Mean 10. 21 1006. 73 9. 50 111. 82
平均值的标准误 Std.error of mean 0. 55 49. 79 0. 21 2. 00
标准差 Std. deviation 8. 55 779. 39 3. 31 31. 23
最小值 Minimum 0. 74 75. 49 1. 64 28. 00
最大值 Maximum 61. 22 5906. 72 26. 24 220. 00
土壤碳/ 氮比范围大致处于 2～70 之间 ,在此分布范
围以外的 C/ N 比在其他分析中应作为特异值处
理[1 ] .
　　所有土壤亚类中 ,暗灰色森林土亚类的土壤有
机碳密度最大为 43. 24kg·m - 3 ,其土壤有机氮密度
也最大 ,为 3085. 60 g·m - 3 ,C/ N 比为 12. 31 ,但只
有 1 个样本 (表 2) . 脱潮土亚类的土壤有机碳密度
最小 ,为 3. 24 ±0. 96 kg·m - 3 ,其土壤有机氮密度为
366. 85 ±117. 32 g·m - 3 ,C/ N 比为 7. 30 ,共有 7 个
样本 (表 2) . 草甸碱土亚类的土壤有机氮密度最小 ,
为 269. 56 g·m - 3 ,其土壤有机碳密度为 3. 58 kg·
m
- 3
,C/ N 比为 5. 62 ,也只有一个土种样本 ,无法计
算其精度.
表 2 　土壤亚类碳氮密度及碳氮比
Table 2 Soil organic carbon and density , C/ N ratio under soil taxonomy
土壤类型
Soil types
土壤亚类
Suborder types
样本
Species n
厚度 Depth
cm s. d
容重 Bulk
density
(g·cm - 3)
碳密度 C density
kg·cm - 3 ±
氮密度 N density
g·cm - 3 ±
C/ N
棕壤 Brown earths 棕壤 Brown earths 3 126 26. 76 1. 39 15. 26 10. 34 394. 65 400. 09 6. 48
潮棕壤 Aquic brown earths 2 153 3. 54 1. 49 8. 16 7. 34 690. 83 503. 02 10. 06
暗棕壤 Dark2brown earths 暗棕壤 Dark2brown earths 3 103 7. 51 1. 08 28. 58 19. 51 1851. 87 961. 06 12. 93
草甸暗棕壤 Meadow dark2brown earths 2 119 44. 55 1. 23 22. 37 8. 14 1528. 39 3055. 40 10. 86
褐土 Cinnamon soils 褐土 Cinnamon soils 3 137 15. 28 1. 39 5. 83 2. 42 570. 96 277. 42 9. 78
石灰性褐土 Calcic cinnamon soils 4 94 57. 93 1. 42 5. 27 5. 51 492. 37 625. 90 9. 00
淋溶褐土 Leached cinnamon soils 2 140 14. 14 1. 43 5. 74 1. 88 473. 87 90. 31 8. 65
潮褐土 Aquic cinnamon soils 1 147 0 1. 41 5. 54 0 535. 61 0 10. 17
灰褐土 Gray2cinnamon soils 灰褐土 Gray2cinnamon soils 2 88 67. 18 1. 30 14. 80 27. 53 1496. 88 2627. 19 10. 34
淋溶灰褐土 Leached gray2cinnamon soils 2 54 35. 36 1. 30 14. 90 42. 79 1279. 17 3093. 66 10. 49
石灰性灰褐土Leached gray2cinnamon soils 3 100 0 1. 10 4. 09 0. 63 469. 07 92. 08 8. 85
黑土 Black soils 黑土 Black soils 3 78 6. 66 1. 31 24. 15 8. 08 2016. 57 368. 31 10. 32
草甸黑土 Meadow black soils 4 95 41. 68 1. 27 31. 65 14. 40 2568. 74 1025. 16 12. 34
灰色森林土 Gray forest soils 灰色森林土 Gray forest soils 5 66 5. 76 1. 28 31. 10 8. 42 2775. 77 967. 94 10. 93
暗灰色森林土 Dark gray forest sois 1 96 0 1. 28 43. 24 0 3085. 60 0 12. 31
黑钙土 Chernozems 黑钙土 Chernozems 7 101 43. 78 1. 30 21. 65 3. 03 2073. 98 355. 68 16. 07
淋溶黑钙土 Leached chernozems 1 110 0 1. 13 18. 11 0 1386. 10 0 13. 58
石灰性黑钙土 Calcic chernozems 3 95 22. 85 1. 33 24. 50 18. 47 1847. 19 1072. 44 12. 58
淡黑钙土 Light chernozems 1 100 0 1. 30 12. 74 0 1119. 30 0 11. 20
草甸黑钙土 Meadow chernozems 5 108 26. 83 1. 29 25. 19 7. 93 2237. 56 1314. 64 11. 15
栗钙土 Castanozems 暗栗钙土 Dark castanozems 14 99 28. 27 1. 24 10. 73 2. 61 1131. 88 176. 30 10. 10
栗钙土 Castanozems 23 100 27. 52 1. 24 10. 29 5. 05 777. 94 150. 88 10. 67
淡栗钙土 Light castanozems 11 87 21. 51 1. 24 6. 36 1. 26 759. 42 158. 17 8. 75
草甸栗钙土 Meadow castanozems 8 107 21. 05 1. 49 12. 17 2. 09 1274. 77 230. 48 9. 07
栗褐土 Castano2cinnamon soils 栗褐土 Castano2cinnamon soils 1 77 0 1. 52 9. 55 0 899. 17 0 10. 52
淡栗褐土 Light castano2cinnamon soils 5 138 21. 68 1. 51 6. 55 0. 73 620. 56 79. 34 6. 77
潮栗褐土 Aquic castano2cinnamon soils 5 132 20. 07 1. 51 7. 05 2. 15 648. 15 222. 49 10. 91
棕钙土 Brown caliche soils 棕钙土 Brown caliche soils 3 105 8. 08 1. 40 5. 68 2. 80 578. 14 297. 02 9. 91
草甸棕钙土 Meadow brown caliche soils 2 150 0 1. 40 3. 56 0. 43 375. 71 85. 34 7. 64
灰钙土 Sierozems 淡灰钙土 Light sierozems 2 125 35. 36 1. 35 5. 48 5. 03 551. 16 339. 64 10. 80
新积土 Neo2alluvial soils 新积土 Neo2alluvial soils 4 134 19. 74 1. 33 5. 96 2. 03 713. 13 1558. 45 11. 13
冲积土 Alluvial soils 3 117 2. 52 1. 33 3. 87 4. 87 415. 21 322. 47 5. 74
草甸土 Meadow soils 草甸土 Meadow soils 6 114 28. 40 1. 34 20. 79 12. 02 1528. 94 1020. 72 11. 95
石灰性草甸土 Calcic meadow soils 13 125 33. 30 1. 33 9. 52 2. 48 961. 32 301. 21 7. 78
盐化草甸土 Salinized meadow soils 4 129 51. 21 1. 42 4. 68 5. 67 421. 12 716. 53 11. 97
碱化草甸土 Alkalized meadow soils 2 112 4. 24 1. 44 7. 09 3. 22 703. 31 473. 73 8. 65
潮土 Fluvo2aquic soils 潮土 Fluvo2aquic soils 34 130 31. 93 1. 37 4. 84 1. 48 799. 40 276. 51 8. 13
脱潮土 Demoisted fluvo2aquic soils 7 121 23. 53 1. 38 3. 24 0. 96 366. 85 117. 32 7. 30
盐化潮土 Salinized fluvo2aquic soils 7 129 26. 73 1. 34 5. 37 3. 40 478. 83 278. 75 5. 08
灌淤潮土 Cumulated irrigated fluvo2aquic soils 9 123 18. 78 1. 36 11. 34 3. 50 1213. 06 447. 69 11. 55
沼泽土 Bog soils 草甸沼泽土 Meadow bog soils 2 108 3. 54 1. 20 14. 48 4. 74 1234. 08 863. 30 9. 35
泥炭土 Peat soils 低位泥灰土 Low peat soils 2 144 2. 12 0. 84 30. 42 21. 68 1754. 68 2921. 40 17. 13
草甸盐土 Meadow solonchaks 草甸盐土 Meadow solonchaks 8 99 1. 77 1. 16 4. 81 1. 18 1178. 54 1580. 67 4. 60
碱化盐土 Alkalinzed soloncharks 3 100 0 1. 43 5. 69 1. 94 555. 83 153. 45 4. 46
碱土 Solonetzs 草甸碱土 Meadow solonetzs 1 100 0 1. 43 3. 58 0 269. 56 0 5. 62
灌淤土 Irrigated silting soils 潮灌淤土 Aquic irrigation silting soils 9 106 16. 67 1. 34 6. 17 1. 87 892. 52 265. 76 8. 38
1075 期 　　　　　　　　　　　　陈庆美等 :内蒙古自治区土壤有机碳氮蓄积量的空间特征 　　　　　　　
表 3 　土地覆被类型碳氮密度及碳氮比
Table 3 Soil organic carbon and nitrogen density , C/ N ratio under land2cover types
土地覆被类型
Land cover types
样本
Species n
厚度 Depth
cm s. d
容重 Bulk
density
(g·cm - 3)
碳密度 C density
kg·m - 3 ±
氮密度 N density
kg·m - 3 ±
C/ N
温带灌木、半灌木荒漠 3 117 28. 87 1. 36 5. 76 2. 47 575. 39 169. 49 10. 28
Temperate shrubby and semi2shrubby desert
温带高寒草甸 32 110 20. 56 1. 31 13. 23 2. 51 1112. 22 389. 86 9. 28
Alpine and subalpine meadow , locally
combined with scrub in temperate zone
温带禾草、杂类草草原 17 100 30. 72 1. 26 18. 36 4. 60 1708. 70 507. 59 14. 64
Temperate forb2grass
steppe and xeromesophytic meadow
温带丛生禾草草原 Temperate needlegrass steppe 15 103 27. 14 1. 27 8. 55 2. 54 927. 59 201. 01 8. 62
温带山地矮禾草、矮半灌木草原 4 77 30. 86 1. 17 22. 67 22. 22 1825. 16 1773. 47 11. 60
Montane dwarf shrubby or dwarf semi2shrubby
needlegrass steppe in temperate zone
温带高寒草原 13 102 38. 00 1. 38 11. 18 1. 99 1036. 78 193. 65 1. 35
High mountain steppe in temperate zone
温带山地落叶小叶林 13 100 30. 44 1. 32 27. 22 7. 79 1794. 55 598. 00 11. 61
Microphyllous deciduous forest in temperate zone
寒温带、温带山地落叶针叶林 2 110 56. 57 1. 36 11. 09 19. 44 818. 61 903. 14 8. 80
Needle2leaf deciduous forest in cold2temperate
or on mountains in temperate zone
温带落叶灌丛、矮林 4 69 29. 15 1. 45 11. 61 9. 51 1115. 99 952. 94 10. 63
Broadleaf deciduous scrub in temperate zone
水田 Wetland 2 144 2. 12 0. 84 30. 42 21. 68 1754. 68 2921. 40 17. 13
旱地 Dryland 140 118 31. 03 1. 36 10. 06 1. 25 934. 12 107. 37 9. 27
　　在土地覆被类型中 ,水田土壤有机碳密度最大 ,
为3 0 . 4 2 ±2 1 . 6 8 kg·m - 3 , C/ N比也是最大 ,为
17. 13 ,氮密度为 1754. 68 ±2921. 40 g·m - 3 ,但仅有
2 个样本 ,误差范围很大 (表 3) . 土壤有机氮密度最
大的是温带山地矮禾草、矮半灌木草原 ,为 1825. 16
±1773. 47g·m - 3 . 土壤有机碳氮密度最小的为温带
灌木、半灌木荒漠 ,其土壤有机碳、氮密度分别为
5. 76 ±2. 47kg·m - 3 、575. 39 ±169. 5g·m - 3 ,C/ N 比
为 10. 28 (表 3) . 内蒙古主要土地覆被类型的土壤碳
密度随降水量减少而逐渐降低 ,从大到小的主要类
型依次是温带山地落叶小叶林2温带山地矮禾草、矮
半灌木草原2温带禾草、杂类草草原2温带高寒草甸2
温带落叶灌丛、矮林2温带高寒草原2旱地2温带丛生
禾草草原2温带灌木、半灌木荒漠. 碳氮比最大为水
田的 17. 13 ,温带高寒草原的碳氮比最小 ,为 1. 35.
由于各个土地覆被类型样本数的较大差异 ,误差范
围变化很大.
313 　土壤有机碳、氮密度的空间分布特征
　　土壤有机碳、氮蓄积量主要受气候和质地因素
的影响[14 ] . 从内蒙古自治区东北到西南 ,年平均温
度由牙克石地区的 0～1 ℃逐渐上升到乌海地区的 6
～7 ℃,年平均降水量从 400～450mm 下降到 200～
250mm (图 2C、D) . 土壤有机碳密度从东北地区的
21～27kg·m - 3 逐渐过渡到西南地区的 3～9kg·
m
- 3
,土壤有机氮密度从东北地区的 1500～1800 g·
m
- 3逐渐过渡到西南地区的 300～600 g·m - 3 ,随着
温度升高和降水递减 ,土壤有机碳、氮蓄积量呈现减
少的趋势 (图 2A、B) ,从一个侧面证明了 Post 等[21 ]
认为土壤碳密度一般随降水量的增加而增加以及随
温度降低而增加的空间分布特征. 从东北到西南 ,内
蒙古自治区植被类型从温带针叶落叶林转变为草甸
草原、典型草原、荒漠草原 ,直到内陆戈壁 ,植被生产
力下降 ,导致土壤有机质的输入速率逐渐降低 ,土壤
类型从暗棕壤、黑土、灰色森林土到灰褐土、潮土、灌
淤土、草甸盐土 ,土壤质地变粗 ,形成内蒙古自治区
土壤有机碳、氮蓄积量的空间变化特征 ,表明降水和
植被是土壤有机碳、氮蓄积量的重要调控因子.
314 　土壤碳、氮密度与温度、降水的关系
　　在干旱和半干旱地区 ,降水量是生态系统初级
生产力的主要限制因子[18 ] ,在从荒漠到草原的降水
量变化梯度上 ,地上部净初级生产力 (ANPP) 与年
降水量呈线性相关关系[11 ,22 ] . 从我国的草地生态系
统来看 ,草地的产草量高低受水热因素的影响最直
接、也最敏感 ,内蒙古草地的产草量具有明显的经向
地域性 ,即随该地区降水量从东向西递减 ,产草量也
表现从东向西递减的规律性变化[5 ] .
　　用 Pearson 相关分析 ,内蒙古自治区土壤有机
碳密度与年均温度的相关系数是 - 0. 557 (n = 245) ,
表现为较强的负相关关系 ;与年均降水量的相关系
数是 0. 285 (n = 245) ,为弱正相关. 土壤有机氮密度
207 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
图 2 　内蒙古自治区土壤有机碳、氮蓄积量、温度、降水量的空间分布
Fig. 2 Spatial distribution of soil organic carbon , nitrogen , temperature and precipitation in Inner Mongolia.
图 3 　内蒙古自治区土壤有机碳、氮密度与年均温度、降水量的回归关系
Fig. 3 Regression relationships among soil organic carbon , nitrogen and annual average temperature , precipitation in Inner Mongolia.
3075 期 　　　　　　　　　　　　陈庆美等 :内蒙古自治区土壤有机碳氮蓄积量的空间特征 　　　　　　　
与年均温度的相关系数是 - 0. 460 ,为负相关 ;与年
均降水量的相关系数是 0. 203 ,呈弱正相关. 土壤有
机碳、氮密度与年均温度、年均降水量的相关性并不
是很好 ,原因可能是采样时的土壤有机碳、氮静态蓄
积量不能直接反映年平均气候变量的影响潜力 ,而
连续观测的土壤有机碳、氮蓄积量和气候变量才能
更好地分析它们之间的相关关系.
　　采用复相关系数 R2 和标准差 SD 来选取最佳
拟合方程. 我们从线性回归、指数、多项式、对数、乘
幂模型中选取了最适宜的一种成图 (图 3) . 土壤有
机碳、氮密度与年均温度拟合模型是指数方程 ,表现
出土壤有机碳、氮密度随温度升高下降的趋势 , R2
分别为 0. 34 和 0. 25 ,土壤有机碳、氮密度与年均降
水量拟合模型是三次多项式方程 , R2 分别为 0. 13
和 0. 05. 通过以上分析表明 ,年均气候变量还不能
最好地反映土壤有机碳、氮蓄积量随温度、降水量变
化的状况 ,因为采样的时间、环境和气候条件各不相
同 ,需要对土壤剖面按照不同覆被类型、温度和降水
量范围、海拔高度进行聚类 ,从而在各种界定范围内
开展进一步地分析.
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作者简介 　陈庆美 ,女 ,1979 年生 ,硕士 ,主要研究方向为陆
地碳循环. E2mail : chenqm1 @163. com
407 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷