隨著世界范圍內的氣候變暖和人為活動的日益加強，森林生態系統將不可避免地受到影響，其養分元素也會發生一定量的改變，直接影響林木的生長，參與森林生態系統的能量流動和物質循環。而森林土壤是陸地上最重要的 C/N 庫/源，森林土壤的變化過程將在很大程度上影響到全球氣候變化以及植被動態。氮是土壤養分中對植物生長最重要的元素，從發育初期到成熟，植物的生長都需要氮。一般認為，氮的有效性往往影響森林生態系統的生產力，土壤氮素在森林生態系統中是一種限制植物生長的重要元素，其化學形態及其轉化制約著植物對氮素的吸收。受氣候、植被、土壤理化性質及人為經營措施的影響，土壤氮素狀況呈現一定的變化規律，直接制約著林木的生長發育，并能反映氮素的流失、滲透等現象。
大興安嶺林區是我國唯一的寒溫帶針葉林區\\(其森林面積和蓄積分別占全國森林總面積和總蓄積的11% 、14% \\) ，同時又是我國高緯度森林凍土發育的主要地區之一。其年平均氣溫為 － 5 ～ － 7℃，極端最低氣溫為 －52． 3℃，是全國最低氣溫記錄。其優勢樹種興安落葉松林有甚少擾動的原始森林。我國興安落葉松林由于受長期采伐及土地利用變化的影響，大多處于退化狀態或次生演替的早期階段，對土壤氮素含量水平及分布狀況的研究，可以為合理利用土壤、指導林業生產、合理地保護生態環境和促進林業可持續發展提供依據。
選取大興安嶺地區 7 種典型森林類型進行研究，比較分析不同森林群落類型中土壤氮素的變化及分布規律。
1、 研究區域概況
試驗區位于內蒙古的東北部，大興安嶺國家級森林生態定位站，地理坐標為北緯 50°49' －50°51'，東經 121°30' －121°31'，海拔為 810 － 1700m 左右。該區屬寒溫帶濕潤森林氣候區，年大于 10℃ 的積溫為1403℃ ，年平均氣溫為 － 5． 4℃ ，最低氣溫 － 50℃ ，最高為 40℃ ，年降水量為 450 － 550mm，60% 集中在 7、8月份。9 月末至第二年5 月初為降雪期，降雪厚度20 －40cm。年均日照2594 小時，無霜期80 天。土壤凍結狀態從頭一年的 9 月下旬到次年的 5 月初，凍結時間長達 7 個多月，土壤 pH 值為 4． 5 －6． 5，腐殖質層一般在 10cm 左右。土層厚度不均，鹽基飽和度一般在 50% －70%，交換性酸 1． 27 －59． 51cmol/kg。
本地區的植被主要為興安落葉松林，其間混有岳樺、白樺、山楊、甜楊和鉆天柳等闊葉樹種和杜香、越桔和興安杜鵑等灌木。
興安落葉松7 種典型林型的分布狀況:1\\) 杜香 － 興安落葉松林 Ledum Sphagnum － Larix gmelini for-est: 該林型分布在山地中部寒溫性針葉林亞帶，分布普遍，是大興安嶺興安落葉松林的主要林型之一，多分布在陽坡和半陽坡，坡度為 5° ～10°之間，生境較冷濕，土壤為棕色針葉林土，有泥炭化現象，枯枝落葉層分解不良，土層較淺薄，永凍層的融解層較淺; 2\\) 柴樺 － 興安落葉松林 fruitcosa － Larix gmelini forest: 該林型分布在河谷地帶，土壤水分經常飽和，下部有多年凍土，土層較厚，具有泥炭層; 3\\) 草類 － 興安落葉松林 Grass － Larix gmelini forest: 該林型多分布在陽坡和半陽坡，坡度為 6° ～10°，由于氣候和土壤條件較好，故此林型的生產力在全部興安落葉松林的林型中是最高的，面積較小，土壤為棕色針葉林土，濕度較低;4\\) 杜鵑 － 興安落葉松林 Dahuricum － Larix gmelini forest: 該林型坡向多為陽坡、半陽坡，坡度在 10°以上，土壤為典型的棕色針葉林土，并且具有一定灰化現象，土層較薄，下部石塊多，肥力差，水分較少; 5\\) 赤楊 －興安落葉松林 Alnus － Larix gmelini forest: 該林型是大興安嶺興安落葉松林寒溫性針葉林亞帶的代表，分布在濕度較大的陽坡，地勢較高，不普遍，生境冷濕，土層淺薄，土壤為灰化棕色針葉林土; 6\\) 真蘚 － 興安落葉松林 Bryum － Larix gmelini forest: 該林型是興安落葉松林沼澤化程度最高的林型，分布在排水不良的平緩谷地和陰破下部的集水區，土壤極度潮濕，屬于高位沼澤土，有較厚的泥炭層; 7\\) 溪旁 － 興安落葉松林Streamside － Larix gmelini forest: 該林型屬于谷地林型組，分布在流水的溪旁，排水條件較好，土壤水分充足，面積不大。通常發育在河流沖積物上，土壤上層有分解不良的腐殖質層，下層多為石塊、石礫，土壤為河岸沖積土。
2、 材料與方法
2． 1 土樣采集與處理
2007 年 7 － 8 月期間，在研究區 7 種林型: 草類 － 興安落葉松林、杜鵑 － 興安落葉松林、溪旁 － 興安落葉松林、真蘚 － 興安落葉松林、柴樺 － 興安落葉松林、杜香 － 興安落葉松林、赤楊 － 興安落葉松林內進行取樣，每一林型隨機取三個點，在每一點上取腐殖質層和淀積層，同時用環刀在剖面上直接取樣，并帶回實驗室進行室內風干、挑出大的根系和礫石等雜質，研磨、分別過 2mm、0． 15mm 的篩子，裝袋、標記、待測試用。
2． 2 測定方法
土壤有機質用重鉻酸鉀外加熱氧化法測定，土壤全氮采用凱氏定氮儀直接測定，堿解氮用堿解擴散法。
2． 3 數據分析
通過 Excel 進行元素均值、繪制圖表、曲線; 通過 SPSS13． 0 軟件進行方差分析、及標準差的計算、元素間的相關分析、回歸分析等。
3、 結果與分析
3． 1 不同森林類型土壤全氮含量比較
由表 1 可知，在 7 個林型土壤全氮平均含量以真蘚 － 興安落葉松林最大為 15． 76g/kg，溪旁 － 興安落葉松林最低為 6． 83g/kg。在腐殖質層土壤全氮含量在 8． 35 －17． 86g/kg 之間，土壤的全氮含量以赤楊 －興安落葉松林最高，溪旁 － 興安落葉松林最小，淀積層土壤全氮含量在 2． 77 －15． 18g/kg 之間，以真蘚 －興安落葉松林最高，杜香 － 興安落葉松林最小，表明興安落葉松不同林型土壤全氮含量具有明顯差別。
不同森林類型腐殖質層全氮含量與淀積層的比值也存在較大差異，以草類 － 興安落葉松林最大，比值為4． 49; 真蘚 － 興安落葉松林最小，比值為1． 08; 其他類型的比值在1． 14 －4． 45 之間，表明草類 － 興安落葉松林土壤全氮含量在 2 層中變化幅度最大，腐殖質層土壤較淀積層土壤肥沃; 真蘚 － 興安落葉松林最小，腐殖質層與淀積層土壤全氮相差不多。
從變異系數來看，即變異系數 = 標準方差/平均值。根據變異程度分級，C≤0． 1 屬于弱變異性; 0． 1 ＜C ＜ 1 屬于中等變異性; C≥1 屬于強變異性，研究區各種森林類型在兩層均未表現為強變異性。從偏度來看，偏度表示數據距樣本平均值的分散程度。偏度為正，即分布向大于平均數方向偏斜; 偏度為負，即分布向小于平均數方向偏斜，當偏度的絕對值大于 2 時，分布的偏斜程度嚴重。研究區偏度范圍介于－ 1． 71 － 1． 68 之間，其絕對值均小于 2，說明各森林類型在腐殖質層淀積層全氮分布的偏斜程度不嚴重。圖 1 土壤全氮與有機質的相關性Fig． 1 The correlation between organic matters and total nitrogen圖 1 表明研究區土壤有機質含量和全氮含量有著極顯著正相關關系，這表明土壤全氮含量主要以有機氮的形式存在于有機質中。森林土壤全氮量的消長主要取決于各地區有機質的積累和分解作用的相對強度。隨有機質含量的變化，全氮含量也發生相應的變化。土壤有機質含有植物需要的多種養分，是營養元素，特別是氮素主要儲存場地，土壤表層中大約 80% － 97% 的氮存在于有機質之中。土壤中的氮素，能被植物直接吸收利用的無機態氮僅占全氮量的 5% 左右，而絕大部分是以有機形態存在，它的含量和分布與土壤有機質密切相關。
楊振興、車麗等對常綠闊葉林研究表明 0 － 10cm 土層土壤全氮平均含量為 1． 94g/kg; 樊蘭英，郭晉平等對落葉松 － 遼東櫟，青楊 － 遼東櫟，云杉林土壤全氮含量研究表明表層土壤的全氮含量為 3． 77－ 6． 92g / kg; 楊秀清等對華北山地 6 種天然次生林土壤氮素的空間異質性特征研究表明: 針葉林全氮含量為 0． 9 －1． 3g/kg，闊葉林全氮含量為 3． 1 －4． 5g/kg。本研究中，興安落葉松林 7 種林型土壤全氮含量范圍為 6． 83 －15． 76g/kg，與全國其他地區的森林土壤全氮含量相比處于高位，這主要是由于大興安嶺地區低溫，高濕，生長季短，有利于土壤有機質及全氮的積累。
不同類型植被的生長方式、光合產物分配模式和土壤表層小氣候的差異，決定了土壤全氮和堿解氮含量的不同。研究區土壤全氮含量以真蘚 － 興安落葉松林最高，溪旁 － 興安落葉松林最低; 主要是由于真蘚 － 興安落葉松林，柴樺 － 興安落葉松林處于陰坡，有深厚的泥炭層，有機質含量豐富，因而該林型土壤全氮含量較高。這與張鵬等對祁連山北麓自然垂直帶土壤氮含量研究發現陰坡土壤氮含量高于陽坡結果一致。而溪旁 － 興安落葉松林土壤上層有分解不良的腐殖質層，下層多為石塊、石礫，有機質含量相對較少，故而該林型下土壤全氮含量較低。天然林土壤有機質的輸入量主要依賴于有機殘體歸還量的多少及有機殘體的腐殖化系數，而氮素的輸入量則主要依賴于植物殘體的歸還量及生物固氮量。林下植被的種類、數量及分布格局決定了森林凋落物的種類、產量及最終歸還于土壤的異質性分布情況，從而影響了土壤氮素等養分的異質性分布狀況。引起土壤全氮含量分布不同的因素除植被類型外還有很多，如地形、土壤質地、土壤坡位方向、海拔等，以及土壤理化性質在局部范圍內也影響著土壤全氮的含量。這些因素也可能導致土壤氮素空間異質性的產生。
對于同一森林類型全氮含量在腐殖質層、淀積層的差異，歸因于，土壤氮素來源于有機質，而林地土壤有機質主要來自于地表枯枝落葉層的分解補充與累積，有機質在土壤剖面的分布取決于土壤有機質和腐殖質在下滲水作用下在土體中的淋溶、遷移、淀積以及在土壤小動物作用下與礦質土土體擾動、混合的過程，腐殖質層是植物根系分布的集中層，供應植物生長的主要養分層，因而林地土壤有機質及腐殖質組分以腐殖質層較高，淀積層較低。
3． 2 不同森林類型土壤堿解氮含量比較
堿解氮包括無機的礦物態氮和部分有機質中易分解的，比較簡單的有機態氮，它是銨態氮、硝態氮、氨基酸、酞胺和易水解的蛋白質氮的總和。對于同一森林類型腐殖質層、淀積層土壤堿解氮的差異在各個林型中都比較明顯，均是腐殖質層大于淀積層，其原因也是森林地表枯枝落葉較厚，隨時間的推移，由于表層逐漸向下分解、轉化、積累，形成腐殖質層的堿解氮含量也都大于淀積層。
不同森林類型在兩個不同層次土壤堿解氮含量的變動幅度不同，差異最大的為杜鵑 － 興安落葉松林，倍數為 8． 46，最小的是真蘚 － 興安落葉松林，倍數為 1． 08。在 7 個林型土壤堿解氮平均含量以赤楊 － 興安落葉松林最大為 916． 28mg/kg，杜鵑 － 興安落葉松林最低為 475． 27mg/kg。不同森林類型在同一土壤深度層次也存在明顯的差別: 腐殖質層堿解氮平均值變化范圍在 850． 00 －1517． 19mg/kg 之間，其中赤楊－ 興安落葉松林最高，最小的是杜鵑 － 興安落葉松林; 淀積層堿解氮平均值變化范圍在 100． 54 － 771．46mg / kg 之間\\(表 2\\) ，其中真蘚 － 興安落葉松林最高，最小的為杜鵑 － 興安落葉松林。從變異系數來看，研究區各種森林類型在兩層均未表現為強變異性。從偏度來看，研究區偏度范圍介于 － 1． 73 － 1． 73 之間，其絕對值均小于 2，說明各森林類型在腐殖質層淀積層堿解氮分布的偏斜程度不嚴重。
張世熔、孫波等對南方丘陵區不同尺度下土壤有效氮含量研究表明，小尺度有效氮含量為 64．8mg / kg，中尺度為 66． 3mg / kg，大尺度為 80． 2mg / kg。張振明、余新曉等對北京八達嶺林場不同植被類型土壤堿解氮空間變異性研究表明，疏林地土壤堿解氮含量為 28． 01mg/kg、灌木林地為 28． 25mg/kg、針葉林地為 25． 02mg/kg、闊葉林地為 32． 54mg/kg、針闊混交林地為 28． 93mg/kg。本研究中，興安落葉松林7 種林型土壤堿解氮含量范圍為 100． 54 － 1517． 19mg / kg 與全國其他地區的森林土壤堿解氮含量相比同樣處于高位，引起這一分布格局的原因，有可能與枯枝落葉歸還量和其分解速度有關，同時也表明該地區不僅表層有豐富的堿解氮供應給植物，而且整個剖面堿解氮含量也比較高，供氮的總量相對較多。
研究區土壤堿解氮含量以赤楊 － 興安落葉松林最高，杜鵑 － 興安落葉松林最低; 主要是由于赤楊 － 興安落葉松林分布在濕度較大的陽坡，生長季時溫度較高，適宜微生物的活動，有利于氮礦化的進行。而杜鵑 － 興安落葉松林由于土層較薄，下部石塊多，肥力差，水分較少，即使是在溫度較高的生長季微生物活動也并不活躍，加之其有機質含量較低，因而其可供微生物進行氮礦化的氮素含量也較低，故在該林型下土壤堿解氮含量低。
4、 討論
森林土壤氮素是森林生態系統氮素循環重要的組成部分，也是森林植被生長最主要影響因素之一。全氮是衡量土壤氮素的基礎肥力指標，而土壤堿解氮能夠較靈敏地反映土壤氮素動態變化和供氮水平。大部分森林生態系統氮素缺乏，且森林中氮的利用效率又明顯低于農業系統，因而土壤可利用性氮成為限制林木生產的最重要因子。
大興安嶺地處"東北亞"環境敏感區的寒溫帶地區，具有獨特的北方林生態環境。它的針葉林生態系統、針闊葉混交林生態系統、以及凍土濕地系統等，都是我國代表性較強的植被生態系統。興安落葉松林和凍土存在著相互依存、相互制約的關系。由于凍土存在，興安落葉松呈淺根系分布，長期依靠凍結滯水維持生長，并與凍土共同儲存了大量淡水資源，形成典型的凍土森林。大興安嶺這一冷濕環境，就是興安落葉松林不論土壤全氮還是堿解氮含量與我國其他森林土壤相比處于較高位置的主要條件，其既維持了凍土的繼續存在，又保證了土壤有機質及氮素積累，為興安落葉松林的生存與發展創造了條件。
大興安嶺林區存在的森林濕地\\(如真蘚 － 興安落葉松林和柴樺 － 興安落葉松林\\) 在全國林區內是分布面積最大的。大興安嶺濕地有其特殊性，主要反映在與凍土共存方面。有凍土的地區，就有濕地。由于永凍層形成天然隔水板，使得降水和徑流無法滲入地下，造成地表集水，土壤過濕，使土壤上層低溫缺氧，限制了好氧細菌的活動，同時，由于土壤中缺少亞硝酸細菌和對有機質分解作用強的纖維素菌，植物殘留體在嫌氣條件下難以分解，殘存在泥炭之中，形成泥炭層，進一步滯水，逐漸形成各種類型的濕地。這些濕地也對土壤有機質及氮素的固定起著不可替代的作用。
總之，興安落葉松是在低溫、高濕的環境下，擁有維持其基本生長氮素水平。大氣變暖、不合理采伐、濕地排水等外部條件變化，都將造成凍土退化，改變低溫、高濕的環境，使土壤有機質分解加快，氮素含量降低，興安落葉松林將永久失去生長的能力。
5、 結論
\\(1\\) 興安落葉松林 7 種林型土壤全氮含量范圍為 6． 83 － 15． 76g/kg，堿解氮含量范圍為 100． 54 －1517． 19mg / kg，與全國其他地區的森林土壤全氮及堿解氮含量相比處于高位，說明大興安嶺地區在低溫，高濕的條件，有利于土壤全氮及堿解氮的積累。
\\(2\\) 興安落葉松林不同林型土壤全氮含量大小的順序為: 真蘚 － 興安落葉松林﹥柴樺 － 興安落葉松林﹥赤楊 － 興安落葉松林﹥草類 － 興安落葉松林﹥杜鵑 － 興安落葉松林﹥杜香 － 興安落葉松林﹥溪旁 －興安落葉松林。
\\(3\\) 興安落葉松林不同林型土壤堿解氮含量大小的順序為: 赤楊 － 興安落葉松林﹥真蘚 － 興安落葉松林﹥溪旁 － 興安落葉松林﹥柴樺 － 興安落葉松林﹥杜香 － 興安落葉松林﹥草類 － 興安落葉松林﹥杜鵑－ 興安落葉松林。
\\(4\\) 不同森林類型腐殖質層全氮含量與淀積層的比值也存在較大差異，以草類 － 興安落葉松林最大，比值為4． 49; 真蘚 － 興安落葉松林最小，比值為1． 08; 其他類型的比值在1． 14 －4． 45 之間，興安落葉松林土壤氮素含量隨土壤深度增加而減少，且主要分布在腐殖質層中。
\\(5\\) 生長在陰坡的真蘚 － 興安落葉松林等林型利于全氮的積累，而腐殖質層全氮含量與淀積層的比值較小，生長在陽坡的赤楊等林型利于全氮的分解，腐殖質層全氮含量與淀積層的差異較大。
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