川滇高山栎(Quercus aquifolioides)分布范围广，成林面积大(杨玉坡等，1992)，是中国西部特有树种，也是川滇2省和青藏高原的重要树种(王国严等，2008)，广布于横断山区高山峡谷地区的阳坡和半阳坡，随海拔由南向北逐渐升高，出现了从森林到灌丛连续分布的罕见现象，成为顶极群落(杨钦周，1990)。从植被的起源与发生方面看，川滇高山栎是古地中海近海植被的直接衍生物，是一类古老的残遗类型(姜汉侨，1980)。目前有关川滇高山栎种群特征(刘兴良等，2005)、空间格局(尤海舟等，2010)、水文(何常清等，2008)、生物量(刘兴良等，2006)、遗传多样性(李进等，1998)和生理特性等方面的报道较多(朱万泽等，2010)，但对川滇高山栎林土壤颗粒组成、总有机碳含量和全氮含量的空间变化规律尚未见报道。本研究在川西卧龙国家级自然保护区的巴郎山选择3个海拔梯度的川滇高山栎林为研究对象，分析其土壤颗粒组成、总有机碳含量和全氮含量的空间分布规律，为川滇高山栎林的土壤质地评价、碳氮循环及土壤呼吸等研究积累基础资料。

研究区位于卧龙国家级自然保护区皮条河上游的巴郎山(102°52′—103°24′E，34°45′—31°25′N)。卧龙国家级自然保护区位于青藏高原东南缘的邛崃山脉东麓，地处四川盆地向川西高原过渡的倾斜面上，属高山峡谷地带，总面积20万hm²，区内属青藏高原气候带，受西风急流南支和东南季风交替作用，干湿季节分明，年均温较低，降水丰富，5—9月降水量达全年降水量的68.1%，年均相对湿度80%。川滇高山栎集中分布于海拔2 400~3 600 m处。

2010年8月中旬，在巴郎山海拔3 549 m的花岩川滇高山栎灌丛(HY)、海拔3 091 m的寨子坡川滇高山栎矮林(ZHZP)和海拔2 551 m的寡妇山川滇高山栎矮林(GF)各设1块50 m×80 m大样地，各大样地坡向相同，均为阳坡，大样地概况见表 1。在每块大样地布设4块20 m×20 m的小样地。在每块样地随机选取12个点，用不锈钢土壤环状采样器(Eijkelkamp公司生产，型号07.53.SC)在每点按0~15和15~30 cm采集土样，然后各样地的2层土样各自混合后，分别取3个混合样带回实验室，自然风干备用。

表 1 大样地概况^① Tab.1 Survey of big sample plot

表 1 大样地概况① Tab.1 Survey of big sample plot

土壤总有机碳含量用重铬酸钾氧化-外加热法(LY/T1237-1999)测定，全氮含量用半微量凯氏法(LY/T1228-1999)测定，土壤颗粒组成用密度计法(LY/T1225-1999)测定。土壤粒级按美国制标准划分，即砂粒(2.0~0.05 mm)、粉粒(0.05~0.002 m)和粘粒(＜0.002 mm)，其中砂粒细分为极粗砂(1.0~2.0 mm)、粗砂粒(0.5~1.0 mm)、中砂粒(0.25~0.5 mm)和细砂粒(0.05~0.25 mm)，粉粒细分为粗粉粒(0.02~0.05 mm)和细粉粒(0.002~0.02 mm)。

采用SPSS17.0统计软件包进行统计分析，用One-way ANOVA对不同样地的土壤颗粒组成、总有机碳含量和全氮含量差异作方差分析，并用LSD进行多重比较(P＜0.05)，通过Pearson分析川滇高山栎林土壤颗粒组成、总有机碳含量和全氮含量的相关性，用TAL(texture auto lookup)程序进行土壤质地分类(张丽萍等，2007)。

从表 2可知：巴郎山高山栎林地土壤颗粒组成中粉粒含量最高，为15.16%~17.06%，平均达48.26%；其次是砂粒，为35.73%~64.88%，平均为26.83%；粘粒含量最低，为44.61%~72.28%，平均为24.92%。利用TAL程序对巴郎山川滇高山栎林的土壤质地进行划分可知，花岩川滇高山栎灌丛林土壤为壤土；寨子坡川滇高山栎林土壤为粘壤土；寡妇山川滇高山栎林土壤为粉砂壤土。

表 2 各大样地土壤颗粒含量 Tab.2 Soil particle content of various big sample plots

表 2 各大样地土壤颗粒含量 Tab.2 Soil particle content of various big sample plots

统计分析表明(表 2)：表层(0~15 cm)和亚层(15~30 cm)砂粒含量均表现为HY＞GF＞ZHZP，多重比较结果表明不同海拔梯度之间均存在显著差异(P＜0.05)；表层粉粒含量表现为ZHZP＞GF＞HY，但不同海拔梯度间差异均不显著(P＞0.05)，说明海拔因素对高山栎林土壤粉粒形成的影响不显著，而亚层粉粒含量表现为GF＞ZHZP＞HY，LSD多重比较可知HY与ZHZP间及HY与GF间存在显著差异(P＜0.05)，ZHZP和GF间差异不显著(P＞0.05)。表层粘粒含量与2个土层粉粒总含量表现相似，但LSD多重比较结果与亚层土粉粒含量相似。2个土层粘粒含量在海拔3 091 m处最高，可能与该处坡度相对较缓及雨水冲刷和重力作用相对较小有关。本研究区海拔差异不足以对成土母质石风化产生明显影响，而林分结构会对地表径流或表面细土淋失产生影响，这可能是导致表土颗粒组成差异的主要原因。

研究表明：土壤总有机碳含量随土层加深而降低(Luizão et al., 2004)，在巴郎山川滇高山栎林地也表现出相似的变化规律。从图 1看出，不同海拔土壤总有机碳的垂直分布均表现出表层明显高于亚层，各海拔梯度(HY，ZHZ和GF)表层土比亚层土分别高1.65，1.93和1.94倍。表层土壤中的总有机碳含量表现为ZHZP＞HY＞GF，方差分析结果表明不同海拔之间表层土壤总有机碳含量差异显著(P＜0.05)，但多重比较结果表明HY和ZHZP差异不显著(P＞0.05)，GF和HY间及DF和ZHZP间差异显著(P＜0.05)，这与中低海拔大样地植被生长较旺盛、地表枯落物较多存在一定关系。亚层土总有机碳含量则表现为随海拔递减而降低，表现为HY＞ZHZP＞GF，方差分析及多重比较结果均与表层土一致。

图 1 土壤总有机碳和全氮含量 Fig.1 Total organic carbon and total nitrogen content of soil

从图 1可知：海拔3 549，3 091和2 551 m处0~15 cm土层土壤全氮含量分别比15~30 cm土层高1.71，1.84和1.28 g·kg^-1。表层土壤中的全氮含量表现为HY＞ZHZP＞GF，方差分析结果表明不同海拔梯度间土壤全氮含量差异显著(P＜0.05)，而多重比较结果表明HY和ZHZP之间差异不显著(P＞0.05)，但2者均与GF差异显著(P＜0.05)；亚层土壤全氮含量变化规律同表层土，方差分析及多重比较结果与表层土一致。

从图 2可知：巴郎山高山栎林土壤碳氮比为11~14，平均为12.77，属适中水平，适于土壤养分释放转化及植物对营养的吸收利用。方差分析表明不同海拔梯度样地间土壤碳氮比差异不明显：表层土壤碳氮比为12~14，变幅为8.25%~17.01%，以ZHZP的碳氮比最高，亚层土碳氮比为11~12，变幅为11.20%~89.74%。综合分析巴郎山川滇高山栎林土壤碳氮比可知，该区土壤腐殖化程度高，氮矿化能力强，土壤微生物数量和活动未受到氮素限制，这有利于土壤养分释放。

图 2 土壤有机碳氮比 Fig.2 Ratio of the organic carbon and nitrogen(C/N) of soil

从表 3可知：2个土层总有机碳含量与全氮含量的相关性随海拔梯度递减由极显著正相关逐步变为不相关；表层土壤有机碳含量与粗粉粒在3个海拔梯度分别呈极显著正相关(R=0.918，P＜0.01)、显著正相关(R=0.850，P＜0.05)和不相关，与极粗砂粒和粘粒在海拔3 549 m分别呈显著正相关(R=0.897，P＜0.05)和负相关(R=-0.888，P＜0.05)，与细砂粒在海拔2 551 m呈极显著正相关(R=0.919，P＜0.01)；亚层土壤总有机碳含量仅与海拔3 549 m土壤粗粉粒含量和2 551 m土壤细砂粒含量呈极显著正相关(R=0.918，P＜0.01)。表层土壤全氮含量与粗粉粒含量的相关性同表层土壤总有机碳，与极粗砂粒含量和粘粒含量在海拔3 549 m分别呈极显著正相关(R=0.927，P＜0.01)和显著负相关(R=-0.863，P＜0.05)，与细砂粒含量和细粉粒含量在海拔2 551 m分别呈极显著正相关(R=0.833，P＜0.01)和显著负相关(R=-0.836，P＜0.05)；亚层土壤全氮含量在3 549 m处与粗粉粒含量呈极显著正相关(R=0.935，P＜0.01)，在海拔2 551 m处与细粉粒含量呈显著负相关(R=-0.912，P＜0.05)。

表 3 不同海拔梯度不同土层土壤总有机碳含量、全氮含量及颗粒含量(%)的Pearson相关分析^① Tab.3 Pearson correlation analyses among soil organic carbon content, total nitrogen content, and soil particle content in the different soil layers of Q.aquifoliodes forest at different altitude

表 3 不同海拔梯度不同土层土壤总有机碳含量、全氮含量及颗粒含量(%)的Pearson相关分析① Tab.3 Pearson correlation analyses among soil organic carbon content, total nitrogen content, and soil particle content in the different soil layers of Q.aquifoliodes forest at different altitude

巴郎山川滇高山栎林颗粒组分中粉粒含量最高，砂粒次之，粘粒最低，这与盖小刚等(2010)在沂蒙山的研究结果相似。土壤颗粒组分中表层土砂粒含量表现为随海拔梯度增加而升高，而亚层土砂粒含量表现为ZHZP＜GF＜HY，2个土层粘粒和粉粒含量表现同亚层土砂粒含量，即ZHZP＜GF＜HY，这说明海拔对林地土壤颗粒组分影响较小。

根据各大样地3类土壤颗粒含量可初步判定海拔3 549 m的川滇高山栎灌丛土壤为壤土，海拔3 091m的川滇高山栎矮林土壤为粘壤土，海拔2 551 m的川滇高山栎矮林土壤为粉砂壤土。本研究结果显示：表层土壤有机碳含量在海拔3 091 m最高，海拔2 551 m最低，与表层粉粒和粘粒的百分含量变化趋势一致。粘粒和粉粒含量较高的土壤往往含有较多的有机碳，这是由于土壤粉粒和粘粒具有保护有机碳的能力，其含量影响外源有机质(有机化合物、植物残体)及其转化产物的分解速率或稳定性，有机物质在粉粒和粘粒含量低的土壤中分解较快，并随土壤粉粒和粘粒含量的增加分解趋于缓慢，即使在相同的气候和管理条件下，粉粒和粘粒含量高的土壤能保护有机质免于生物降解(龚伟等，2008)；表层和亚层全氮含量均表现为随海拔递减而减少(GF＜ZHZP＜HY)，这与不同海拔温度的差异有关，因为氮矿化速率随温度增加呈递增趋势(邢顺林等，2011)，氮矿化速率越高，氮素积累就越少，(张鹏等，2009)。不同海拔梯度川滇高山栎土壤碳氮比为12.77，且表现为表层土壤碳氮比均高于亚层，一方面原因为不同深度土壤有机质组成有差异，另一方面可能是深层土壤氮矿化速率较高，使得无机态氮占全氮的比例较表层土壤高(袁海伟等，2007)。

许多研究表明土壤有机碳和全氮含量与粘粒含量之间呈极显著或显著正相关(金发会等，2007；贾晓红等，2007；Seneviratne et al., 2009；Nichols，1984)，但也有研究显示这种关系并不存在(Percival et al., 2000；王洪杰等，2003；Oades，1988)。本研究结果表明，在海拔3 549 m川滇高山栎灌丛林表层土壤总有机碳和全氮含量与土壤粘粒含量呈显著负相关，其他2个海拔梯度则表现为不相关，这与刘淑娟等(2010)在桂西北喀斯特峰丛洼地的研究结果类似。由分析结果可以看出：土壤颗粒组分、土壤有机碳含量和全氮含量之间存在一定的相关关系，但相关与否以及相关程度随海拔不同而不同，其中粉粒波动最大(表 3)。一般认为，土壤颗粒组成含量与土壤养分含量的正相关性越明显，该颗粒组成对土壤养分的保持作用就越大。本研究结果表明：在海拔3 549 m川滇高山栎林地粗粉粒和极粗砂对土壤养分保持所起的作用较大，海拔3 091 m则是粗粉粒含量；海拔2 551 m细砂粒对表层土有机碳和全氮保持作用较大，而细粉粒对亚层土壤全氮含量起负作用较大。

土壤有机碳氮的形成和积累以及土壤质地的形成是一个错综复杂的过程，主要受群落结构、地上和地下生物量、细根分解、枯落物、土壤质地、微生物区系组成及活性、样品采集区的异质性和小气候等(田佳倩等，2008；杜有新等，2011)因素影响。本研究只探讨了土壤颗粒组分与土壤有机碳氮含量之间的相关关系，今后应加强研究川滇高山栎林枯落物、细根以及微生物区系组成及活性对土壤有机碳氮的影响，以便更好地解释川滇高山栎林地土壤有机碳氮循环机制。