全 文 ：林业科学研究摇 圆园员员袁圆源渊圆冤院圆圆猿 圆圆怨云燥则藻泽贼 砸藻泽藻葬则糟澡
摇 摇 文章编号院员园园员鄄员源怨愿渊圆园员员冤园圆鄄园圆圆猿鄄园苑
关帝山森林土壤有机碳和氮素的空间变异特征
杨秀清袁 韩有志鄢
渊山西农业大学林学院袁山西 太谷摇 园猿园愿园员冤
摘要院在庞泉沟自然保护区选择 猿 个生态功能区设置典型样地袁运用经典统计学和地统计学方法研究了森林土壤有
机碳尧全氮及碳氮比的空间变异特征及分布格局遥 结果表明袁随着生态系统由人工林寅次生演替早期杨桦阔叶林寅
次生演替中后期云杉尧杨尧桦混交林顺向演替袁土壤有机碳和全氮平均值先增加后减小袁碳氮比平均值呈逐渐减小趋
势遥 猿 指标变异系数在 员员郾 苑源豫 远源郾 苑员豫之间袁存在中等强度的变异性曰人工林土壤有机碳和全氮的变程相对次生
林增大袁基台值相对减小袁表明人工林土壤有机碳和全氮异质性程度较低袁空间分布较次生林更趋于均匀化遥 人工
林土壤有机碳尧全氮及碳氮比的结构方差比在 园 远源郾 愿豫之间袁变异具有较弱或中等强度的空间自相关性袁次生林
土壤上述 猿 指标结构方差比均大于 苑缘豫 渊云杉尧杨尧桦混交林中全氮略低为 远远郾 愿豫 冤袁表现出强的空间自相关变异袁
且随顺向演替的进行袁各指标结构方差比呈增加趋势曰噪则蚤早蚤灶早插值结果表明袁人工林土壤有机碳尧全氮及碳氮比在空
间分布上破碎化程度较高袁而次生林各指标则呈较规则的斑块状分布遥 森林土壤有机碳尧全氮及碳氮比的空间变异
及分布格局特征与森林演替和植被类型尧植被受干扰程度及地形等因素有密切关系遥
关键词院有机碳曰氮素曰空间变异曰森林土壤曰关帝山
中图分类号院杂苑员源郾 缘 文献标识码院粤
收稿日期院 圆园员园鄄园愿鄄员园
基金项目院 国家自然科学基金资助项目渊猿园怨苑圆猿源怨冤曰高等学校博士学科点专项科研基金渊圆园园怨员源园猿员员园园园缘冤
作者简介院 杨秀清渊员怨苑远要冤袁女袁森林培育学博士袁讲师遥 主要从事森林资源培育与森林生态学研究援
鄢通讯作者院澡葬灶赠燥怎扎澡蚤岳 泽曾葬怎援 藻凿怎援 糟灶
杂责葬贼蚤葬造 灾葬则蚤葬贼蚤燥灶泽 燥枣 杂燥蚤造 韵则早葬灶蚤糟 悦葬则遭燥灶 葬灶凿 晕蚤贼则燥早藻灶 燥枣
云燥则藻泽贼造葬灶凿 蚤灶 郧怎葬灶凿蚤 酝燥怎灶贼葬蚤灶
再粤晕郧 载蚤怎鄄择蚤灶早袁 匀粤晕 再燥怎鄄扎澡蚤
渊悦燥造造藻早藻 燥枣 云燥则藻泽贼则赠袁 杂澡葬灶曾蚤 粤早则蚤糟怎造贼怎则葬造 哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠袁 栽葬蚤早怎摇 园猿园愿园员袁 杂澡葬灶曾蚤袁悦澡蚤灶葬冤
粤遭泽贼则葬糟贼泽院 悦造葬泽泽蚤糟葬造 泽贼葬贼蚤泽贼蚤糟泽 葬灶凿 早藻燥鄄泽贼葬贼蚤泽贼蚤糟泽 憎藻则藻 怎泽藻凿 贼燥 葬灶葬造赠扎藻 贼澡藻 泽责葬贼蚤葬造 增葬则蚤葬贼蚤燥灶泽 葬灶凿 凿蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶 责葬贼贼藻则灶 燥枣
泽燥蚤造 燥则早葬灶蚤糟 糟葬则遭燥灶渊杂韵悦冤袁 贼燥贼葬造 灶蚤贼则燥早藻灶渊栽晕冤 葬灶凿 悦 辕 晕 则葬贼蚤燥 燥枣 枣燥则藻泽贼造葬灶凿 蚤灶 贼澡则藻藻 藻糟燥造燥早蚤糟葬造 葬则藻葬泽 燥枣 孕葬灶早择怎葬灶早燥怎
晕葬贼蚤燥灶葬造 晕葬贼怎则藻 砸藻泽藻则增藻 蚤灶 郧怎葬灶凿蚤 酝燥怎灶贼葬蚤灶 燥枣 杂澡葬灶曾蚤 孕则燥增蚤灶糟藻袁悦澡蚤灶葬援 栽澡藻 则藻泽怎造贼泽 泽澡燥憎藻凿 贼澡葬贼 贼澡藻 杂韵悦 葬灶凿 栽晕
蚤灶糟则藻葬泽藻凿 枣蚤则泽贼造赠 遭怎贼 枣藻造造 燥枣枣 葬枣贼藻则憎葬则凿泽袁 贼澡藻 悦 辕 晕 凿藻糟则藻葬泽藻凿 糟燥灶贼蚤灶怎葬造造赠 憎蚤贼澡 贼澡藻 泽怎糟糟藻泽泽蚤燥灶 造藻增藻造 枣则燥皂 葬则贼蚤枣蚤糟蚤葬造 枣燥则藻泽贼
贼燥 泽藻糟燥灶凿葬则赠 遭则燥葬凿鄄造藻葬增藻凿 枣燥则藻泽贼 糟燥皂责燥泽藻凿 燥枣 月藻贼怎造葬 葬造遭燥鄄泽蚤灶藻灶泽蚤泽袁 月藻贼怎造葬 责造葬贼赠责澡赠造造葬 葬灶凿 孕燥责怎造怎泽 凿葬增蚤凿蚤葬灶葬 蚤灶 藻葬则造赠
责澡葬泽藻 泽怎糟糟藻泽泽蚤燥灶袁 贼燥 泽藻糟燥灶凿葬则赠 孕蚤糟藻葬袁 孕燥责怎造怎泽袁 月藻贼怎造葬 皂蚤曾藻凿 枣燥则藻泽贼 蚤灶 造葬贼藻则 泽贼葬早藻 泽怎糟糟藻泽泽蚤燥灶援 栽澡藻 糟燥藻枣枣蚤糟蚤藻灶贼 燥枣 增葬则鄄
蚤葬贼蚤燥灶 燥枣 杂韵悦袁 栽晕 葬灶凿 悦 辕 晕 增葬则蚤藻凿 枣则燥皂 员员郾 苑源豫 贼燥 远源郾 苑员豫 憎澡蚤糟澡 泽澡燥憎藻凿 皂藻凿蚤怎皂 增葬则蚤葬贼蚤燥灶泽援 栽澡藻 砸葬灶早藻 燥枣 杂韵悦
葬灶凿 栽晕 蚤灶 葬则贼蚤枣蚤糟蚤葬造 枣燥则藻泽贼 憎葬泽 造葬则早藻则 遭怎贼 泽贼蚤造造 泽皂葬造造藻则 贼澡葬灶 贼澡葬贼 蚤灶 泽藻糟燥灶凿葬则赠 枣燥则藻泽贼袁 贼澡蚤泽 藻曾责造葬蚤灶藻凿 葬 造燥憎藻则 增葬则蚤葬贼蚤燥灶
凿藻早则藻藻 葬灶凿 皂燥则藻 澡燥皂燥早藻灶藻燥怎泽 泽责葬贼蚤葬造 凿蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶 燥枣 杂韵悦 葬灶凿 栽晕 蚤灶 葬则贼蚤枣蚤糟蚤葬造 枣燥则藻泽贼 贼澡葬灶 贼澡葬贼 蚤灶 泽藻糟燥灶凿葬则赠 枣燥则藻泽贼援
栽澡藻 泽贼则怎糟贼怎则葬造 增葬则蚤葬灶糟藻 则葬贼蚤燥 燥枣 杂韵悦袁 栽晕 葬灶凿 悦 辕 晕 蚤灶 葬则贼蚤枣蚤糟蚤葬造 枣燥则藻泽贼 憎葬泽 蚤灶 贼澡藻 则葬灶早藻 燥枣 园 原 远源援 愿豫 袁 憎澡蚤糟澡 皂藻葬灶贼 葬
憎藻葬噪 燥则 皂藻凿蚤怎皂 泽责葬贼蚤葬造 葬怎贼燥糟燥则则藻造葬贼蚤燥灶袁 憎澡蚤造藻 贼澡藻 泽贼则怎糟贼怎则葬造 增葬则蚤葬灶糟藻 则葬贼蚤燥 燥枣 杂韵悦袁 栽晕 葬灶凿 悦 辕 晕 蚤灶 泽藻糟燥灶凿葬则赠 枣燥则藻泽贼
憎葬泽 皂燥则藻 贼澡葬灶 苑缘豫 袁 葬责责藻葬则蚤灶早 澡蚤早澡 泽责葬贼蚤葬造 葬怎贼燥糟燥则则藻造葬贼蚤燥灶袁 葬灶凿 泽贼则怎糟贼怎则葬造 增葬则蚤葬灶糟藻 则葬贼蚤燥 燥枣 贼澡藻 灶葬则则葬贼藻凿 葬遭燥增藻 猿 蚤灶鄄
凿藻曾 泽澡燥憎藻凿 葬 蚤灶糟则藻葬泽蚤灶早 贼则藻灶凿 憎蚤贼澡 责则燥早则藻泽泽蚤增藻 泽怎糟糟藻泽泽蚤燥灶援 运则蚤早藻凿 皂葬责泽 泽澡燥憎藻凿 贼澡葬贼 杂韵悦袁 栽晕 葬灶凿 悦 辕 晕 蚤灶 葬则贼蚤枣蚤糟蚤葬造
林摇 业摇 科摇 学摇 研摇 究 第 圆源 卷
枣燥则藻泽贼 责则藻泽藻灶贼 葬 澡蚤早澡 枣则葬早皂藻灶贼蚤扎藻凿 凿蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶泽 遭怎贼 葬 则藻早怎造葬则 责葬贼糟澡藻凿 凿蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶泽援 云燥则藻泽贼 泽怎糟糟藻泽泽蚤燥灶袁 凿蚤泽贼怎则遭葬灶糟藻
葬灶凿 贼燥责燥则燥早则葬责澡蚤糟 糟燥灶凿蚤贼蚤燥灶 澡葬增藻 蚤皂责燥则贼葬灶贼 藻枣枣藻糟贼泽 燥灶 泽责葬贼蚤葬造 增葬则蚤葬贼蚤燥灶 葬灶凿 蚤贼泽 糟澡葬则葬糟贼藻则蚤泽贼蚤糟泽 燥枣 杂韵悦袁 栽晕 葬灶凿 悦 辕 晕 燥枣
枣燥则藻泽贼造葬灶凿援
运藻赠 憎燥则凿泽院 燥则早葬灶蚤糟 糟葬则遭燥灶曰 灶蚤贼则燥早藻灶曰 泽责葬贼蚤葬造 增葬则蚤葬贼蚤燥灶曰 枣燥则藻泽贼 泽燥蚤造曰 郧怎葬灶凿蚤 酝燥怎灶贼葬蚤灶
土壤有机碳渊 泽燥蚤造 燥则早葬灶蚤糟 糟葬则遭燥灶袁 杂韵悦冤和氮素
是土壤养分的重要组成部分遥 在全球土壤碳贮量
中袁森林土壤有机碳贮量占到 苑猿豫 咱员暂 袁且土壤中有
机碳和全氮渊 贼燥贼葬造 灶蚤贼则燥早藻灶袁 栽晕冤的比值是森林土壤
质量的敏感指标袁影响着森林土壤中有机碳和氮的
循环咱圆暂 袁从而成为影响森林生态系统生产力和生态
系统稳定性的主要因素咱猿暂 遥 由于森林土壤作为森林
生态系统的非生物因子袁在地域上的分布有其独立
性和不规则性袁构成时空连续的变异体袁故其属性因
子具有高度的空间异质性咱源暂 遥 研究森林土壤性质的
空间变异特征袁对生态恢复过程中区域生态系统中
植被与土壤间物质能量循环研究尧植被多样性保护
以及生态系统综合经营管理具有重要意义咱缘暂 遥 目
前袁在大中尺度下对森林土壤理化及生物学空间变异
的研究已受到普遍重视咱远暂 遥 国内外对林地利用方式
下土壤有机碳和氮素分布特征咱苑 原怨暂和空间变异研究
较多咱员园 原 员员暂 袁但以生态功能区域为单元对森林土壤有
机碳和氮素进行小尺度上的空间异质性研究甚少遥
关帝山自然保护区森林植被类型是华北高海拔
地带代表性森林类型遥 长期的植被要环境相互作用
使该地区有着较为丰富的植物资源袁形成较为完整
的温带亚高山森林生态系统遥 但也有局部区域由于
受不合理采伐尧放牧及矿产资源开发等人为干扰造
成植被破坏严重遥 近年来袁该保护区已在这些区域
上有针对性地开展以人工更新方式促进局部区域上
的生态重建工作且卓有成效遥 尽管如此袁与该地区
其它区域上森林植被的自然恢复演替相比袁其生态
系统稳定性仍然较差遥 本文以人为干扰程度尧北温
带森林群落演替模式咱员圆暂及植被特征尧地形等为综合
评价指标袁在关帝山划分出砍伐后人工更新华北落
叶松渊蕴葬则蚤曾 责则蚤灶糟蚤责蚤泽鄄则怎责责则藻糟澡贼蚤蚤 酝葬赠则冤林尧自然恢复演
替早期阶段杨桦 渊 孕燥责怎造怎泽 凿葬增蚤凿蚤葬灶葬 阅燥凿藻尧 月藻贼怎造葬
责造葬贼赠责澡赠造造葬 杂怎噪援 冤阔叶林尧演替中后期阶段云杉渊孕蚤鄄
糟藻葬 憎蚤造泽燥灶蚤蚤 酝葬泽贼援 尧孕援 皂藻赠藻则蚤 砸藻澡凿援 藻贼 宰蚤造泽援 冤尧杨尧桦
混交林 猿 个典型生态功能区域袁并在其中设置样地曰
结合经典统计学和地统计学方法袁以上述 猿 个生态
功能区域为单元分析了关帝山森林土壤有机碳和氮
素在小尺度上的空间异质性特征和分布格局袁对发
现该地区土壤有机碳和氮素的演化过程袁揭示该地
区森林演替动态中潜在的生态学规律性袁了解该地
区土壤与植物的关系尧植被的空间格局以及各种生
态过程具有重要的参考价值袁并为华北地区森林生
态系统经营及功能的维护提供一些基础依据遥
员摇 研究地点与研究方法
员援 员摇 研究地概况
研究地设在山西关帝山庞泉沟国家级自然保护
区内渊员员员毅圆圆忆 员员员毅猿猿忆 耘袁猿苑毅源缘忆 猿苑毅缘缘忆 晕冤遥 该
研究地区属暖温带季风大陆性山地气候袁年平均气
温 源援 猿 益袁员 月平均温度 原 员园郾 圆 益袁苑 月平均温度
员苑郾 缘 益遥 年平均降水量 愿圆圆郾 远 皂皂 袁年平均蒸发量
员 圆远愿 皂皂咱员猿暂 遥 猿 个生态功能区域分别选择在干扰强
度不同尧代表不同演替阶段的森林群落的典型分布
地带袁其中袁受砍伐干扰后人工更新的华北落叶松林
种植年龄为 员源 年袁林分平均高 圆郾 猿 皂曰次生杨桦阔叶
林平均年龄 缘远 年袁平均高 员缘郾 圆 皂袁次生云杉尧杨尧桦
混交林平均年龄 远愿 年袁平均高 圆园郾 圆 皂袁两次生林分
自 员怨愿园 年该地区建立自然保护区起基本未进行人
工干预遥 各功能区其他基本情况见表 员遥 研究地土
壤均为花岗片麻岩质山地棕色森林土遥
员援 圆摇 样地设置
圆园园愿 年 苑 月上旬袁在 猿 个生态功能区域典型地
段上各选择 员 块面积为 缘园 皂 伊缘园 皂的样地袁按照地
统计学理论及空间格局分析中小支撑尧多样点的取
样设计原则咱员源 原 员缘暂布设样方遥 首先将面积为 缘园 皂 伊
缘园 皂的样地等距离间隔划分为 员园园 个 缘 皂 伊 缘 皂 的
样方袁然后沿样地对角线选设 圆 个 缘 皂 伊 缘 皂 的样
方袁再按照 员 皂 伊员 皂的间隔距离袁分别设立 圆缘 个小
样方袁由此每个样地共布设 员源愿 个网格样方遥 在每
个样方左下角网格线交叉点处布设一个土壤取样
点袁由此每个样地共布设不同尺度渊最小距离 员 皂袁
最大距离 苑园郾 苑员 皂冤的取样点 员源愿 个遥 然后对每个
取样点进行编号袁并记录样点的空间坐标值遥
员援 猿摇 空间取样及测定
对各样地立地因子尧植被状况尧干扰强度等基本
信息调查记录袁并进行地理定位后袁在各取样点上取
样遥 土壤取样时袁先除去各样点处表层枯枝落叶袁然
后用直径为 苑 糟皂的土壤钻钻取 员缘 糟皂深的土芯袁随
源圆圆
第 圆 期 杨秀清等院关帝山森林土壤有机碳和氮素的空间变异特征
表 员摇 关帝山 猿 个生态功能典型研究区域森林群落基本情况
区域 海拔 辕 皂 地理坐标 坡度 坡向 群落类型 森林起源 演替阶段 干扰强度 灌尧草种类鄢
玉 员 苑园园 猿苑毅缘园忆晕曰员员员毅圆愿忆耘 员园毅 员猿远毅 华 北 落 叶松林 人工林
砍伐后人工更
新阶段 较强 土庄绣线菊尧山刺枚曰苔草尧唐松草
域 圆 员缘园 猿苑毅缘猿忆晕曰员员员毅圆缘忆耘 源缘毅 员员猿毅 杨桦阔叶林 次生林 自然恢复演替早期阶段 弱
蒙古荚蒾尧小卫矛曰糙苏尧鹿蹄草尧狭
叶柴胡
芋 圆 园缘园 猿苑毅缘猿忆晕曰员员员毅圆缘忆耘 猿园毅 圆园猿毅 云杉尧杨尧桦混交林 次生林
自然恢复演替
中后期阶段 弱
小卫矛尧蒙古荚蒾尧灰栒子尧四川忍
冬尧刺五加曰糙苏尧鹿蹄草尧狭叶柴胡
摇 摇 鄢灌草种类栏中袁土庄绣线菊 杂责蚤则葬藻葬 责怎遭藻泽糟藻灶泽 栽怎则糟扎袁曰山刺枚 砸燥泽葬 凿葬增怎则蚤糟葬 孕葬造造援 曰苔草 悦葬则藻曾 则蚤早藻泽糟藻灶泽 渊云则葬灶糟澡援 冤 灾援 运则藻糟扎曰唐松草 栽澡葬造蚤糟贼则怎皂
皂葬躁怎泽曰蒙古荚蒾 灾蚤遭怎则灶怎皂 皂燥皂早燥造蚤糟怎皂渊孕燥造造援 冤 砸藻澡凿援 曰小卫矛 耘怎燥灶赠皂怎泽 灶葬灶怎泽 月蚤藻遭援 曰糙苏 孕澡造燥皂蚤泽 怎皂遭则燥泽葬 栽怎则糟扎援 曰鹿蹄草 孕赠则燥造葬 则燥贼怎灶凿蚤枣燥造蚤葬 蕴援 曰狭
叶柴胡 月怎责造藻怎则怎皂 泽糟燥则扎燥灶藻则蚤枣燥造蚤怎皂 宰蚤造造凿援 曰灰栒子 悦燥贼燥灶藻葬泽贼藻则 葬糟怎贼蚤枣燥造蚤怎泽 栽怎则糟扎援 曰四川忍冬 蕴燥灶蚤糟藻则葬 泽扎藻糟澡怎葬灶蚤糟葬曰刺五加 粤糟葬灶贼澡燥责葬灶葬曾 泽藻灶贼蚤糟燥泽怎泽 渊砸怎责则援
藻贼 酝葬曾蚤皂援 冤 匀葬则皂泽
即装入封口塑料袋内低温保存备用遥 为减少其它环
境因子的影响袁土壤取样工作选择在雨后至少 猿 源
天的晴天进行咱员远暂 遥 土壤有机碳采用重铬酸钾容量
法要外加热法进行测定曰土壤全氮采用全自动开氏
定氮法进行测定咱员苑暂 遥
员援 源摇 数据分析方法
用 杂孕杂杂员猿援 园 对土壤有机碳尧全氮及碳氮比进行
描述统计袁以评价各指标的平均状况和总变异程度遥
用 郧杂 垣 宰蚤灶 缘 进行变异函数计算袁根据最优变
异函数模型及其主要参数定量分析土壤有机碳尧全
氮及碳氮比的空间异质性特征遥 变异函数的计算公
式咱员缘暂如下院
酌渊澡冤 越 员圆晕渊澡冤移晕蚤 越 员 咱在渊曾蚤冤 原 在渊曾蚤 垣 澡冤暂圆
式中袁 酌渊澡冤 是变异函数袁 在 为区域化随机变量袁 在
渊曾蚤冤 和 在 渊曾蚤 垣 澡冤 分别为变量 在 在空间位置 曾蚤和
曾蚤 垣 澡 上的取值袁晕 渊澡冤 是取样间隔为 澡 时的样本
对总数遥 依据变异函数计算结果袁拟合理论模型袁模
型参数基台值渊悦园 垣 悦冤用于衡量各变量的空间异质
性程度曰块金值渊悦园 冤用于估计小于抽样尺度的随机
变异和测量误差曰结构方差比咱 悦 辕 渊悦园 垣 悦冤暂 用于
衡量空间自相关因素对变量总变异的影响程度曰变
程渊粤冤用来估计空间自相关特性的尺度变化遥
用地统计学中块段克立格渊月造燥糟噪 噪则蚤早蚤灶早冤 空间
局部插值估计尧模拟获得土壤有机碳尧全氮及碳氮比
在空间上的拓扑学分布图袁描述其在空间上的分布
格局特征遥
圆摇 结果与讨论
圆援 员摇 土壤有机碳尧全氮和碳氮比的平均状况及总体
变异
土壤有机碳尧全氮尧碳氮比的描述统计分析渊表
圆冤表明袁随着生态系统由人工林向次生演替早期杨
桦阔叶林袁再向次生演替中后期云杉尧杨尧桦混交林
顺向演替袁土壤有机碳和全氮平均值呈先增加后减
小的趋势遥 土壤中有机物质的输入量主要依赖于有
机残体归还量的多少及有机残体的腐殖化系数曰而
氮素的输入量则主要依赖于植物残体的归还量及生
物固氮咱员愿暂 遥 比较 猿 种群落可以认为袁华北落叶松人
工林样地人为干扰较大袁林型相对单一袁地表枯落物
输入少曰而次生林样地受人为干扰少袁土壤质量保持
良好袁且随演替的进行林分树种组成逐渐变得复杂袁
有机质和养分含量相对丰富袁故有机碳和全氮的含
量相对人工林较高遥 在次生林中袁杨桦落叶阔叶林
中有机残体归还土壤较云杉尧杨尧桦常绿要落叶混交
林更彻底袁所以其林下土壤有机碳和全氮平均含量
较混交林更大遥
了解碳氮比渊悦 辕 晕冤的空间变异性袁有助于全面
阐述森林土壤质量变化的特点咱员怨暂 遥 表 圆 可得袁猿 个
区域内袁样地土壤碳氮比均值逐渐减小袁且人工林明
显高于次生林遥 以针叶树为主的华北落叶松人工林
样地凋落物中多含难以分解的木质素尧单宁尧树脂和
蜡质等物质袁且凋落的针叶密集覆盖于土壤表面形
成空气不流通的环境袁更有利于有机碳的积累曰而在
次生林中袁虽然有机残体较多袁但随着凋落物组分发
生改变袁阔叶树种的介入加速了土壤有机质的分解袁
土壤腐殖化程度和氮矿化能力增加袁故碳氮相对比
值下降遥 另外袁凋落物本身 悦 辕 晕 变化也是土壤 悦 辕 晕
变化的主要原因之一袁且不同群落的凋落物 悦 辕 晕 由
于覆盖率等不同也存在差异遥 不同生态功能区凋落
物与土壤之间的碳氮循环过程和机理有待进一步
研究遥
变异系数大小反映样本中各观测值之间的变异
程度遥 猿 个生态功能区土壤有机碳尧全氮和碳氮比
缘圆圆
林摇 业摇 科摇 学摇 研摇 究 第 圆源 卷
变异系数在 员员郾 苑源豫 远源郾 苑员豫之间渊表 圆冤袁说明各 区域的 猿 指标均存在中等强度的变异性遥
表 圆摇 土壤有机碳尧全氮和碳氮比的描述统计结果和变异函数理论参数
项摇 摇 目 区域玉杂韵悦 栽晕 悦 辕 晕
区域域
杂韵悦 栽晕 悦 辕 晕
区域芋
杂韵悦 栽晕 悦 辕 晕
平均 缘园援 圆圆 员援 园圆 缘远援 员怨 员圆源援 苑远 源援 缘圆 圆怨援 猿愿 苑猿援 缘员 猿援 圆怨 圆苑援 苑源
最小值 猿猿援 源愿 园援 圆园 远援 怨猿 怨圆援 苑员 员援 愿源 员源援 怨缘 圆愿援 猿远 园援 源园 远援 怨园
最大值 苑怨援 愿猿 苑援 源缘 员猿愿援 怨猿 圆园缘援 缘远 愿援 愿园 缘源援 苑苑 员缘苑援 员圆 愿援 苑愿 员员员援 缘圆
变异系数 悦灾 辕 豫 员员援 苑源 远源援 苑员 猿远援 猿远 员源援 园源 猿园援 远愿 圆猿援 园猿 圆怨援 愿怨 源远援 愿苑 远园援 员猿
模型 杂责澡 蕴蚤灶 耘曾责 杂责澡 耘曾责 耘曾责 杂责澡 杂责澡 杂责澡
块金值 悦园 圆缘援 缘园园 园援 缘园猿 猿源苑援 园园 远愿援 员园 园援 源愿圆 员远援 缘园 圆圆苑援 园园 园援 愿员怨 园援 员园园
基台值渊悦园 垣 悦冤 苑圆援 猿缘园 园援 缘园猿 远怨源援 员园 猿员远援 员园 员援 怨猿猿 远远援 猿苑 员 圆远源援 怨园 圆援 源远远 圆怨远援 远园
变程 粤 员源源援 源园 源苑援 圆缘 员园圆援 苑园 怨援 员园 猿援 圆园 圆圆援 员园 员圆员援 苑园 员园援 怨园 员园援 圆园
空间结构方差比咱悦 辕 渊悦园 垣 悦冤暂 园援 远源愿 园援 园园园 园援 缘园园 园援 苑愿缘 园援 苑缘员 园援 苑缘员 园援 愿圆员 园援 远远愿 员援 园园园
决定系数 园援 苑员员 园援 苑猿远 园援 苑员愿 园援 怨猿远 园援 愿远远 园援 愿员苑 园援 怨员怨 园援 愿远员 园援 愿源苑
样本数 员源愿 员源愿 员源愿 员源愿 员源愿 员源愿 员源远 员源远 员源远
摇 摇 杂韵悦院土壤有机碳袁单位以渊早窑噪早 原员 冤计曰栽晕院全氮袁单位以渊早窑噪早 原员 冤计曰悦院结构方差曰杂责澡院球状模型曰蕴蚤灶院线性模型 曰耘曾责院指数模型
圆援 圆摇 土壤有机碳尧全氮和碳氮比的空间异质性分布
特征
对各区域样地土壤有机碳尧全氮尧碳氮比样点数
据进行单样本 运 原 杂 检验袁不符合正态分布的指标
进行对数转换袁数据均符合正态分布后袁进行地统计
学的半变异函数分析遥
土壤有机碳尧全氮尧碳氮比的变异函数分析显示
渊表 圆 及图 员冤袁用理论模型对各指标半变异函数进
行拟合的结果很好袁决定系数在 园郾 苑员员 园郾 怨猿远 之
间遥 说明依据这些理论模型可较好地评价 猿 个生态
功能区研究样地水平上土壤有机碳尧全氮尧碳氮比的
空间结构特征遥
模型参数块金值渊悦园 冤尧基台值渊悦园 垣 悦冤和变程渊粤冤用来衡量各指标的空间变异强度遥 基台值越
小袁变程越大袁空间异质性程度则越低袁表明上述各
指标在土壤中的空间分布越趋于均匀化遥 人工林土
壤有机碳和全氮的变程分析结果相对次生林增大袁
但其基台值却相对减小袁可见该功能区土壤有机碳
和全氮的空间异质性程度较低袁空间分布较次生林
更趋于均匀化遥 碳氮比变异强度的分析结果为次生
云杉尧杨尧桦混交林 跃华北落叶松人工林 跃次生杨桦
阔叶林遥 由于人工林受干扰程度较大袁土壤运移频
繁袁导致各取样点土壤有机碳和全氮含量变辐相对
较小袁因而异质性程度较低袁空间分布更趋于均匀
化曰而次生林在自然恢复过程中袁由于受母质尧水热尧
立地条件等因素的影响袁植被呈由简单到复杂多样
化的顺向演替袁生物量水平差异显著咱圆园暂 曰土壤肥力
和植被状况相互作用袁形成不同水平物质和能量的
小生境袁土壤质量水平存在极大差异咱远暂 袁从而增加了
土壤性质的空间异质性遥
空间结构方差比咱悦 辕 渊悦园 垣 悦冤暂反映了各指标
的空间异质性组成和变异的空间自相关性遥 比值大
于 苑缘豫时袁表示空间相关性强曰在 圆缘豫 苑缘豫之间袁
空间相关性中等曰小于 圆缘豫时空间相关性弱曰比值
接近零时袁则说明变量在整个尺度上具有随机性变
异咱圆员暂 遥 人工林土壤有机碳尧全氮及碳氮比的结构方
差比在 园 远源郾 愿豫之间袁变异具有较弱或中等强度
的空间自相关性袁次生林土壤上述 猿 指标结构方差
比除云杉尧杨尧桦混交林中全氮略低为 远远郾 愿豫外袁其
余均大于 苑缘豫 袁表现出强的空间自相关变异袁且随
顺向演替的进行袁各指标结构方差比呈增加趋势遥
这说明次生林中袁结构性因素对有机碳尧全氮及碳氮
比分布的影响起主要作用袁且随着进展演替的进行袁
结构性因素引起的变异占总变异的比例增加袁表明
系统的物质尧能量动态更趋于平衡曰而人工林在人为
干扰后袁环境退化到一个低水平层次的物质尧能量动
态平衡状态袁随机因素对有机碳尧全氮及碳氮比分布
的影响还将起主要作用遥
远圆圆
第 圆 期 杨秀清等院关帝山森林土壤有机碳和氮素的空间变异特征
图 员摇 土壤有机碳尧全氮和碳氮比的变异函数
圆援 猿摇 土壤有机碳尧全氮和碳氮比的空间异质性分布
格局
基于半方差函数的建立袁应用 噪则蚤早蚤灶早 局部插
值估计并绘制土壤有机碳尧全氮和碳氮比的空间分
布图渊图 圆冤袁更深刻尧全面尧直观地反映各区域土壤
有机碳尧全氮和碳氮比在空间上的分布特征遥 由图
圆 可见袁人工林土壤有机碳尧全氮及碳氮比在空间
分布上破碎化程度较高袁而次生林各指标则呈较规
则的斑块状分布遥 土壤是一形态和演化过程都十
分复杂的自然综合体袁受成土母质尧地形尧气候尧植
被等成土因素及人为干扰活动的影响袁具有复杂性
和空间变异性咱圆圆暂 遥 本次试验基于对关帝山森林土
壤的研究袁所选择的 猿 个生态功能区域土壤均为花
岗片麻岩质山地棕色森林土袁但其代表了不同演替
阶段尧不同受干扰程度下的森林土壤遥 人工林受相
对重度干扰袁土壤性质趋于均一袁因此有机碳尧全
氮及碳氮比的空间变异性相对较小且呈明显的破
碎化遥 而天然的次生林受人为破坏少袁且随着演替
的进行袁植被类型及其物种组成趋向于复杂化并逐
渐向稳定的顶极群落过渡袁森林植被的这些变化同
时又影响着土壤的形成尧分布和理化特性袁改变着
水尧热分配和转移咱圆猿暂 遥 其共同的因素密切联系袁相
互影响袁使土壤环境具有高度的异质性袁并处于稳
定的系统动态平衡状态下遥 因此袁次生林土壤有机
碳尧全氮及碳氮比在空间上呈较规则的斑块状
分布遥
另外袁地形差异也是引起土壤有机碳尧全氮及碳
氮比空间异质性的重要原因遥 本研究中袁猿 个生态
功能区样地间坡度尧坡向都有较大差异袁这些差异通
过影响水热条件和成土物质的再分配而影响土壤性
质的空间分布遥 有关地形因素对森林土壤有机碳尧
全氮及碳氮比空间异质性的影响有待更详细地进一
步取样研究遥
猿摇 结语
渊员冤干扰和植被类型影响土壤有机碳尧全氮含
量及碳氮比袁其平均值随生态系统由人工林寅次生
演替早期杨桦阔叶林寅次生演替中后期云杉尧杨尧桦
混交林顺向演替袁土壤有机碳和全氮平均值先增加
后减小袁碳氮比平均值呈逐渐减小趋势遥 猿 指标变
异系数在 员员郾 苑源豫 远源郾 苑员豫之间袁均存在一定程度
的变异性遥
苑圆圆
林摇 业摇 科摇 学摇 研摇 究 第 圆源 卷
图 圆摇 土壤有机碳尧全氮和碳氮比的空间分布格局
渊圆冤人工林土壤有机碳和全氮的变程相对次生
林增大袁基台值相对减小袁表明人工林土壤有机碳和
全氮异质性程度较低袁空间分布较次生林更趋于均
匀化遥 人工林土壤有机碳尧全氮及碳氮比的结构方
差比在 园 远源郾 愿豫之间袁变异具有较弱或中等强度
的空间自相关性袁次生林土壤上述 猿 指标结构方差
比均大于 苑缘豫 渊云杉尧杨尧桦混交林中全氮略低为
远远郾 愿豫 冤袁表现出强的空间自相关变异袁且随顺向演
替的进行袁各指标结构方差比呈增加趋势遥
渊猿冤噪则蚤早蚤灶早插值结果表明袁人工林土壤有机碳尧
全氮及碳氮比在空间分布上破碎化程度较高袁而次
生林各指标则呈较规则的斑块状分布遥
渊源冤本次研究初步说明森林土壤有机碳尧全氮
及碳氮比的空间变异及分布格局特征与森林演替和
植被类型尧植被受干扰程度及地形等因素有密切关
系遥 但由于本次试验并没有做试验区上的重复处
理袁且土壤取样深度仅为表层 员缘 糟皂袁对土壤垂直结
构上有机碳和氮素的空间变异没有做更多探讨袁也
未能对地区森林土壤有机碳和氮素空间变异的季节
动态特征做出全面的阐述袁进一步的工作有待继续
完成袁因此要全面深入地研究关帝山森林土壤有机
碳和氮素的时空异质性特征及其影响因素袁还需要
进行长期的定位研究和进一步的补充说明遥
参考文献院
咱员暂 郭摇 然袁王效科袁刘摇 康袁等援樟子松林下土壤有机碳和全氮储量
研究咱允暂 援土壤袁圆园园源袁 猿远 渊圆冤院 员怨圆 原 员怨远
咱圆暂 任书杰袁曹明奎袁陶摇 波援 陆地生态系统氮状态对碳环境的限制
作用研究进展咱允暂 援地理科学进展袁圆园园远袁 圆缘 渊源冤院 缘愿 原 远苑
咱猿暂 吴海云袁曾馥平袁宋同清袁等援喀斯特峰丛洼地土壤有机碳和氮素
空间变异特征咱 允暂 援 植物营养与肥料学报袁圆园园怨袁 员缘 渊缘冤院 员园圆怨
原 员园猿远
咱源暂 范亚宁袁党蕊娟袁李世清袁等援云雾山草地土壤氮素及有机碳空间
变异特征咱允暂 援水土保持研究袁圆园园苑袁 员源 渊源冤院 愿圆 原 愿远
咱缘暂 雷能忠袁蒋锦刚袁黄大鹏援 杭埠河流域土壤全氮和有机质的空间
变异特征咱允暂 援厦门大学学报渊自然科学版冤袁圆园园愿袁 源苑 渊圆冤院 猿园园
原 猿园源
咱远暂 宋同清袁彭晚霞袁曾馥平袁等援桂西北喀斯特人为干扰区植被的演
愿圆圆
第 圆 期 杨秀清等院关帝山森林土壤有机碳和氮素的空间变异特征
替规律与更新策略咱允暂 援山地学报袁圆园园愿袁 圆远 渊缘冤院 缘怨苑 原 远园源
咱苑暂 袁海伟袁苏以荣袁郑摇 华援 喀斯特峰丛洼地不同土地利用类型土
壤有机碳和氮素分布特征咱 允暂 援 生态学杂志袁圆园园苑袁 圆远 渊员园冤院
员缘苑怨 原 员缘愿源
咱愿暂 贾晓红袁李新荣袁李元寿援 干旱沙区植被恢复中土壤碳氮变化规
律咱允暂 援植物生态学报袁圆园园苑袁 猿员 渊员冤院 远远 原 苑源
咱怨暂 杂燥造燥皂燥灶 阅袁 蕴藻澡皂葬灶灶 允袁 在藻糟澡 宰援 蕴葬灶凿 怎泽藻 藻枣枣藻糟贼泽 燥灶 泽燥蚤造 燥则早葬灶蚤糟
皂葬贼贼藻则 责则燥责藻则贼蚤藻泽 燥枣 糟澡则燥皂蚤糟 造葬增蚤泽澡造赠 蚤灶 泽藻皂蚤 葬则蚤凿 灶燥则贼澡藻则灶 栽葬灶扎葬灶蚤葬
糟葬则遭燥灶袁 灶蚤贼则燥早藻灶袁 造蚤早灶蚤灶 葬灶凿 糟葬则遭燥澡赠凿则葬贼藻泽 咱 允 暂 援 粤早则蚤糟怎造贼怎则藻袁
耘糟燥泽赠泽贼藻皂泽驭耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼袁 圆园园园袁 苑愿院 圆园猿 原 圆员猿
咱员园暂 蕴燥责藻扎鄄郧则葬灶葬凿燥泽 云袁 允怎则葬凿燥鄄耘曾责燥泽蚤贼燥 酝袁 粤贼藻灶糟蚤葬灶燥 杂袁 藻贼 葬造援 杂责葬贼蚤葬造
增葬则蚤葬遭蚤造蚤贼赠 燥枣 葬早则蚤糟怎造贼怎则葬造 泽燥蚤造 责则燥责藻则贼蚤藻泽 蚤灶 泽燥怎贼澡藻则灶 杂责葬蚤灶咱允暂 援 孕造葬灶贼
杂燥蚤造袁 圆园园圆袁 圆源远院 怨苑 原 员园缘
咱员员暂 姜摇 勇袁张玉革袁梁文举袁等援沈阳市苏家屯区耕层土壤养分空
间变异性研究咱允暂 援应用生态学报袁圆园园猿袁 员源 渊员园冤院 员远苑猿 原 员远苑远
咱员圆暂 高润梅袁郭晋平援文峪河上游河岸林的演替分析与预测咱 允暂 援 生
态学报袁圆园员园袁 猿园 渊远冤院 员缘远源 原 员缘苑圆
咱员猿暂 杨秀清袁 韩有志袁 李摇 乐袁等援 华北山地典型天然次生林土壤
氮素空间异质性对落叶松幼苗更新的影响咱 允暂 援 生态学报袁
圆园园怨袁 圆怨 渊怨冤院 源远缘远 原 源远远源
咱员源暂 孙志虎袁王庆成援 水曲柳人工林土壤养分的空间异质性研究
咱允暂 援水土保持学报袁圆园园苑袁 圆员 渊圆冤院 愿员 原 愿源
咱员缘暂 王政权援 地统计学及在生态学中的应用咱酝暂援 北京院科学出版
社袁员怨怨怨
咱员远暂 谷加存袁王政权袁韩有志援采伐干扰对帽儿山天然次生林土壤表
层水分空间异质性的影响咱 允暂 援 生态学报袁圆园园缘袁 圆缘 渊愿冤院 圆园园员
原 圆园园怨
咱员苑暂 崔晓阳援森林土壤现代试验分析技术咱酝暂援哈尔滨院东北林业大
学出版社袁员怨怨愿
咱员愿暂 熊汉锋袁 王运华援 梁子湖湿地土壤养分的空间异质性 咱 允暂 援 植
物营养与肥料学报袁圆园园缘袁 员员渊缘冤院 缘愿源 原 缘愿怨
咱员怨暂 齐雁冰袁黄摇 标袁顾志权袁等援 长江三角洲典型区农田土壤碳氮
比值的演变趋势及其环境意义咱 允暂 援 矿物岩石地球化学通报袁
圆园园愿袁 圆苑 渊员冤院 缘园 原 缘远
咱圆园暂 曾馥平袁彭晚霞袁宋同清袁等援 桂西北喀斯特人为干扰区自然恢
复 圆圆 年后群落特征 咱 允暂 援 生态学报袁圆园园苑袁 圆苑 渊员圆 冤院 缘员员园
原 缘员员怨
咱圆员暂 砸燥遭藻则贼泽燥灶 郧 孕援 杂燥蚤造 则藻泽燥怎则糟藻泽袁 皂蚤糟则燥遭蚤葬造 葬糟贼蚤增蚤贼赠袁 葬灶凿 责则蚤皂葬则赠 责则燥鄄
凿怎糟贼蚤燥灶 葬糟则燥泽泽 葬灶 葬早则蚤糟怎造贼怎则葬造 藻糟燥泽赠泽贼藻皂咱 允暂 援 耘糟燥造燥早蚤糟葬造 粤责责造蚤糟葬鄄
贼蚤燥灶袁 员怨怨苑袁 苑院 员缘愿 原 员苑园
咱圆圆暂 王炜明援基于 郧陨杂的地统计学方法在土壤科学中的应用咱 允暂 援中
国农学通报袁圆园园苑袁 圆猿 渊缘冤院 源园源 原 源园愿
咱圆猿暂 蒋忠诚援岩溶峰丛洼地生态重建咱酝暂援 北京院地质出版社袁圆园园苑
怨圆圆