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土壤作为巨大的碳库其微小的变化即会对大气中CO2浓度产生巨大影响，随着气候变化的加剧及CO2等温室气体的排放与气候变暖之间的联系逐渐得到大家的共识，土壤碳的研究成为土壤学和生态学研究的热点，其中土地利用的改变对土壤碳的影响及土壤碳对气候变化的响应是土壤固碳学科研究中的两大科学问题。本研究针对该问题，以典型区域黄土丘陵沟壑区陕西延安羊圈沟小流域及川西亚高山地区米亚罗夹壁沟小流域为例，利用野外采样、监测及室内分析相结合的方法，探讨了黄土丘陵沟壑区退耕还林还草后样地尺度上三种典型人工林（杏树、沙棘和刺槐）、不同恢复年限的人工刺槐林及坡面尺度上林地和草地土壤碳含量、CO2释放以及微生物的变化;同时在川西米亚罗林区以海拔作为温度水分连续变化的载体，研究了不同坡向上土壤总碳及有机碳沿海拔的变化规律，并针对碳的输入及形成过程探讨了枯枝落叶层的量和化学组成、土壤微生物及土壤理化性质沿海拔的变化规律及其对土壤碳的影响，主要的研究结果如下: (1)黄土丘陵沟壑区典型人工林杏树、沙棘和刺槐在5年的恢复时间内对土壤碳的累积的影响未有显著性差异。不同人工林下土壤CO2释放存在差异，总体来看刺槐林最高。土壤CO2释放季节变化敏感，夏季和春季高于秋季。土壤温度和水分是影响土壤CO2释放的主要环境因子，在干旱的夏季和春季土壤水分是主要抑制因子，在秋季，土壤温度是主要影响因子，三种人工林相比，刺槐林土壤CO2释放对温度的响应更为敏感。植被恢复初期，不同的人工林下土壤微生物的变化与土壤理化性质的改变相比更为敏感，微生物的总量不同树种间呈现显著性差异，但树种的不同对微生物群落功能多样性的影响不明显。 (2)恢复年限对土壤有机碳影响显著，随着恢复年限的增长土壤有机碳显著提高且土壤有机碳的累积速度逐渐增加。恢复过程中，土壤微生物及土壤理化性质的改变与土壤有机碳的增长存在显著的相关性。 (3)在半干旱的黄土丘陵沟壑区，刺槐人工林与草地相比更有利于碳的固定，其具有高的碳储量和低的碳释放，沿着坡面，草地土壤碳自坡顶到坡趾具有显著的增长趋势，而林地坡面上的变异较小。林地和草地生态系统土壤碳储量之间的差异主要受坡位影响，坡面尺度上林地土壤有机碳储量高于草地，与高的土壤氮含量和微生物生物量和低的碳释放有关。与林地相比，草地土壤碳的释放具有更高的季节变异且与土壤温度和水分之间具有更为密切的关系。 (4)川两米亚罗林区土壤碳沿海拔在3100m、3300m及树线位置含量较高，0-20 cm表层土壤碳较20-40 cm下层土壤碳沿海拔的变异更大，与温度相比，沿着海拔，土壤碳的分布与水分因子的关系更为密切。土壤碳库以有机碳库为主，不同坡向土壤碳储量沿海拔的分布规律相似，坡向之间的差异主要体现在量的大小上。枯枝落叶层的输入和微生物的活动对土壤碳的分布起着重要的作用，相对较低的海拔碳的累积主要受碳输入的影响较大，相对较高的海拔受碳的输出过程的影响更大，与低海拔相比，高海拔碳储量的变化受气候变化的影响更为显著。沿海拔土壤性质本身对土壤碳的累积也起着重要影响，其中土壤总氮、总磷及pH值是影响土壤碳的主要土壤性质指标。