紅壤侵蝕區(qū)芒萁覆蓋對土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

黃俊，呂茂奎，李曉杰，阮超越，付作琴，張浩，謝錦升

(福建師范大學(xué) a.地理科學(xué)學(xué)院，b.濕潤亞熱帶山地生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，福州 350007)

0 引言

土壤侵蝕和退化與土壤結(jié)構(gòu)的變化有著緊密聯(lián)系，土壤退化一般會(huì)伴隨著土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的破壞和穩(wěn)定性的降低[1]。土壤團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本單位，是土壤養(yǎng)分元素的存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)化場所，其不僅能調(diào)節(jié)土壤的水、肥、氣、熱以影響植被的生長，還能增強(qiáng)土壤肥力，降低土壤侵蝕，因此其組成及比例特征也是反映土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和土壤抗蝕能力的重要指標(biāo)[2-3]。土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性受土壤有機(jī)質(zhì)含量和根系的影響，因?yàn)橥寥烙袡C(jī)質(zhì)是土壤團(tuán)聚體形成的重要膠結(jié)物質(zhì)，植物根系能夠有效地連接不同團(tuán)聚體，從而增加團(tuán)聚體穩(wěn)定性[4]。有研究發(fā)現(xiàn)，侵蝕退化地通過植被恢復(fù)提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量并顯著促進(jìn)土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的形成與穩(wěn)定，而且紅壤侵蝕區(qū)通過植被恢復(fù)后，其土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體，土壤有機(jī)質(zhì)以及土壤孔隙度等均得到明顯提高[5]。同時(shí)發(fā)現(xiàn)林地退化成耕地后>0.25 mm團(tuán)聚體含量及團(tuán)聚體平均重量直徑(MWD)的顯著下降與土壤有機(jī)質(zhì)含量的減少有關(guān)[6]。

南方紅壤侵蝕區(qū)曾由于植被破壞殆盡，嚴(yán)重的水土流失致使該區(qū)土壤退化嚴(yán)重，一度成為中國僅次于黃土高原的水土流失區(qū)。20世紀(jì)80年代以來，通過大力的水土保持生態(tài)修復(fù)工作，植被覆蓋率明顯得到明顯提高，但恢復(fù)后的森林仍缺乏林下植被，依然分布著不少的裸露地，水土流失現(xiàn)象也依然存在，形成植被覆蓋增加面積和水土流失減少面積不相符合的現(xiàn)象。本研究區(qū)的芒萁(Dicranopterisdichotoma)是馬尾松林最重要的林下植被，目前的研究主要集中在芒萁的群落生長特性[7]、生物量分配[8]、化感作用[9]、養(yǎng)分循環(huán)[10]以及對凋落物分解速率[11]的影響等方面。植被恢復(fù)過程中芒萁能夠提供更多底物參與土壤物質(zhì)養(yǎng)分循環(huán)，為馬尾松林恢復(fù)提供了重要的養(yǎng)分再吸收來源[12]。芒萁覆蓋能夠顯著提高微生物生物量和改變微生物群落結(jié)構(gòu)，提高土壤養(yǎng)分的有效性[13]，降低硝態(tài)氮的淋溶損失，促進(jìn)土壤氮的保持與積累，從而有利于退化紅壤的恢復(fù)[14]。但是芒萁如何影響侵蝕退化地土壤團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性則有待于進(jìn)一步研究。因此，選取南方典型紅壤侵蝕地恢復(fù)后的馬尾松林為研究對象，探討芒萁覆蓋對退化紅壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響，分析影響團(tuán)聚體穩(wěn)定性的主導(dǎo)因子，進(jìn)而為紅壤侵蝕區(qū)的生態(tài)修復(fù)工作提供科學(xué)依據(jù)。

圖 1 樣地位置示意Figure 1 Location of the plots

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省的西南部長汀縣河田鎮(zhèn)(116°18′～116°31′E，25°33′～25°48′N),屬河谷盆地，平均海拔為400 m，屬于典型的中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。其中年蒸發(fā)量與年降雨量分別為1 403 mm和1 737 mm，多年平均氣溫為18.2 ℃。多年平均日照時(shí)數(shù)1 925 h，平均無霜期為260 d，≥10 ℃的積溫為4 100～4 650 ℃。該區(qū)的地帶性土壤主要為燕山運(yùn)動(dòng)早起形成的中粗?；◢弾r發(fā)育的紅壤，風(fēng)化殼深厚，抗蝕抗沖能力較弱，原有常綠闊葉林被大面積地破壞，現(xiàn)存植被主要是馬尾松(Pinusmassoniana)次生林和人工林，林下植被則以芒萁為主，該地區(qū)一度成為全國南方紅壤區(qū)水土流失最嚴(yán)重的區(qū)域。

1.2 樣地設(shè)置

研究利用“時(shí)空代換”法，于2014年8月上旬在長汀縣河田鎮(zhèn)選取不同恢復(fù)年限且土壤母巖均為花崗巖的馬尾松林地(圖1)，在未治理地(Y0)、治理過后植被恢復(fù)13年(Y13)和恢復(fù)31年(Y31)的馬尾松林下設(shè)置3種處理：保留芒萁覆蓋(NRd)、去除芒萁覆蓋(Rd)以及與之相鄰的林下裸地作為對照(CK)。其中，3片馬尾松林地在治理前均為土壤A層流失殆盡，土壤B層裸露，本底條件基本一致。在每個(gè)樣地內(nèi)選擇3個(gè)20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)樣地，將每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地分成4個(gè)10 m×10 m亞樣方，隨機(jī)選取1個(gè)亞樣方作為保留芒萁覆蓋處理，1個(gè)亞樣方作為去除芒萁覆蓋處理，與之相鄰的林下裸地作為林下裸地對照處理。

1.3 樣品采集與處理

于2015年8月上旬，按植被恢復(fù)年限的序列，按照上、中、下坡位和隨機(jī)多點(diǎn)(每個(gè)亞樣方5個(gè)點(diǎn))的原則，以直徑為5 cm，深度為10 cm的土鉆采集表層0～10 cm的原狀土壤，將每個(gè)樣方內(nèi)的土壤混合成一個(gè)樣品，放置于做好標(biāo)記的塑料盒帶回實(shí)驗(yàn)室。在清除可見石礫、植物根系與碎屑后，放置于室內(nèi)陰涼處自然風(fēng)干。當(dāng)土塊含水量達(dá)到塑限時(shí)，用手把大土塊沿土壤自然裂隙輕輕掰開成直徑約1 cm的小土塊，繼續(xù)風(fēng)干。濕篩分離出>2 mm、0.25～2 mm、0.053～0.25 mm、<0.053 mm的團(tuán)聚體徑級。另外，用土鉆(內(nèi)徑5 cm、深度10 cm)對每個(gè)林分不同處理進(jìn)行根系采集。其中保留芒萁覆蓋地和去除芒萁覆蓋地隨機(jī)選取6個(gè)點(diǎn)，裸地隨機(jī)選取5個(gè)點(diǎn)。仔細(xì)挑出根系，放水中浸泡0.5～1 h左右，清洗干凈后稱其鮮重，烘干，稱重，計(jì)算其根系生物量。

1.4 計(jì)算方法

團(tuán)聚體去除砂粒矯正后的各粒級團(tuán)聚體重量比(%)公式[15]：

(1)

式(1)中：WSC(%)為去砂礫后團(tuán)聚體的重量比，W0為某粒徑團(tuán)聚體初始重量，WS為某粒徑團(tuán)聚體所含砂礫重量，W(all)sc為去砂礫后各粒徑團(tuán)聚體的重量之和。 團(tuán)聚體平均重量直徑(MWD)與幾何平均直徑(GMD)的計(jì)算[16]：

(2)

(3)

式(2～3)中：Ri為某粒級團(tuán)聚體平均直徑(mm)，Wi為濕篩后某粒級團(tuán)聚體的重量(g)。

團(tuán)聚體分形維數(shù)(D)的計(jì)算[17]：

(4)

式(4)中：δ表示土粒的直徑，di表示團(tuán)聚體的篩分粒級，W(δ

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2013和SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Origin 9.0軟件作圖，主要運(yùn)用單因素最小顯著差數(shù)法(LSD)進(jìn)行顯著性比較，運(yùn)用Pearson進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果

2.1 芒萁對土壤有機(jī)質(zhì)和根系生物量的影響

植被恢復(fù)顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量(P<0.05)(圖2)。在恢復(fù)13年和31年的樣地中，不管是保留芒萁覆蓋(NRd)還是林下裸露地(CK)，其有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于未治理地(P<0.05)。其中芒萁覆蓋地分別比未治理地的高41.7%和45.0%，林下裸露地分別比未治理地的高80.2%和69.9%。同樣，芒萁恢復(fù)也顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量(P<0.05)(圖2)。在未治理地、恢復(fù)13年和31年樣地中，NRd的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于CK (P<0.05)，分別比CK的高74.8%、25.9%、54.0%；去除芒萁覆蓋(Rd)1年后，未治理地Rd處理土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著下降，比NRd處理下降46.3%，但仍顯著高于CK處理(P<0.05)；而在恢復(fù)13年和31年的樣地中，Rd處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著增加了，分別比NRd處理高9.2%和18.7%(P<0.05)，這與去除芒萁覆蓋后大量根系死亡有關(guān)。以上結(jié)果表明，在植被恢復(fù)的過程中芒萁覆蓋顯著增加了土壤有機(jī)質(zhì)的積累。

植被恢復(fù)后NRd和CK的根系生物量均得到顯著提高(P<0.05)。在未治理地、恢復(fù)13年和31年中，NRd處理的根系生物量分別比CK的高915.18%、595.19%和829.81%。去除芒萁覆蓋一年后，與NRd處理相比，所有樣地Rd處理的根系生物量分別下降了35.79%、35.57%和7.46%，但在恢復(fù)31年的樣地中沒有顯著差異。所有樣地Rd處理一年后的根系生物量仍顯著高于CK的根系生物量。

注：(a)有機(jī)質(zhì)；(b)根系；Y0為未治理地；Y13為恢復(fù)13年樣地；Y31為恢復(fù)31年樣地；NRd為保留芒萁處理；Rd為去除芒萁處理；CK為林下裸地；不同小寫字母表示同一年限處理間差異顯著(P<0.05)；不同大寫字母表示同一處理恢復(fù)年限間存在顯著性差異(P<0.05)。圖 2 不同恢復(fù)年限中芒萁覆蓋對土壤有機(jī)質(zhì)和根系的影響Figure 2 Effects of Dicranopteris dichotoma cover on soil organic matter and root in different restoration years

2.2 芒萁覆蓋對土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的影響

不同植被恢復(fù)時(shí)期芒萁覆蓋顯著影響土壤團(tuán)聚體各粒徑分布(表1)。在未治理地、恢復(fù)13年和31年中，土壤團(tuán)聚體粒徑均以0.25～2 mm的團(tuán)聚體含量最高，占全土重的30.63%～49.04%，其次為>2 mm粒級的團(tuán)聚體，占全土重的22.42%～33.34%，0.053～0.25 mm與<0.053 mm粒級的團(tuán)聚體含量則相對較少，分別為9.57%～22.27%、7.47%～19.77%。與未治理地相比，植被恢復(fù)后大團(tuán)聚體比例呈增加趨勢，而粉粒和黏粒(<0.053 mm)比例呈下降趨勢，這一趨勢表明，植被恢復(fù)后粉粒和黏粒逐漸膠結(jié)從而形成更大的團(tuán)聚體，有利于土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

表 1 芒萁覆蓋對土壤團(tuán)聚體組成的影響/%Table 1 Effects of Dicranopteris dichotoma cover on composition of soil aggregates

注：表中數(shù)據(jù)為3次重復(fù)平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。小寫字母表示該粒級團(tuán)聚體含量在同一年限處理間差異顯著(P<0.05)；不同大寫字母表示該粒級團(tuán)聚體含量在同一處理恢復(fù)年限間差異顯著(P<0.05)。

在未治理地(Y0)中，芒萁覆蓋地(NRd)和裸露地(CK)不同粒徑團(tuán)聚體的比例沒有顯著差異，而芒萁覆蓋地去除芒萁1年后，粉粒和黏粒(<0.053 mm)的比例下降了61.1%(P<0.05)，而大團(tuán)聚體(>0.25 mm)比例則增加了19.5%(P<0.05)，微團(tuán)聚(0.053～0.25 mm)比例則沒有顯著變化。而在恢復(fù)13年和31年樣地中，NRd處理的大團(tuán)聚體(>0.25 mm)比例分別比CK處理的高18.0%和16.8%(P<0.05)，Rd處理則與NRd處理無顯著差異，說明芒萁覆蓋下的大團(tuán)聚體比例更多，土壤結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定；NRd處理的微團(tuán)聚體(0.053～0.25 mm)比例與CK處理沒有顯著差異，Rd處理則已表現(xiàn)出下降趨勢，并已顯著低于CK處理(P<0.05)。粉粒和黏粒(<0.053 mm)的比例在恢復(fù)13年與31年樣地中呈現(xiàn)不同的規(guī)律，其中Y13樣地中NRd處理的粉粒和黏粒(<0.053 mm)的比例低于CK處理，但沒有顯著差異，Rd處理降低了粉粒和黏粒的比例，并顯著低于CK處理；而在Y31樣地中，NRd的粉粒和黏粒的比例顯著低于CK處理，Rd處理增加了粉粒和黏粒的比例，并與CK處理沒有顯著差異，表明隨著植被恢復(fù)年限的增加，保留芒萁覆蓋下的細(xì)顆粒在更多有機(jī)質(zhì)的保護(hù)下逐漸向大團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化。而去除芒萁后，由于表層土壤失去保護(hù)，表層細(xì)顆粒開始逐漸流失。

2.3 芒萁覆蓋對土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

2.3.1幾何平均直徑(GMD)和平均重量直徑(MWD)的差異

芒萁覆蓋提高了侵蝕紅壤的平均重量直徑和幾何平均直徑(圖3)。在未治理地、恢復(fù)13年和31年樣地中，NRd處理土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑和幾何平均直徑均大于CK(圖3)。其中，在恢復(fù)13年和31年樣地中，NRd處理的平均重量直徑和幾何平均直徑均顯著大于CK處理(P<0.05)，而在未治理地，二者則無顯著差異，說明芒萁覆蓋度的時(shí)間將影響土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。與NRd處理相比，Rd處理土壤團(tuán)聚體的幾何平均直徑均無顯著變化；在恢復(fù)31年樣地中，Rd處理土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑顯著大于NRd(P<0.05)，在未治理地和恢復(fù)13年樣地中，則無顯著差異。

表 2 分形維數(shù)(D)的差異Table 2 Difference in fractal dimensions

注：表中數(shù)據(jù)為3次重復(fù)平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。小寫字母表示分形維數(shù)相對量數(shù)值的比較，字母不同則有顯著差異(P<0.05)。

2.3.2分形維數(shù)的差異

團(tuán)聚體粒徑分布的分型維數(shù)越小，意味著土壤越具有良好的土壤結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性[17]。植被恢復(fù)過程中馬尾松林下各處理的分形維數(shù)如表2所示。未治理地、恢復(fù)13年和31年的馬尾松林土壤團(tuán)聚體的分形維數(shù)均在2.50～2.67(線性回歸的R2>0.97)，并且不同恢復(fù)年限的馬尾松林NRd、Rd和CK處理下土壤的分形維數(shù)盡管沒有顯著差異，但NRd和Rd處理的分形維數(shù)均小于CK。說明CK處理下土壤結(jié)構(gòu)更為緊實(shí)，穩(wěn)定性相對較差。

2.4 土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性與土壤有機(jī)質(zhì)及根系之間的相關(guān)性

幾何平均直徑與其他各參數(shù)之間均有顯著關(guān)系(表3)，其中幾何平均直徑、平均重量直徑以及根系三者之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，而幾何平均直徑則與分型維數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01),同時(shí)幾何平均直徑也與土壤有機(jī)質(zhì)以及>0.25 mm粒級團(tuán)聚體含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。平均重量直徑與土壤有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。分型維數(shù)與>0.25 mm粒級團(tuán)聚體含量及根系呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。土壤有機(jī)質(zhì)與根系呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。說明了幾何平均直徑與平均重量直徑、分型維數(shù)、土壤有機(jī)質(zhì)、>0.25 mm粒級團(tuán)聚體含量以及根系之間關(guān)系密切。

注：不同小寫字母表示在同一年限處理間差異顯著(P<0.05)；不同大寫字母表示在同一處理恢復(fù)年限間差異顯著(P<0.05)。圖 3 幾何平均直徑和土壤平均重量直徑的變化Figure 3 Variation in soil geometric weight diameter and mean average diameter

表 3 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體各參數(shù)之間的相關(guān)性Table 3 The correlation between the parameters of water stable aggregates

注：**在 0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；*在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

3 討論

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，影響著土壤的物理、化學(xué)和生物過程以及有機(jī)質(zhì)的分解[2]，而土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要指標(biāo)，其形成與土壤有機(jī)質(zhì)關(guān)系密切[18]。研究結(jié)果表明，紅壤侵蝕地在植被恢復(fù)后不同處理(NRd、Rd與CK)的土壤有機(jī)質(zhì)含量均得到顯著提高，這主要是因?yàn)橥ㄟ^植被恢復(fù)，凋落物輸入逐漸增加，土壤養(yǎng)分條件改善，微生物活性也得到提高[13]；此外地上植被覆蓋(如芒萁)增加，在降雨過程中產(chǎn)生大量的可溶性有機(jī)質(zhì)輸入到土壤[12]，從而被微生物轉(zhuǎn)化與固定，提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量的積累[19]。特別是植被恢復(fù)過程中芒萁覆蓋大量增加了根系生物量(圖2)，有利于提升土壤有機(jī)質(zhì)含量。而土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤團(tuán)聚體平均重量直徑和幾何平均直徑均顯著正相關(guān)(表3)，表明植被恢復(fù)通過提升土壤有機(jī)質(zhì)提高了土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。一些研究表明，去除林下植被降低了土壤有機(jī)碳庫[20]，而在本研究恢復(fù)13年和31年的馬尾松林，去除芒萁1年后的土壤有機(jī)質(zhì)含量則顯著提高，這主要是去除芒萁后大量的根系死亡形成土壤有機(jī)質(zhì)，盡管去除地表芒萁降低了地上凋落物輸入。而且也有研究表明根系碳輸入大于凋落物輸入和可溶性有機(jī)質(zhì)輸入[21]。

不同粒徑的團(tuán)聚體對于土壤水分和養(yǎng)分的供應(yīng)和保持作用以及土壤孔隙和水力特征是不同的[15]，土壤團(tuán)聚體的組成及其穩(wěn)定性是評價(jià)土壤質(zhì)量和土壤侵蝕的關(guān)鍵指標(biāo)之一[3]。其中，>0.25 mm粒級的團(tuán)聚體是土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)體，維持著土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，也反映出土壤抗侵蝕能力的強(qiáng)弱，其含量越多，則土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，其抗蝕能力也就越強(qiáng)[23]。本研究中，各恢復(fù)年限馬尾松林保留芒萁覆蓋(NRd)下土壤>0.25 mm(占全土重量比例：60.98%～74.05%)或0.25～2 mm粒級的團(tuán)聚體在全土中的比例顯著高于CK(表1)。芒萁覆蓋在促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)積累的同時(shí)，也保護(hù)地表使其不易被破壞，加之芒萁覆蓋提高了土壤有機(jī)碳和氮素的積累[24]，有助于大團(tuán)聚體的形成，從而增強(qiáng)了土壤的抗蝕性。同時(shí)隨著芒萁覆蓋時(shí)間的增加，大團(tuán)聚體比例逐漸上升，土壤穩(wěn)定性也逐漸增強(qiáng)。江仁濤等[25]也認(rèn)為隨著植被恢復(fù)年限的增加，微團(tuán)聚體不斷匯聚形成大團(tuán)聚體，土壤結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。但也有研究表明，耕作后的草地植被恢復(fù)并不能有效增加土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量，土壤結(jié)構(gòu)松散，通透性增加[26]。在未治理地中，馬尾松林NRd下土壤> 0.25 mm粒級的團(tuán)聚體在全土中的比例與CK無顯著差別，但去除芒萁一年后，Rd顯著高于NRd與CK,說明在未治理地芒萁對該粒級團(tuán)聚體含量變化的響應(yīng)比較敏感。而在恢復(fù)13年和31年馬尾松林NRd下土壤>0.25 mm粒級的團(tuán)聚體在全土中的比例均顯著高于CK，去除芒萁一年后，Rd仍顯著高于CK，但與NRd差異不明顯，表明去除芒萁后，其地下許多根系依然存活，芒萁根系通過擠壓、纏繞等物理作用，加上其分泌物對土壤顆粒的強(qiáng)黏著力，維持著土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)[23]，從而保持著對土壤的固持作用和土壤承載力以及土壤的抗沖抗蝕性。在恢復(fù)31年中，NRd下粉粒和黏粒的比例顯著低于CK，Rd增加了粉粒和黏粒的比例，并與CK沒有顯著差異，表明隨著植被恢復(fù)年限的增加，保留芒萁覆蓋下的細(xì)顆粒在更多有機(jī)質(zhì)的保護(hù)下逐漸向大團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化[27]。而去除芒萁后，由于表層土壤失去芒萁覆蓋保護(hù)，表層細(xì)顆粒開始逐漸流失。曹丹妮等[28]研究結(jié)果也表明，侵蝕過程中，土壤大團(tuán)聚體被降雨擊打轉(zhuǎn)化為細(xì)顆粒，細(xì)顆粒在徑流作用下選擇搬運(yùn)。表層土壤在芒萁覆蓋的保護(hù)下，消除了雨滴擊濺對團(tuán)聚體的破壞作用，也削弱了徑流作用搬運(yùn)破壞團(tuán)聚體的能力，去除芒萁則削弱了這種能力[29]。

在評價(jià)團(tuán)聚體穩(wěn)定性的過程中，平均重量直徑(MWD)、幾何平均直徑(GMD)與分形維數(shù)(D)作為常用指標(biāo)，能夠較好地反映土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。一般情況下，平均重量直徑和幾何平均直徑的值越大，意味著團(tuán)聚體評價(jià)粒徑團(tuán)聚性越高，穩(wěn)定性越強(qiáng)[17]，而分形維數(shù)的值越小，土壤越具有良好的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性[18]。在恢復(fù)13年和31年馬尾松林NRd土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑和幾何平均直徑均明顯大于CK，去除芒萁一年后，Rd和NRd之間并未見明顯差異(Y31例外)(圖3)，這一趨勢與大團(tuán)聚體含量變化相一致，表明在芒萁覆蓋下，其根系生物量和有機(jī)質(zhì)更多，大團(tuán)聚體含量也更多，平均重量直徑和幾何平均直徑更大(表3)，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性更強(qiáng)。張蕓等[30]也認(rèn)為，由于表層土壤有機(jī)質(zhì)含量更高，其平均重量直徑和幾何平均直徑更大。此外，植被恢復(fù)提高了侵蝕紅壤的平均重量直徑和幾何平均直徑，植被恢復(fù)后馬尾松林Rd的平均重量直徑和幾何平均直徑均顯著高于Y0，這一趨勢與其有機(jī)質(zhì)含量更高相一致(圖2)，表明隨著芒萁覆蓋時(shí)間的增加，團(tuán)聚體穩(wěn)定性也更強(qiáng)，去除芒萁使得土壤得到更多養(yǎng)分，有機(jī)質(zhì)含量更多，平均重量直徑和幾何平均直徑更大。同時(shí)NRd和Rd土壤的分形維數(shù)均小于CK，這表明隨著植被恢復(fù)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性在不斷增強(qiáng)。由此可見，與林下裸地相比，保留芒萁覆蓋地的土壤團(tuán)聚體更為穩(wěn)定，能更好地維持土壤結(jié)構(gòu)，更有利于土壤中養(yǎng)分與水分的供給與保持，以此改善土壤的空隙結(jié)構(gòu)與水文特征。所以芒萁覆蓋對土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性有著非常深刻的影響，但同時(shí)其又是一個(gè)長期持久的過程。

4 結(jié)論

芒萁是南方紅壤侵蝕區(qū)馬尾松林中最重要的林下植被，對減少水土流失、維持土壤結(jié)構(gòu)和提高土壤肥力具有重要意義。在紅壤侵蝕地馬尾松林植被恢復(fù)過程中，隨著芒萁覆蓋增加，地下根系生物量和土壤有機(jī)質(zhì)含量分別顯著增加了595.19%～915.18%和25.9%～74.8%，大團(tuán)聚體比例、MWD和GMD也隨之增加，表明植被恢復(fù)和芒萁覆蓋提高了土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性和土壤抗侵蝕能力；而缺乏芒萁覆蓋時(shí)，不僅雨滴直接打擊地表影響團(tuán)聚體的組成和穩(wěn)定性，而且水土流失加強(qiáng)，特別是導(dǎo)致土壤細(xì)顆粒容易流失。芒萁覆蓋地去除芒萁一年后，一方面芒萁地下根系死亡增加了土壤有機(jī)質(zhì)來源，另一方面則減少了地上有機(jī)物的輸入和降低了地表覆蓋。因此盡管土壤大團(tuán)聚體比例、MWD和GMD等團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)尚無顯著差異,但從長期來看，由于降雨對土壤表層的濺蝕以及地下殘留芒萁根系的死亡，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性將可能顯著下降。因此在侵蝕地植被恢復(fù)過程中，林下植被芒萁對土壤團(tuán)聚體形成和維持土壤結(jié)構(gòu)具有重要作用，在水土保持生態(tài)修復(fù)實(shí)踐中需要更加重視林下植被的恢復(fù)。