不同人工恢復林對退化紅壤團聚體組成及其有機碳的影響

朱麗琴， 黃榮珍, 黃國敏， 黃詩華, 易志強, 張文鋒, 賈龍, 王赫, 劉勇

(南昌工程學院，江西省退化生態(tài)系統(tǒng)修復與流域生態(tài)水文重點實驗室，330099，南昌)

不同人工恢復林對退化紅壤團聚體組成及其有機碳的影響

朱麗琴， 黃榮珍?, 黃國敏， 黃詩華, 易志強, 張文鋒, 賈龍, 王赫, 劉勇

(南昌工程學院，江西省退化生態(tài)系統(tǒng)修復與流域生態(tài)水文重點實驗室，330099，南昌)

研究土壤團聚體的組成及其有機碳的分布，有助于從微觀角度理解土壤結構與功能的相互作用。采用干篩法和濕篩法，研究南方紅壤退化地實施人工恢復30年后， 馬尾松與闊葉復層林(PB)、木荷+馬尾松混交林(SP)和闊葉林(BF) 3種典型林分在0～60 cm土層的團聚體組成及其有機碳分布特征，分析土壤團聚體有機碳與總有機碳相關關系。結果表明：各恢復林分土壤機械穩(wěn)定性團聚體質量分數(shù)，以>2 mm粒徑所占比例最大(均在60%以上)，而在水穩(wěn)性團聚體中，以<0.05 mm粒徑占優(yōu)勢。不同林分土壤團聚體結構破壞率順序依次為BF(53.38%～84.27%)>SP(52.22%～70.86%)>PB(22.70%～47.83%)。機械穩(wěn)定性和水穩(wěn)性團聚體有機碳質量分數(shù)均以PB最高，隨著土層深度的增加，各林分土壤團聚體有機碳質量分數(shù)呈下降趨勢。水穩(wěn)性大團聚體(>0.25 mm粒徑)有機碳質量分數(shù)總體高于相應土層的總有機碳質量分數(shù)，而微團聚體的(<0.25 mm粒徑)則低于后者，說明有機碳對于大團聚體的形成和水穩(wěn)性具有積極作用。土壤團聚體有機碳與總有機碳的相關關系分析表明，土壤團聚體有機碳的增加，對總有機碳的積累具有正面影響。保留密度大、灌木(草)層蓋度高的馬尾松與闊葉復層林土壤團聚體的數(shù)量和質量更高；因此，在紅壤侵蝕退化地森林恢復初期，可通過適當密植、增加林下灌草覆蓋等措施，增加有機碳的輸入，促進團聚體的形成和穩(wěn)定，從而加速了退化土地的土壤結構改善和功能恢復。該研究可為南方嚴重紅壤退化地生態(tài)恢復中的林分類型選擇和優(yōu)化配置提供科學依據。

人工恢復林； 機械穩(wěn)定性團聚體； 水穩(wěn)性團聚體； 有機碳； 紅壤

我國南方紅壤丘陵區(qū)由于山高坡陡、降水集中，生態(tài)環(huán)境較為脆弱，對人類活動的響應極為敏感。該區(qū)原生植被的破壞，造成水土流失嚴重，有機質大量流失，土地不斷退化，使其成為不毛之地的“紅色沙漠”；而土壤退化中，最重要的一個過程是土壤結構的退化，其顯著特征表現(xiàn)為土壤團聚體比例的失調和穩(wěn)定性的下降[1]。土壤團聚體實質上是土壤有機質、鐵鋁氧化物和硅酸鹽等有機無機體，通過靜電引力、氫鍵和羥基等官能團作用復合而成，這些有機無機體質量分數(shù)及作用機制，均會對團聚體的穩(wěn)定性產生影響[2]。其中，作為土壤團聚體的主要膠結劑，有機質在土壤結構遭到破壞時，將因失去大團聚體的保護而暴露于空氣中，從而增加了微生物與有機碳的接觸機會，及對后者的分解礦化，導致有機碳質量分數(shù)降低、膠結物質減少，大團聚體穩(wěn)定性隨之下降，有機質在大團聚體的形成與穩(wěn)定性方面，展現(xiàn)出極其重要的作用。

千煙洲作為我國紅壤丘陵區(qū)較早開展退化生態(tài)系統(tǒng)恢復的典型，經過30年的治理和恢復，森林覆蓋率有大幅度的提升，水土流失得到有效控制。隨著植被的恢復，生物歸還量增多，有機碳輸入增加，有助于有機聚合體對礦質土粒的連接、植物根系與菌絲對土粒的纏繞，從而促進土壤團聚體的形成，提高團聚體有機碳的分配比例，進而改善土壤結構，增強土壤抗侵蝕能力[3]。謝錦升等[4]研究發(fā)現(xiàn)，裸地植被恢復后，表層土壤大團聚體有機碳質量分數(shù)占總有機碳的比例從15%提高到32%～42%。A.F.WICK等[5]研究也證實，植被的恢復能夠提高土壤有機碳質量分數(shù)。目前，國內外學者有關土壤團聚體的研究，多集中在不同恢復年限、土地利用方式和土壤施肥等方面[6-8]，而對于紅壤退化地森林恢復后，土壤團聚體的響應和演變探討不多，尤其是團聚體穩(wěn)定性對土壤結構影響的研究還不夠深入；因此，本文以南方紅壤退化地典型人工恢復林(馬尾松與闊葉復層林、木荷×馬尾松混交林和闊葉林)為研究對象，研究土壤團聚體及其有機碳的分布特征，分析土壤團聚體有機碳與總有機碳相關關系，試圖從土壤有機碳-土壤結構-土壤穩(wěn)定性-土壤回復力角度，理解土壤結構與功能的相互作用，為南方嚴重紅壤退化地生態(tài)恢復中的林分類型選擇和優(yōu)化配置提供科學依據。

1 研究區(qū)概況

中國科學院江西省千煙洲紅壤丘陵綜合開發(fā)試驗站 (E 115°04′13″，N 26°44′48″)，屬典型紅壤丘陵地貌，海拔100 m左右，相對高差20～50 m。該區(qū)年均氣溫17.9 ℃，年均降水量1 489 mm，年均日照時間1 406 h，無霜期323 d，屬亞熱帶濕潤季風氣候。站內原生植被以中亞熱帶常綠闊葉林為主，由于長期開發(fā)和破壞，其原生植被遭到嚴重破壞，在1984年建站初期，已退化為灌草叢，且多處出現(xiàn)不同程度的水土流失。實驗地現(xiàn)狀植被以人工林為主，土壤類型為紅砂巖發(fā)育的紅壤。各實驗地基本情況詳見表1。

表1 實驗地概況

注：PB：馬尾松與闊葉復層林；SP：木荷+馬尾松混交林；BF：闊葉林。以下類同。Note：PB：Pinusmassoniana-multiple layer broadleaf forest； SP：Schimasuperba-Pinusmassonianamixed forest；BP：broadleaf forest. The same below.

馬尾松與闊葉復層林(PB)：主要喬木樹種為馬尾松(Pinusmassoniana)、楓香(Liquidambarformosana)、白櫟(Quercusfabri)、黃瑞木(Adinandramillettii)和三角槭(Acerbuergerianum)。林下植被主要有烏飯樹(Vacciniumbracteatum)、三葉赤楠(Syzygiumgrijsii)、秤星樹(Llexasprella)、淡竹葉(LophatherumgracileBrongn)、檵木(Loropetalunchinense)、菝葜(SmilacischinaeRhizoma)、芒萁(Dicranopterisdichotoma)和狗脊蕨(Woodwardiajaponica)等。

木荷+馬尾松混交林(SP)：主要喬木樹種為木荷(Schimasuperba)和馬尾松。林下植被主要有青岡櫟(Cyclobalanopsisglauca)、黃瑞木、檵木、白櫟、六月雪(Serissajaponica)、含笑(Micheliafigo)、麥冬(Ophiopogonjaponicus)、淡竹葉、海金沙(Lygodiumjaponicum)、金銀花(Lonicerajaponica)、鐵線蕨(Adiantumcapillus-veneris)、烏蕨(StenolomachusanumChing)、鱗毛蕨(Dryopteris)、狗脊蕨、羊角藤(MorindaumbellataLinn)等。

闊葉林(BF)：主要喬木樹種為鵝掌楸(Liriodendronchinense)、厚樸(Magnoliaofficinalis)、樟樹(Cinnamomumcamphora)、楓香、青岡櫟。林下植被主要有黃瑞木、石斑木(Rhaphiolepisindica)、香椿(Toonasinensis)、三葉赤楠、秤星樹、深山含笑(Micheliamaudiae)、桂花(Osmanthusfragrans)、檵木、朱砂根(Ardisiacrenata)、麥冬、淡竹葉、芒萁、狗脊蕨、鐵線蕨和鱗毛蕨等。

2 材料與方法

2.1 土壤樣品采集

2014年4月，在PB、SP和BF 3種人工恢復林中，分別設立3塊20 m×20 m固定標準地，共9塊。每個標準地內按“S”型布設5個取樣點，在每個取樣點處挖土壤剖面，用不銹鋼飯盒按0～10、10～20、20～40和40～60 cm 4個層次分層取樣，用來測定土壤團聚體相關指標。另用自封袋分層取樣，用來測定土壤總有機碳。

2.2 測定方法

根據李輝信等[9]方法(干篩法)，對土壤機械穩(wěn)定性團聚體測定稍做修改：將飯盒采回的原狀土，在室內用手沿著土壤自然結構脆弱帶，輕輕掰成直徑約為1 cm的小塊，放于室溫條件下風干；按照四分法稱取200 g風干后的土壤樣品，用震擊式標準振篩機篩分5 min(上下振幅5 mm，頻率147次/min)，分離出>2、1～2、0.5～1、0.25～0.5、0.05～0.25和<0.05 mm的土壤團聚體。土壤水穩(wěn)性團聚體，根據E.T.Elliott[10]方法(濕篩法)稍做修改：將干篩得到的各粒徑團聚體，按照各自比例組合成100 g混合土樣，放在頂端2 mm的篩子上，置于水中浸泡5 min，用團聚體篩分儀篩分30 min(上下振幅3 cm，頻率30次/min)，分離出上述相同粒徑的團聚體，置于60 ℃下烘干，稱量(扣除沙子的總量)。土壤總有機碳和團聚體有機碳采用K2Cr2O7氧化—外加熱法測定。

2.3 數(shù)據計算與處理

試驗數(shù)據為各重復實測值的平均值，采用Microsoft Excel 2003進行數(shù)據統(tǒng)計、分析及制圖，采用SPSS 19.0進行方差和相關分析，顯著性水平設定為0.05。

3 結果與分析

3.1 不同人工恢復林土壤團聚體分布

由表2可知，不同林分機械穩(wěn)定性團聚體質量分數(shù)，以>2 mm粒徑所占比例最大，均>60%，最高達80.29%。表明該粒徑團聚體在整個團聚體中占主導地位，這與李瑋等[6]研究的不同植茶年限土壤，以>2 mm粒徑團聚體為主的結果一致；同時，也說明森林植被恢復，通過增加有機碳輸入，促進機械穩(wěn)定性團聚體形成，大粒徑團聚體效果更好。郭曼等[11]也發(fā)現(xiàn)，隨著植被演替，土壤團聚體由小粒徑向大粒徑轉變。從不同土層來看，0～10 cm土層>0.25 mm的團聚體(大團聚體)質量分數(shù)，在不同林分中表現(xiàn)為BF(95.31%)>PB(93.66%)>SP(89.77%)，而<0.25 mm的團聚體(微團聚體)質量分數(shù)，則表現(xiàn)為SP(10.23%)>PB(6.35%)>BF(4.69%)。表明SP土壤團聚體機械穩(wěn)定性相對較差，在強降雨時，土壤易受到雨滴擊濺破壞而分散、堵塞土壤孔隙，減小水分下滲速率，形成地表徑流，造成水土流失。同樣的規(guī)律亦出現(xiàn)在其他土層。

水穩(wěn)性團聚體數(shù)量的多少可表征土壤的結構變化。在0～10、10～20和20～40 cm土層，PB中>2 mm的水穩(wěn)性團聚體質量分數(shù)顯著高于其他2種林分，分別是SP和BF的3.09～5.84倍和1.75～4.21倍。與機械穩(wěn)定性團聚體結果有所差異：SP和BF水穩(wěn)性團聚體質量分數(shù)以<0.05 mm粒徑所占比例最大，分別為37.04%～51.48%和27.01%～44.41%；PB中0～10和10～20 cm土層，仍以>2 mm的團聚體所占比例較大，而在20～40和40～60 cm土層，則以<0.05 mm的團聚體占優(yōu)勢。說明土壤團聚體在遭水濕潤時，首先受影響的是大粒徑團聚體，其對人為干擾或外界環(huán)境變化更敏感。小粒徑團聚體因孔隙較小、容積密度較大、彎曲程度更大，使小粒徑團聚體內聚力要大于大粒徑團聚體，從而致使大粒徑團聚體穩(wěn)定性不如小粒徑團聚體[12]；另外，小粒徑團聚體較穩(wěn)定是由于某些聚合物及芳香腐殖質等持久介質的作用，也存在多糖等瞬時介質的作用，而大粒徑團聚體則主要通過瞬時介質及菌絲等暫時介質膠結而成。>0.25 mm的水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量是衡量土壤抗侵蝕能力強弱的重要指標，不同林分土壤水穩(wěn)性大團聚體質量分數(shù)在0～10、10～20和20～40 cm土層，均表現(xiàn)為PB>BF>SP，可能是由于PB凋落物中，針葉所含的樹脂等物質是疏水性的，容易阻礙水的浸潤速度，使團聚體內部空氣能夠緩慢釋放，從而增強團聚體抵抗被破壞的能力[13]；而在40～60 cm土層，3種林分水穩(wěn)性大團聚體質量分數(shù)差異不顯著，變化范圍為48.80%～51.64%。

3.2 不同人工恢復林土壤團聚體穩(wěn)定性

穩(wěn)定的團聚體結構，對于改良土壤肥力、提高土壤抗侵蝕能力具有重要作用。團聚體結構破壞率是評價土壤團聚體穩(wěn)定性的一項重要指標，破壞率越小，土壤的穩(wěn)定性則越高。圖1表明，不同林分土壤團聚體結構破壞率，以PB最小(22.70%～47.83%)，SP的破壞率是其1.36～3.01倍，BF是其1.76～3.01倍，可能有機碳對團聚體穩(wěn)定性的作用，不僅與有機碳的數(shù)量有關，還受有機碳質量的影響，不同數(shù)量和質量的碳源，對團聚體的穩(wěn)定性同時起作用，而前期研究發(fā)現(xiàn)，BF中土壤有機碳是以活性有機碳為主，可正向激發(fā)土壤中已有有機碳活性[14]，使其被氧化和礦化的潛力更大，導致土壤穩(wěn)定性相對較差。筆者研究表明，不同恢復林分表層土壤團聚體結構破壞率為22.70%～53.38%，遠大于劉曉利等[15]在中科院紅壤生態(tài)實驗站林地表層研究的7.16%～18.2%。其主要原因為該試驗地在恢復前，原生植被被完全破壞，水土流失嚴重，表土沖刷殆盡，有機質大量流失。經過30年的恢復，雖然森林覆蓋率有了大幅度提高，水土流失得到有效控制，土壤結構得到一定程度的改善；但與侵蝕退化前的原生植被(中亞熱帶常綠闊葉林)下的土壤相比，其土壤結構和功能仍然存在巨大差距，要達到亞熱帶地帶性森林的土壤功能，還需要一個漫長的過程，需要后續(xù)進一步管護。

表2 不同人工恢復林土壤團聚體的分布

注：表中數(shù)據表示平均值±標準差，不同小寫字母表示不同人工恢復林間差異達顯著水平(P<0.05)。下同。Note: The datas in the table are mean ± standard deviation, and different lowercase letters mean significant at 5% lever among different artificially restored forests. The same below.

圖1 不同人工恢復林團聚體結構破環(huán)率Fig.1 Broken rate of soil aggregate structure in different artificially restored forests

PB和BF土壤團聚體結構破壞率隨土層的加深逐漸增大，而SP則在10～20 cm土層，達到70.86%，隨后逐漸減小。土壤團聚體水穩(wěn)性下降，可能與有機碳質量分數(shù)下降有關：因為有機碳能夠增強土壤團聚體間的黏結力及抗張強度，減緩水分濕潤速率，提高團聚體穩(wěn)定性；而有機碳質量分數(shù)的下降，會加速水穩(wěn)性團聚體間膠結物的分解，使大團聚體分解為小團聚體，導致對有機碳的物理保護作用減弱，進而加劇有機碳的礦化，降低團聚體的穩(wěn)定性。但在有機碳質量分數(shù)相對偏低的土壤，弱結晶氧化鐵質量分數(shù)對團聚體的穩(wěn)定性更重要[16]。R.Spaccini等[17]指出，土壤質地對土壤物理性質和結構也能產生明顯影響，黏粒質量分數(shù)高的土壤，其大團聚體數(shù)量及穩(wěn)定性更高。從團聚體結構破壞率考慮，PB土壤穩(wěn)定性程度更好。

3.3 不同人工恢復林土壤團聚體有機碳分布

團聚體有機碳質量分數(shù)是土壤有機質平衡及礦化速率的微觀表征[6]。由表3可知：在機械穩(wěn)定性團聚體中，0～10 cm土層，土壤團聚體有機碳質量分數(shù)PB以0.05～0.25 mm、SP和BF以0.25～0.5 mm粒徑最高；PB土壤團聚體有機碳質量分數(shù)顯著高于SP和BF，分別是SP和BF的1.17～1.36倍和1.25～1.56倍，而SP和BF差異不顯著。10～20 cm土層，土壤團聚體有機碳質量分數(shù)PB以0.05～0.25 mm、SP以<0.05 mm、BF以0.25～0.5 mm粒徑最高；PB團聚體有機碳質量分數(shù)依然顯著高于SP和BF，比SP高出30.84%～76.36%，比BF高出31.94%～58.08%。20～40 cm土層，土壤團聚體有機碳質量分數(shù)PB和BF以<0.05 mm、SP以0.25～0.5 mm粒徑最高；不同林分土壤團聚體有機碳質量分數(shù)大小依次為PB>SP>BF。40～60 cm土層，PB、SP和BF團聚體有機碳質量分數(shù)在不同粒徑中，分別為6.29～7.38、5.87～7.85和6.11～7.65 g/kg，各林分間團聚體有機碳質量分數(shù)差異不顯著。各林分機械穩(wěn)定性團聚體有機碳質量分數(shù)隨土層的加深而降低，這與總有機碳在垂直剖面的變化趨勢一致，且團聚體有機碳質量分數(shù)在各粒徑均總體高于相應土層的總有機碳質量分數(shù)。

在水穩(wěn)性團聚體中，0～10 cm土層，土壤團聚體有機碳質量分數(shù)PB以1～2 mm、SP以0.5～1 mm、BF以>2 mm粒徑最高；PB土壤團聚體有機碳質量分數(shù)顯著高于SP和BF，分別是SP和BF的1.17～1.40倍和1.31～1.66倍。10～20 cm土層，土壤團聚體有機碳質量分數(shù)PB和BF以1～2 mm、SP以>2 mm粒徑最高；PB土壤團聚體有機碳質量分數(shù)依然顯著高于SP和BF，分別比SP和BF高出35.0%～59.66%和40.77%～68.78%，而SP和BF差異不顯著。20～40和40～60 cm土層，土壤水穩(wěn)性團聚體有機碳質量分數(shù)分別以1～2和>2 mm粒徑最高；不同林分土壤團聚體有機碳質量分數(shù)大小均依次為PB>SP>BF。各林分土壤團聚體有機碳質量分數(shù)在相鄰粒徑間較為接近，如>2與1～2 mm、0.5～1與0.25～0.5 mm、0.05～0.25與<0.05 mm粒徑間的差值，僅分別為0.06～0.19、0.14～0.67和0.16～0.48 g/kg。

表3 不同人工恢復林土壤團聚體有機碳的分布

從土壤垂直剖面上看，水穩(wěn)性團聚體有機碳質量分數(shù)隨土層的加深而降低，與機械穩(wěn)定性團聚體結果一致。這是因為凋落物經微生物分解后，形成的有機質首先進入表層土壤，為微生物生長繁殖提供了大量能源，從而促進土壤生物(包括根系、菌類和土壤動物等)的活性，有利于增強團聚體內部黏結力，而形成微粒有機質[18]，而下層土壤受生物的影響小，其有機碳來源主要是表層腐殖質的淋溶下滲、植被根系及其分泌物等，故有機碳質量分數(shù)降低。與總有機碳相比，除PB>2和1～2 mm粒徑外，3種林分水穩(wěn)性團聚體有機碳質量分數(shù)在0～10 cm土層，均低于總有機碳質量分數(shù)；在其他土層，各林分基本呈現(xiàn)出水穩(wěn)性大團聚體有機碳質量分數(shù)高于總有機碳質量分數(shù)，而微團聚體的則低于后者，說明有機碳對于水穩(wěn)性大團聚體的形成具有積極作用，而微團聚體因黏粒對有機碳的物理保護，或鐵鋁氧化物膠體對有機碳的化學保護，成為有機碳長期固存的場所[19]。閆靖華等[20]研究也表明，連續(xù)人工種植后，土壤增碳顯著提高了水穩(wěn)性大團聚體中有機碳的質量分數(shù)。原因在于微團聚體主要是通過有機質與黏?；蚺c陽離子相互膠結而成，而大團聚體又可通過微團聚體與自身或與周圍粒子相互膠結而成；因此，大團聚體有機碳質量分數(shù)更高[4]。

無論機械穩(wěn)定性還是水穩(wěn)性團聚體，其有機碳質量分數(shù)均以馬尾松為優(yōu)勢樹種的PB最高。與大多數(shù)研究顯示的針葉林土壤有機碳質量分數(shù)一般要低于闊葉林和混交林的結果不同[21]，主要是因為相對于SP，PB保留密度更高，其灌木層蓋度是SP的4倍(表1)，且林下植被地上生物量和地下生物量分別是SP的1.73和1.23倍。已有研究表明，林分密度或植被蓋度的不同，會對凋落物量產生差異，從而對土壤有機碳具有顯著影響[22]。覃勇榮等[23]研究也發(fā)現(xiàn)：土壤有機碳與植被蓋度存在顯著的正相關關系，相對于PB和BF，兩者林下植被地上和地下生物量數(shù)值相近；但PB保留密度卻是BF的2.11倍，且凋落物量是其1.46倍，大量凋落物進入土壤，為微生物提供充足碳源，而微生物的生長有利于提高土壤酶的活性，進一步促進有機碳的分解和轉化，使土壤有機碳降解為活性小分子有機碳，直接被植物根系吸收利用，或轉化成腐殖質，形成團聚體[24]。從表3還可看出，機械穩(wěn)定性團聚體有機碳質量分數(shù)大部分高于水穩(wěn)性團聚體，這可能與濕篩使水溶性有機碳流失有關。

3.4 土壤團聚體有機碳與總有機碳的關系

由表4可知：0～10 cm土層，土壤機械穩(wěn)定性和水穩(wěn)性團聚體有機碳質量分數(shù)在各粒徑上，均與總有機碳質量分數(shù)呈顯著正相關，尤其在機械穩(wěn)定性團聚體的0.05～0.25 和<0.05 mm粒徑、水穩(wěn)性團聚體的1～2 mm粒徑上，呈極顯著正相關，Pearson相關系數(shù)分別為0.528、0.527和0.428；10～20 cm土層，兩者均與總有機碳質量分數(shù)呈極顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.478～0.714和0.529～0.704；20～40 cm土層，亦呈顯著或極顯著正相關；40～60 cm土層，僅機械穩(wěn)定性團聚體的1～2和<0.05 mm粒徑、水穩(wěn)性團聚體的0.25～0.5 mm粒徑有機碳質量分數(shù)，與總有機碳質量分數(shù)呈顯著正相關，而其他粒徑上相關性不顯著。結果表明，各土層機械穩(wěn)定性和水穩(wěn)性團聚體有機碳的增加，均對總有機碳的積累有不同程度的正面影響。邱陸旸等[25]研究也證明了團聚體有機碳質量分數(shù)與總有機碳質量分數(shù)顯著相關，表明團聚體的形成與有機質的膠結作用關系密切。

4 結論

紅壤侵蝕退化地經過30年的森林恢復，雖然喬木層林木的生長逐漸趨于成熟，但土壤團聚體穩(wěn)定性仍然較差，土壤團聚過程相對緩慢，要達到亞熱帶地帶性森林的土壤結構和質量，還需要一個漫長的過程，需要加強后續(xù)的管理和維護。馬尾松與闊葉復層林因保留密度大、灌木(草)層蓋度高，表現(xiàn)出土壤團聚體有機碳質量分數(shù)更高、團聚體結構破壞率更??；因此，在紅壤侵蝕退化地森林恢復初期，可通過適當密植和增加林下灌草覆蓋等措施，增加有機碳的輸入，以促進團聚體的形成和穩(wěn)定，加速退化土地土壤的結構改善和功能恢復。

表4不同人工恢復林土壤團聚體有機碳質量分數(shù)與總有機碳質量分數(shù)的相關關系

Tab.4Correlation between the mass fractions of soil aggregate organic carbon and soil total organic carbon in different artificially restored forests

團聚體粒徑Aggregateparticlesize/mm0～10cm10～20cm20～40cm40～60cm干篩Drysieve濕篩Wetsieve干篩Drysieve濕篩Wetsieve干篩Drysieve濕篩Wetsieve干篩Drysieve濕篩Wetsieve>20.400*0.383*0.649**0.643**0.523**0.606**0.2770.3121～20.409*0.428**0.714**0.704**0.405*0.480**0.365*0.2780.5～10.391*0.384*0.601**0.609**0.513**0.360*0.1720.2550.25～0.50.413*0.387*0.478**0.558**0.511**0.338*0.2840.359*0.05～0.250.528**0.375*0.636**0.539**0.573**0.3220.3160.282<0.050.527**0.1220.692**0.529**0.470**0.333*0.349*0.324

注：*和**分別表示在0.05和0.01水平上(雙側)顯著相關。Note: * and ** in the table indicate significance level of 0.05 and 0.01, respectively.

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Effectsofdifferentartificiallyrestoredforestsonaggregatecompositionandorganiccarbonindegradedredsoil

ZHU Liqin, HUANG Rongzhen, HUANG Guomin, HUANG Shihua, YI Zhiqiang, ZHANG Wenfeng,JIA Long, WANG He, LIU Yong

(Jiangxi Key Laboratory of Degraded Ecosystem Restoration and Watershed Eco-hydrology, Nanchang Institute of Technology, 330099, Nanchang, China)

BackgroundResearch on the composition of aggregates and the distribution of organic carbon in soil will be beneficial for understanding the interaction between soil structure and function at the molecular scale.MethodsThree typical artificially restored forests after a 30-year restoration in degraded red soil were selected in this study, which werePinusmassoniana-multiple layer broadleaf forest (PB),Schimasuperba-Pinusmassonianamixed forest (SP), and broadleaf forest (BF), respectively. Methods of dry sieve and wet sieve were applied to investigate the composition of aggregates and the distribution of organic carbon in different layers (0-60 cm) of soil in each of the three forests, following which the correlations between soil aggregate organic carbon and soil total organic carbon were also determined.ResultsFor all three forests, particles larger than 2 mm in diameter constituted more than 60% of mechanical-stable aggregates in soil, while particles less than 0.05 mm in diameter made up the majority of water-stable aggregates in soil. The broken rate of aggregate structure in the three forests ranked as: BF (53.38%-84.27%) > SP (52.22%-70.86%) > PB (22.0%-47.83%). The organic carbon mass fractions of both mechanical- and water-stable aggregates were the highest in the soil of PB. Along with the increase of soil depth, organic carbon mass fraction of soil aggregates all showed a decreasing trend in the three forests. Compared with the total organic carbon at all soil layers, macro water-stable aggregates (>0.25 mm in diameter) had higher organic carbon mass fraction, while micro water-stable aggregates (<0.25 mm in diameter) showed lower mass fraction, suggesting that organic carbon may play an active role in the formation and the water-stability of macro aggregates. Furthermore, soil aggregate organic carbon showed a positive correlation with soil total organic carbon.ConculsionsPB had the best quantity and quality of soil aggregates among the three forests, which can be attributed to the high density and coverage of shrubs/herbs. Therefore, to accelerate the improvement of soil structure and the recovery of soil functions in degraded lands, we should increase the input of organic carbon by appropriately creating a higher density and coverage of shrubs/herbs at the early stage of forest restoration, which would promote the formation and the stability of soil aggregates. This may provide a scientific basis for the selection and optimal allocation of forest types in the restoration of degraded red soil in the south of China.

artificially restored forest; mechanical-stable aggregate; water-stable aggregate; organic carbon; red soil

S151.9

A

2096-2673(2017)05-0058-09

10.16843/j.sswc.2017.05.008

2016-11-24

2017-06-25

項目名稱： 國家自然科學基金 “生態(tài)恢復對紅壤嚴重侵蝕地土壤水庫重建的影響與機制” (31160179)；江西省自然科學基金目“侵蝕紅壤碳吸存對植被恢復的響應及其微生物學機制”(20151BAB204033)；江西省高等學?！笆濉彼帘３峙c荒漠化防治重點學科培育基金“紅壤侵蝕地不同植被恢復模式對土壤團聚體有機碳的影響”

朱麗琴(1986—)，女，碩士，實驗師。主要研究方向：植被恢復與重建。E-mail: zhuliqin@nit.edu.cn

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黃榮珍(1975—)，男，博士，教授，碩士生導師。主要研究方向：坡地水文與生態(tài)修復。E-mail: huangrz@nit.edu.cn