黄土高原是我国水土流失最为严重的地区,经过近50年的植被恢复,水土流失治理取得显著效果。随着水土流失的遏制,植被恢复的土壤效应及其碳汇功能逐渐成为该区生态环境建设迫切需要认识的科学问题。本研究以黄土高原不同年限典型退耕模式下土壤为研究对象,分析不同退耕模式下土壤及其团聚体碳氮的分布,获得团聚体碳氮在农地退耕过程中的分布特征,揭示土壤有机碳氮库对植被、退耕年限的动态变化,为准确评价退耕地土壤碳汇功能提供理论依据,并为认识以土壤有机碳循环过程主导的陆地生态系统碳循环与气候系统反馈作用奠定基础。主要研究结论如下:(1)黄土高原农地退耕可以增加团聚体的稳定性,改善土壤结构。黄土高原农地退耕后可以增加土壤MWD和MGD,提高>0.25 mm团聚体含量,且MWD和MGD均与>0.25 mm团聚体含量呈显著正相关。黄土高原不同植被类型土壤pH均表现为0-10 cm土层低于10-20 cm土层。水蚀风蚀交错带土壤pH高于8,退耕对土壤pH影响不显著;退耕刺槐林地土壤pH表现出时空变异性。黄土高原不同植被类型土壤容重均表现为0-10 cm土层低于10-20 cm土层。水蚀风蚀交错带土壤容重较大,为1.28-1.53 g·cm-3,退耕对土壤容重影响不显著。退耕刺槐林地土壤容重在不同地点变化不同。在延安、富县、永寿、扶风农地退耕种植刺槐可以降低土壤容重,而彬县农地退耕种植刺槐后土壤容重增加。(2)黄土高原水蚀风蚀交错带不同退耕模式均能提高0-10 cm土层土壤有机碳和全氮含量,但效果受退耕年限的影响。与相邻未退耕农地相比,退耕后自然恢复草地在演替10年时0-10 cm土层土壤有机碳和全氮含量不受影响,而在演替20年时显著增加;退耕种植苜蓿后0-10 cm土层土壤有机碳和全氮含量分别增加52%-83%和43%-67%,其储量的增加速率分别为0.17-0.46和0.015-0.043 Mg·ha-1·a-1,但不同退耕年限间差异不显著;退耕后种植柠条前20年土壤有机碳和全氮含量增加较多,退耕40年时增加量有所降低。农地退耕后种植柠条、苜蓿在研究时段内其固存碳、氮的能力要优于退耕后自然恢复草地,然而由于受土壤水分条件的限制和自身高耗水的特性,这两种退耕模式有可能不具备长期的增碳、增氮能力。(3)黄土高原农地退耕种植刺槐均不同程度提高0-10 cm土层土壤有机碳、全氮的含量与储量,增加幅度在永寿最高,在彬县最低;与相邻未退耕农地相比,10-20 cm土层土壤碳氮在延安、富县显著增加,在永寿、扶风无显著变化,而在彬县明显减少;刺槐林地0-10 cm土层土壤碳氮含量为10-20 cm的1.4-2.8倍。不同地点退耕刺槐林地土壤碳氮变化随退耕年限的变化不同,存在一定的时空变异性。(4)黄土高原农地退耕可以增加土壤团聚体有机碳和全氮的含量与储量,在0-10cm土层的增加要优于10-20 cm土层。不同地点不同退耕模式土壤团聚体碳氮随退耕年限的变化不同。自然演替草地首先>0.25 mm团聚体碳氮增加,随着草地的逐渐恢复,0.25-0.053 mm和<0.053 mm团聚体碳氮也相应增加;由于自身高耗水的特性,柠条林地在前20年各粒径团聚体碳氮均显著增加,而到40年时减少,苜蓿地各粒径团聚体碳氮随退耕年限波动变化。彬县退耕刺槐林地团聚体碳氮随退耕年限无变化;延安随退耕年限的延长,>0.25 mm和0.25-0.053 mm团聚体有机碳和全氮储量增加,而<0.053 mm团聚体有机碳和全氮储量减少;富县>0.25 mm团聚体有机碳和全氮储量随退耕年限无变化,0.25-0.053 mm和<0.053 mm团聚体有机碳和全氮储量随退耕年限的增加而增加;永寿>0.25 mm团聚体有机碳和全氮储量随退耕年限的增加而显著增加,而<0.053 mm团聚体有机碳和全氮储量随退耕年限的增加而逐渐减少;扶风>0.25 mm和0.25-0.053 mm团聚体有机碳和全氮储量随退耕年限的增加而显著增加。黄土高原富县、彬县、永寿、扶风退耕刺槐林地团聚体有机碳和全氮含量及储量主要集中在>0.25 mm团聚体内;而水蚀风蚀交错带三种退耕模式及延安退耕刺槐林地土壤有机碳和全氮储量则主要集中于>0.25 mm和0.25-0.053 mm团聚体内。(5)黄土高原退耕地土壤碳氮分布与团聚体及团聚体碳氮分布密切相关。水蚀风蚀交错带三种退耕模式及延安退耕刺槐林地由于土壤0.25-0.053 mm团聚体数量和>0.25mm团聚体碳氮含量占原土壤的主导地位,共同决定了土壤团聚体碳氮储量主要集中在>0.25 mm和0.25-0.053 mm团聚体内。而富县、彬县、永寿、扶风退耕刺槐林地则是由于>0.25 mm团聚体数量和>0.25 mm团聚体碳氮含量均占据绝对优势,导致土壤团聚体碳氮储量主要集中在>0.25 mm团聚体内。