林分密度是森林生长的重要影响因子,同时调控着森林土壤的碳输入和碳输出,但到目前为止,关于林分密度对土壤碳储量影响的规律还不清楚,因此,研究不同林分密度条件下土壤碳储量的变化规律对于了解森林土壤碳循环过程具有重要意义。水曲柳(Fraxinus mandshurica)和杂种落叶松(Larixolgensis×L.kaempferi,落叶松)是中国东北地区重要的造林树种,具有较高的经济和生态价值。本文以不同密度的19年生水曲柳人工林和10年生落叶松人工林为研究对象,探讨了林分密度对土壤碳储量以及不同组分有机碳的影响,分析了不同密度林分凋落物和根系的碳输入变化,以及土壤呼吸导致的碳输出变化。同时,通过对不同密度落叶松人工林土壤添加硝酸铵和纤维素进行室内培养实验,深入分析了林分密度对土壤碳储量的影响机制。主要结果如下:(1)水曲柳和落叶松人工林土壤碳储量均随着林分密度增大而增加,在各土层也表现出相同的趋势。重组分有机碳储量在二林分各土层中均随林分密度增大而增加。轻组分有机碳储量在水曲柳人工林表层土壤随林分密度增大而增加,在底层土壤不随林分密度变化而改变;而在落叶松人工林则表现为在表层土壤不随林分密度变化而改变,在底层土壤随林分密度增大而增加。随着林分密度的增大,水曲柳和落叶松人工林土壤有机碳储量的增加量主要由重组分有机碳储量的变化导致,其增加量分别在土壤表层、中间层和底层占各层次总碳储量的变化的76.64%-99.83%、91.53%-125.98%以及94.11%-98.20%,而轻组分有机碳储量的增加量在各层次占比较小。(2)水曲柳和落叶松人工林凋落物的分解速率不随林分密度增加而变化,而凋落物年产量均随着密度增加而增大。水曲柳的凋落物分解速率高于落叶松凋落物,水曲柳凋落物年质量损失和年碳损失约为70%,而落叶松凋落物则约为30%。随着林分密度增大,水曲柳人工林凋落物对土壤的碳输入显著增加而落叶松人工林增加幅度较小。在地下部分,水曲柳人工林的细根生物量随林分密度增大而降低,细根根长密度和根表面积密度在不同密度林分没有明显差异;落叶松人工林的细根生物量、细根根长密度和根表面积密度均表现为随密度增加而增大的趋势,所以,随着林分密度增大,落叶松人工林土壤来自根系的碳输入显著增加而在水曲柳人工林增加幅度较小。因此,随着林分密度的增大,水曲柳和落叶松人工林土壤的碳输入均增加,其中在水曲柳人工林主要由凋落物碳输入增加导致,而在落叶松人工林主要由根系碳输入增加导致。(3)水曲柳人工林生长季平均土壤呼吸速率随着林分密度增大而增加,而落叶松人工林土壤呼吸速率随着林分密度增大而降低。在二林分中,土壤湿度与土壤呼吸速率相关不显著,而土壤温度与土壤呼吸速率呈显著的正相关关系,但是在水曲柳和落叶松人工林中土壤湿度和温度在不同密度林分间均无显著差异。同时,由于土壤的自养呼吸在水曲柳人工林随林分密度增大而变化较小,在落叶松人工林随林分密度增大而增加,因而水曲柳人工林的土壤的异养呼吸随着林分密度增大而增加,而落叶松人工林土壤异养呼吸随着林分密度增加而降低。因此,在水曲柳人工林,土壤碳库的碳输出随着林分密度增大而增加,而落叶松人工林土壤的碳输出随着林分密度增加而降低。(4)在室内培养试验中,各土层添加的纤维素分解量均随着林分密度增大而降低,各土层土壤来源的CO2累积释放速率在对照处理以及添加纤维素处理中均随着林分密度增大而呈现出降低的趋势。随着林分密度的增大,表层土壤有机碳累积的激发效应强度没有发生显著改变,中间层和底层土壤则表现出降低的趋势。硝酸铵的添加对各土层参与碳、氮和磷循环胞外酶的活性影响不大。而纤维素的添加在表层土壤刺激了参与碳、氮和磷循环胞外酶的活性,在底层土壤影响不大,而且纤维素对表层土壤参与碳循环胞外酶的刺激作用随着林分密度增大而降低。因此,林分密度对土壤碳储量影响可能是由于高密度林分土壤的为生物活性受到更强烈的抑制。在较高的林分密度下,植物可能会向土壤中输入更多的微生物抑制物质,从而抑制微生物的活性,降低高密度林分的土壤碳输出,同时也让输入的有机碳更多的保留在土壤中而不是被微生物消耗,进而导致土壤碳储量随林分密度增大而增加。