荒漠化面积的不断扩大及其带来的生态环境问题已受到国际社会的广泛关注。恶劣的环境条件造成了土地荒漠化过程中土壤碳氮资源的总量及其可获得性较低，特别是氮已成为影响该土地类型第一性生产力的主要因子之一(Wedin et al., 1990；Xie et al., 2001)。荒漠化土地土壤碳氮的时间动态变化、该类型土地上植物存在与否及不同植物物种对土壤碳氮特征影响的影响引起了越来越多的科学家的重视(Burke，1989；Burke et al., 1989；Chen et al., 2000；Hirobe et al., 2001；Hook et al., 1991；Imhoff et al., 2000；Kelly et al., 1997；Kieft et al., 1998；Klemmedson，1989；Mazzarino et al., 1998；Post et al., 1990；Schlesinger，1996；Schlesinger et al., 1998；Vinton et al., 1995)。全球气候变化与土地荒漠化过程之间存在的密切关系以及碳氮生物地球化学循环在目前全球气候变化研究中的核心地位也使荒漠化土地的碳氮动态成为目前相关研究领域的热点问题(慈龙骏，1994；Schlesinger et al., 1990；1998)。内蒙古鄂尔多斯地区是我国北方荒漠化比较严重的沙地草地生态系统的主要分布区之一，对该区主要植物群落类型土壤碳氮特征的研究将有助于了解该地区的土地荒漠化过程并采取综合防治措施。

1 研究地点概况和研究方法 1.1 研究地点概况

研究工作在中国科学院植物研究所鄂尔多斯沙地草地生态研究站进行。该站位于鄂尔多斯高原毛乌素沙地的东北部，东经109°51′，北纬39°02′，海拔1 355m。属干旱和半干旱过渡地带，中温带暖温型干草原气候。年均降水量300~400mm；年均日照3 011h，太阳辐射140.7cal·cm^-2；年均温度6.2℃，≥10℃积温2 754℃；无霜期137~154d；年均风速3~3.5m·s^-1，年平均大风日数26.3d。地形地貌比较复杂，有流动沙丘、半固定沙丘及固定沙丘，其间分布着大小不等的湿滩地和水泡子。土壤类型以砂质栗钙土和砂质淡栗钙土为主(卢琦，2000；王庆锁等，1997；杨宝珍等，1994)。

1.2 研究方法 1.2.1 植物群落类型的选择及其特点

在考虑典型性、代表性以及生态学意义等因素的基础上，选择了生态站附近一个第四纪洪积——冲积物构成的软梁上的本氏针茅(Stipa bungeana)(群落1)、油蒿(Artemisia ordosica)(群落2)、牛心朴子(Cynanchum komarovii)(群落3)和严重退化地杂草(群落4)等四种植物群落类型作为研究对象。其主要特点见表 1。

1.2.2 土壤样品采集、预处理

在上述四个群落类型内，分0~10、10~30和30~60cm三个层次分别采集土壤样品；每次在每个群落类型内随机选取8个点进行采集，取样时间分别是2000年5月、7月和9月。每次采集土壤样品后，迅速将部分鲜土样品过20目土壤筛，并用1M的KCl按水土比例5:1进行土壤浸提，浸提液用于铵态氮和硝态氮含量的测定。部分土壤样品自然风干后用于其它性质的测定。每次野外工作采集土壤样品96个，浸提样品96个；共采集土壤样品288个，浸提样品288个。

1.2.3 土壤样品分析

用烘干法测定土壤含水量，烘干温度105℃，时间8 h，用重铬酸钾容量法——加热法测定有机碳含量，全氮用半微量凯氏定氮法测定，用微量流动分析仪测定浸提液的铵态氮和硝态氮含量，pH值用酸度计法测定。除土壤含水量外，所有样品的测定工作由中国科学院北京植物研究所生态中心分析室完成。

1.2.4 群落生物量及其碳氮含量的测定

在2000年9月生长季结束时对每个群落类型的地上和地下生物量进行了测定，其中群落1和群落3的取样面积均为1.0m×1.0m，群落2的取样面积为1.0m×2.0m，群落4的取样面积则为0.5m×0.5m。植物生物量样品的全碳和全氮含量的测定由中国科学院北京植物研究所生态中心分析室完成。

2 结果 2.1 不同植物群落类型土壤碳氮季节变化

群落1和群落2各层土壤有机碳含量虽然有一定的季节差异，但除群落2的30~60cm层外，其变化多不显著；群落3土壤0~10、30~60cm层的有机碳含量则开始表现出显著的季节变化；群落4各层土壤有机碳含量均表现出显著的季节变化(表 2、3)。

不同群落类型各层土壤全氮含量的季节动态与有机碳含量明显不同，除多数群落(群落2例外)的30~60cm层土壤和群落3的0~10cm土壤全氮含量的季节变化不明显外，所有群落类型其它两个层次土壤全氮含量的季节变化都比较明显，基本表现为5月明显高于7月和9月，而7月和9月相差不大(表 2、3)。

各群落0~10cm层土壤硝态氮含量的季节变化均达到极显著水平，但除群落4其它两层土壤硝态氮含量的季节变化极显著外，其它群落类型10~30、30~60cm层土壤硝态氮的季节间变化不显著。表层土壤硝态氮含量除群落1表现为5月＞7月＞9月的特点外，其它各群落均表现为5月＞9月＞7月(表 2、3)。

所有群落土壤各层次铵态氮含量的季节变化表现出与其它三种指标明显不同的特征，其变化均达到极显著水平，明显表现出5月＞7月＞9月的趋势(表 2、3)。

2.2 不同植物群落类型土壤碳氮空间变化 2.2.1 不同群落类型内土壤碳氮的垂直变化

各群落类型不同季节土壤有机碳含量的垂直分布比较一致，随土层的深入而降低，即0~10cm＞11~30cm＞31~60cm。不同群落类型各季节表层土有机碳含量的比例一般占三层总量的40%以上，11~30cm层含量的比例都分布在总量的25%~35%之间，31~60cm层含量的比例大多在20%~30%(表 2)。

不同群落各季节土壤全氮含量的垂直分布与有机碳相同，表现为0~10cm＞10~30cm＞30~60cm的趋势，并且表层土全氮含量的比例多在三层总量的40%以上，10~30cm层含量的比例大多在30%以上，30~60cm层含量的比例大多在20%~30%之间(表 2)。

各群落类型土壤的硝态氮含量表现为5月表层含量明显大于其它两个层次，其比例约为60%，10~30cm和30~60cm层的比例分别为20%左右；7月和9月各层含量相差多不明显，仅7月群落1土壤的表层含量明显大于其它两个层次, 9月群落2土壤的30~60cm层和群落4土壤的10~30cm层含量明显小于其它两个层次(表 2)。

不同群落类型各季节所有土壤层次的铵态氮含量基本一致，其比例多为三个层次总量的30%~35%之间，仅群落1土壤5月和7月表层的含量明显大于其它层次，其比例为60%左右(表 2)。

2.2.2 不同群落类型间土壤碳氮的水平变化

不同季节各土层有机碳含量的群落间变化比较复杂，虽然有些差异已达到极显著水平，但除群落4土壤表层5月和7月的含量明显大于其他群落外，群落间的变化并没有明显的规律性(表 2、表 4)。

表层土壤全氮含量在5月、7月和9月均表现出明显的群落间差异，其他层次的含量在各季节群落间变化多不显著。与有机碳含量的群落间变化相似，全氮含量也没有明显的群落间规律性。即使是表层土壤的全氮含量，不同季节的最高值和最低值也出现在不同的群落类型(表 2、表 4)。

各土层的硝态氮含量在各个季节多表现出明显的群落间差异，特别是5月和7月的差异均达到极显著水平，仅秋季表层土的含量群落间变化不明显。就含量而言，群落1各土层各季节的含量在所有群落中相对较高，而群落2的值相对较低；值得注意的是，5月各土层硝态氮含量的最高值出现在群落4(表 2、表 4)。

5月和7月各土层的铵态氮含量多具有明显的群落间变化，特别是7月，各土层含量的变化均达到极显著水平；但9月所有土层含量的变化均不明显。具体而言，除群落1土壤表层5月和7月铵态氮含量明显较高外，其他的群落间变化则比较复杂，不存在明显的规律性(表 2、表 4)。

3 讨论与结论

土壤有机碳和氮素不仅是土壤的重要组成部分，而且是生态系统中极其重要的生态因子，因而一直倍受生态学、土壤学等多个学科的关注(王其兵等，1998)。土壤有机质含量和组成主要取决于土壤的形成条件，如温度、水分、母质、植物、微生物和动物及各因素的相互作用(王艳芬等，1998)。第一性生产通过输入枯死物直接影响土壤有机质(Garner et al., 1989)，地上植被的生物量和物种组成对土壤特性都有影响(Chen et al., 2000；Hook et al., 1991；Wedin et al., 1990)。由于植物生物量只有经过一定的主要由微生物参与的分解过程才能转化为土壤有机质，因此土壤中微生物的数量和活性在某种程度上决定着这一转化过程。本文研究的四种群落类型在物种组成和地下生物量等方面差异非常明显，但各群落土壤有机质含量的季节和群落间差异多不显著，造成这一现象的原因可能有以下三个方面：(1)不同群落植物种残体的分解程度不同；(2)土壤水分不足等因素导致土壤微生物对植物残体的分解能力较弱和(3)地上群落形成区别的时间较短，还不足以使地下土壤有机质的积累表现出显著不同。各群落土壤全氮含量多表现出的5月相对大于7月和9月的季节动态可能主要是受到无机氮含量的影响。各群落土壤有机碳和全氮含量随土壤深度的增加而降低的规律性则与其地下生物量的分配密切相关。

土壤中硝态氮和铵态氮的含量主要来源于土壤有机氮的氨化和硝化等由土壤微生物进行的矿化作用，因此其含量的高低受土壤有机质含量、微生物类型和土壤环境条件，如土壤温度、湿度和盐碱度等的多重影响(Chen et al., 2000；Gomah et al., 1989；Malhi et al., 1982；Nannipieri et al., 1990；Pietikainen et al., 1995；Yadav et al., 1987)。决定土壤硝态氮和铵态氮含量的环境因子的重要性随研究地区土壤类型及其他理化性质的不同而不同，有结果认为土壤温度和湿度的季节性变化是产生氮素矿化季节性变化的重要因素(Raghubanshi，1992)，特别是在干旱半干旱地区，湿度是氮矿化的主要决定因素(Noy-Meir，1973)，但也有人认为在干热的盐碱土壤中，水分临时不再是限制因子，微生物本身的生物量和活力在氮的循环中发挥重要作用(Sarig et al., 1994)。本研究地区的土壤盐碱度较高，pH值为9.0左右，而含水量较低，受多种因子的综合作用，各群落类型硝态氮和铵态氮含量的季节性变化比较显著，特别是铵态氮含量，各土层均表现出5月＞7月＞9月的趋势。虽然5月和7月各群落类型间硝态氮和铵态氮含量变化多达到极显著水平，但规律性不明显；各群落类型内的垂直变化多不显著，仅5月表层土硝态氮的含量明显大于其他两个层次，说明其空间变异随时间而有所变化(Luo et al., 2000)。