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森林土壤是森林生态系统碳(C)、氮(N)循环的重要场所。将有机C、N固定并长期稳定在各土壤库中，被认为是减缓全球气候变化的有效途径。土壤有机碳、氮的积累具有密切的耦合关系，森林类型转换是导致土壤有机碳、氮库变化的重要驱动因素。本文以小兴安岭相似立地条件下四种典型森林类型(原始阔叶红松(Pinus koraiensis Sieb.et Zucc.)林、白桦(Betula platyphyllla Suk.)次生林、云冷杉林人工林和落叶松(Larix gmelinii Rupr.)人工林)为研究对象，测定0.5cm和5.15cm土壤和水稳性团聚体有机碳(SOC)和全氮(TN)含量和储量及有机碳分解动态，探讨原始阔叶红松林转换(原始林—次生林和原始林—人工林)对土壤有机碳、氮库及有机碳分解的影响;量化SOC和TN在土壤物理组分(即游离轻组(FLF)，包裹轻组(OLF)，砂粒组分(SF)，未团聚组分(un-agg)和粘粉粒组分(S&C))中的分布特征，并用固相13C和15N NMR波谱技术分析有机碳和氮化学结构特征，探索土壤有机碳氮的稳定机制以及稳定性土壤有机碳库中碳氮的关系，以期为全球变化背景下温带森林土壤碳源汇功能及固碳潜力的准确评估提供参考。主要结果如下:
(1)原始阔叶红松林转换对0-15cm土壤和水稳性团聚体SOC和TN的含量和储量影响显著(P＜0.05)。与原始阔叶红松林相比，云冷杉人工林0.15cm土层SOC和TN储量分别增加34.0％和18.6％，白桦次生林分别增加14.9％和33.7％，落叶松人工林分别减少9.6％和14.0％。四种森林类型土壤SOC和TN含量和储量均随水稳性团聚体减小而减小。原始阔叶红松林和白桦次生林土壤C/N比差异不显著，但显著低于云冷杉人工林和落叶松人工林。相关性分析表明凋落物和细根性质(如N含量)是影响土壤有机碳氮储量变化的重要因素。
(2)在195天的培养期内，四种森林类型土壤和水稳性团聚体有机碳矿化速率在培养初期较高，随后缓慢下降最终趋于平稳。四种森林类型土壤和水稳性团聚体有机碳累积矿化量按照云冷杉人工林，白桦次生林，原始阔叶红松林，落叶松人工林的顺序依次减小。当标准化为初始土壤有机碳时，总矿化量占总有机碳的比例按照白桦次生林，原始阔叶红松林，落叶松人工林，云冷杉人工林的顺序逐渐增大，说明森林类型转换显著改变土壤有机碳分解动态和稳定性，原始阔叶红松林转换为白桦次生林虽然土壤有机碳分解增多但有机碳稳定性增加，而原始阔叶红松林转换成落叶松人工林和云冷杉人工林土壤有机碳稳定性降低。
(3)FLF和OLF中有机碳和氮含量相当高，但占总有机碳和全氮的比例却很小。相反，S&C中有机碳和氮含量较低，但占土壤总有机碳和全氮的比例最大(约73％的有机碳和80％的全氮)，表明碳氮主要积累在土壤粘粉粒中。森林土壤中95.98％的全氮是有机氮，土壤和物理组分SOC和TN显著正相关，说明有机碳和有机氮是协同积累的，且在S&C中这种协同特征最明显。S&C中TN对SOC的决定系数(R2=0.93)明显大于FLF(R2=0.70)和OLF(R2=0.41)，说明相对于FLF和OLF，S&C中有机碳积累更依赖于有机氮的积累。有机碳和氮在土壤中的稳定途径有团聚体物理保护和与粘粉粒矿物结合两种，其中后者起主导作用。原始阔叶红松林不论是转换成白桦次生林还是落叶松人工林和云冷杉人工林，均不影响土壤有机碳和氮在土壤物理组分中的分布和积累。
(4)固相13C NMR波谱结果显示，四种森林类型土壤和物理组分中O-alkvl C含量最高(36.47％)，其次是aromatic C(18％-37％)和alkvl C(16-26％)，Carbonvl C相对较少(11-15％)。与FLF相比，OLF的alkyl C，aromatic C和alkyl/O-alkyl C相对增加，O-alkvl C相对减少，说明OLF有机碳的分解程度相对较高。相对于全土和其他物理组分，S&C的alkyl/O-alkyl C和alkyl/carboxyl C比值最大，说明S&C中的有机质是分解程度和稳定性最高的短链有机质。森林类型转换显著改变土壤和物理组分有机碳化学组成，但对alkvl/O-alkyl C比和alkyl/carboxyl C比的影响不大。
(5)四种森林类型土壤矿物结合有机碳和全氮含量差异显著(P＜0.05)，但其C/N比差异不明显(P＞0.05)。土壤矿物结合有机碳、氮的化学结构分别以O-alkyl C和amide-N为主。土壤矿物结合碳库中氨基酸C分别贡献了carboxyl C和alkyl C56.82％和48-67％的信号。土壤矿物结合有机碳化学组成与SOC含量显著正相关(P＜0.01)，说明土壤SOC含量越高，有机碳各化学组成含量越高，其在固相13C NMR波谱中的信号强度也越高。森林土壤表层95％以上的氮是有机氮，土壤矿物结合有机碳化学组成与TN含量显著相关(P＜0.01)，说明有机氮决定着土壤矿物结合有机碳的化学组成。
(6)综上所述，小兴安岭森林类型转换显著改变土壤有机碳和氮库大小，原始阔叶红松林转换成白桦次生林土壤有机碳和全氮储量增加，转变成云冷杉人工林土壤有机碳储量增加而全氮储量减少，而转换成落叶松人工林土壤有机碳和全氮储量减少。森林类型转换显著改变土壤有机碳化学组成，但不同森林类型土壤有机碳和氮的积累途径和稳定机制一致。土壤有机碳和氮在土壤中表现出协同积累，且具有团聚体物理保护和与粘粉粒结合两种稳定机制。凋落物和细根性质(如N含量)以及稳定性土壤有机质形成中碳氮耦合机制是原始阔叶红松林转换成次生林和人工林过程中土壤有机碳氮库变化的重要驱动机制。因此，从生态系统固碳角度来说本研究结果为温带森林经营和土壤固碳潜力评估提供重要的依据。
(1)原始阔叶红松林转换对0-15cm土壤和水稳性团聚体SOC和TN的含量和储量影响显著(P＜0.05)。与原始阔叶红松林相比，云冷杉人工林0.15cm土层SOC和TN储量分别增加34.0％和18.6％，白桦次生林分别增加14.9％和33.7％，落叶松人工林分别减少9.6％和14.0％。四种森林类型土壤SOC和TN含量和储量均随水稳性团聚体减小而减小。原始阔叶红松林和白桦次生林土壤C/N比差异不显著，但显著低于云冷杉人工林和落叶松人工林。相关性分析表明凋落物和细根性质(如N含量)是影响土壤有机碳氮储量变化的重要因素。
(2)在195天的培养期内，四种森林类型土壤和水稳性团聚体有机碳矿化速率在培养初期较高，随后缓慢下降最终趋于平稳。四种森林类型土壤和水稳性团聚体有机碳累积矿化量按照云冷杉人工林，白桦次生林，原始阔叶红松林，落叶松人工林的顺序依次减小。当标准化为初始土壤有机碳时，总矿化量占总有机碳的比例按照白桦次生林，原始阔叶红松林，落叶松人工林，云冷杉人工林的顺序逐渐增大，说明森林类型转换显著改变土壤有机碳分解动态和稳定性，原始阔叶红松林转换为白桦次生林虽然土壤有机碳分解增多但有机碳稳定性增加，而原始阔叶红松林转换成落叶松人工林和云冷杉人工林土壤有机碳稳定性降低。
(3)FLF和OLF中有机碳和氮含量相当高，但占总有机碳和全氮的比例却很小。相反，S&C中有机碳和氮含量较低，但占土壤总有机碳和全氮的比例最大(约73％的有机碳和80％的全氮)，表明碳氮主要积累在土壤粘粉粒中。森林土壤中95.98％的全氮是有机氮，土壤和物理组分SOC和TN显著正相关，说明有机碳和有机氮是协同积累的，且在S&C中这种协同特征最明显。S&C中TN对SOC的决定系数(R2=0.93)明显大于FLF(R2=0.70)和OLF(R2=0.41)，说明相对于FLF和OLF，S&C中有机碳积累更依赖于有机氮的积累。有机碳和氮在土壤中的稳定途径有团聚体物理保护和与粘粉粒矿物结合两种，其中后者起主导作用。原始阔叶红松林不论是转换成白桦次生林还是落叶松人工林和云冷杉人工林，均不影响土壤有机碳和氮在土壤物理组分中的分布和积累。
(4)固相13C NMR波谱结果显示，四种森林类型土壤和物理组分中O-alkvl C含量最高(36.47％)，其次是aromatic C(18％-37％)和alkvl C(16-26％)，Carbonvl C相对较少(11-15％)。与FLF相比，OLF的alkyl C，aromatic C和alkyl/O-alkyl C相对增加，O-alkvl C相对减少，说明OLF有机碳的分解程度相对较高。相对于全土和其他物理组分，S&C的alkyl/O-alkyl C和alkyl/carboxyl C比值最大，说明S&C中的有机质是分解程度和稳定性最高的短链有机质。森林类型转换显著改变土壤和物理组分有机碳化学组成，但对alkvl/O-alkyl C比和alkyl/carboxyl C比的影响不大。
(5)四种森林类型土壤矿物结合有机碳和全氮含量差异显著(P＜0.05)，但其C/N比差异不明显(P＞0.05)。土壤矿物结合有机碳、氮的化学结构分别以O-alkyl C和amide-N为主。土壤矿物结合碳库中氨基酸C分别贡献了carboxyl C和alkyl C56.82％和48-67％的信号。土壤矿物结合有机碳化学组成与SOC含量显著正相关(P＜0.01)，说明土壤SOC含量越高，有机碳各化学组成含量越高，其在固相13C NMR波谱中的信号强度也越高。森林土壤表层95％以上的氮是有机氮，土壤矿物结合有机碳化学组成与TN含量显著相关(P＜0.01)，说明有机氮决定着土壤矿物结合有机碳的化学组成。
(6)综上所述，小兴安岭森林类型转换显著改变土壤有机碳和氮库大小，原始阔叶红松林转换成白桦次生林土壤有机碳和全氮储量增加，转变成云冷杉人工林土壤有机碳储量增加而全氮储量减少，而转换成落叶松人工林土壤有机碳和全氮储量减少。森林类型转换显著改变土壤有机碳化学组成，但不同森林类型土壤有机碳和氮的积累途径和稳定机制一致。土壤有机碳和氮在土壤中表现出协同积累，且具有团聚体物理保护和与粘粉粒结合两种稳定机制。凋落物和细根性质(如N含量)以及稳定性土壤有机质形成中碳氮耦合机制是原始阔叶红松林转换成次生林和人工林过程中土壤有机碳氮库变化的重要驱动机制。因此，从生态系统固碳角度来说本研究结果为温带森林经营和土壤固碳潜力评估提供重要的依据。