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土壤总氮与有机碳是衡量土壤肥力的关键指标，也是评判土地退化与恢复的重要指标。土壤氮的供应能力在一定程度上决定着生态系统的固碳潜力，对减缓全球变暖具有重要意义。对生态恢复而言，土壤氮的供应能力在很大程度上决定着生态恢复/演替的方向与进程。前期虽然有不少研究对喀斯特生态系统土壤总氮和有机碳含量进行了测定，然而，由于缺乏较系统研究，之前对喀斯特山区退耕后生态恢复的固碳效应、氮是否为喀斯特山区生态恢复的主要限制因子、不同退耕模式对土壤总氮与有机碳固持效应的影响等问题无法回答。针对前期研究的不足之处，本论文以桂西北喀斯特山区典型退耕模式为研究对象，首先基于一条典型退耕后演替序列研究了土壤氮库随演替变化特征（采用空间代替时间方法），并估算了总氮累积速率及恢复到原生林所需时间;由于碳氮之间密切的耦合关系，我们猜测氮的累积相应会引发土壤有机碳库的累积，因此，我们进一步研究了同一条退耕后演替序列土壤有机碳库随演替变化特征，相应估算了有机碳累积速率及恢复到原生林所需时间;在研究土壤总氮与有机碳库随次生演替变化特征的基础上，我们比较了土壤总氮与有机碳库对多种退耕模式的响应及其与土壤微生物群落的关系。主要研究结果如下: (1)基于西南喀斯特山区典型退耕后演替序列研究了土壤总氮储量(0-15cm)变化特征。该演替序列包括草丛(10±5年)、灌丛(29±5年)、次生林(59±5年)和原生林，并以玉米-大豆轮作作对照。草丛土壤总氮储量与农田无显著差异，但后三个阶段的氮储量相比农田增加了120-221％。退耕后土壤总氮储量累积速率平均为12.4g N m-2yr-1，经过67年左右可恢复到原生林水平。随着演替进程，土壤硝态氮含量随演替进程而增加，但铵态氮含量随演替的变化特征则相反。灌丛、次生林和原生林土壤土壤高硝态氮含量可能意味着这些阶段已不受氮限制。土壤净氮矿化和硝化速率随演替进程而增加。后三个阶段土壤、叶片和凋落物δ15N值显著高于草丛，这也支持氮状况随演替得到了明显提升，氮循环变得更开放。除生物固氮和大气氮沉降外，岩石风化过程氮释放也可能是喀斯特生态系统外源氮输入的一条重要途径。我们的研究表明氮可能不是喀斯特山区生态恢复的限制性元素。 (2)基于上述退耕后演替序列研究了土壤有机碳储量(0-15cm)变化特征。草丛土壤有机碳储量与农田(42.0±7.3Mg C ha-1)无显著差异，灌丛阶段土壤有机碳储量与原生林相比无显著差异。森林土壤有机碳储量平均为92.6±4.2Mg C ha-1，比农田增加了120.4±10.0％或50.6±4.2Mg C ha1。退耕后土壤有机碳储量累积速率平均为1.38Mg C ha-1yr-1，经过40年左右可恢复到原生林水平。土壤交换性钙和镁是退耕后土壤有机碳储量变化的最强解释变量。我们的研究表明喀斯特山区退耕后土壤有机碳水平随演替进程能较快速累积。 (3)基于长期退耕模式控制实验样地研究了喀斯特山区0-15cm土壤总氮与有机碳储量的变化特征。选取的退耕模式包括种植香椿(TS)、种植桂牧1号牧草(GG)、任豆与桂牧1号牧草混种(ZG)和自然撂荒(SR)，并以玉米-大豆轮作地(CR)作对照。TS和SR两个处理的土壤有机碳储量(0-15cm)相比农田分别提高了40％和50％，但GG和ZG两个处理的储量与农田无明显差异。GG处理的土壤总氮储量与农田无显著变化，但TS、ZG和SR三个处理的土壤总氮储量分别比农田增加了130％、81％、117％。土壤有机碳和氮储量绝对变化速率之间存在显著相关性，且土壤氮储量相对变化速率大于有机碳储量的相对变化速率。与土壤总氮变化特征相似，TS、ZG和SR三个处理的土壤硝态氮、净硝化速率和δ15N值显著高于GG和CR两个处理的相应值。TS和GG处理样地土壤微生物量碳含量相比农田分别增加了124％和82％，土壤微生物量氮含量分别增加了92％和60％，但ZG处理样地土壤微生物量碳和氮含量与农田相比无明显差异。此外，三种退耕恢复模式土壤PLFAs丰度和真菌:细菌比值相比农田均显著增加，但三种模式之间无显著差别。多响应置换分析结果表明土壤微生物群落结构在退耕后发生了显著性变化。逐步回归分析表明土壤交换性钙是退耕后土壤有机碳和总氮变化的主控因素，且土壤微生物群落丰度与土壤有机碳之间存在显著的相关性。我们的研究表明，在喀斯特山区推行种植经济树种-香椿能有效提升土壤肥力，且具有和自然撂荒同等的土壤碳固持能力。