高原山地石漠化過(guò)程中土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及其化學(xué)計(jì)量特征

陳靜 朱大運(yùn) 陳滸 陳海

摘 要： ?石漠化演替過(guò)程中不同石漠化等級(jí)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及其碳、氮、磷化學(xué)計(jì)量特征是評(píng)價(jià)石漠化地區(qū)土壤恢復(fù)效應(yīng)的有效途徑。該文以五個(gè)不同石漠化等級(jí)的樣地為研究對(duì)象，利用濕篩法分析0～20 cm土層土壤不同粒級(jí)團(tuán)聚體分布狀況、穩(wěn)定性水平和化學(xué)計(jì)量特征。結(jié)果表明：（1）相較而言，無(wú)石漠化樣地中>2 mm和0.25～2 mm兩級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量最高，其平均直徑（MWD、GMD）最大，而可蝕性K值最低。（2）不同石漠化環(huán)境中團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮和全磷的變化范圍是20.78～56.28 g·kg-1、1.17～2.14 g·kg-1和0.41～0.97 g·kg-1，無(wú)石漠化樣地各級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮含量較高，全磷含量在五種環(huán)境中變化規(guī)律不明顯;團(tuán)聚體C/N、C/P和N/P的變化范圍分別是11.50～28.60、25.19～121.75和1.65～4.69，無(wú)石漠化樣地團(tuán)聚體C/N、C/P和N/P均明顯高于潛在、輕度、中度和強(qiáng)度，較小粒徑C/N較高，而C/P和N/P較高為>2 mm和0.25～2 mm兩粒徑。（3）團(tuán)聚體中有機(jī)碳分別與其C/N、C/P呈極顯著正相關(guān)，而全磷含量則與C/P、N/P兩者呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01），團(tuán)聚體C/N、C/P和N/P變異水平表現(xiàn)為C/P>C/N>N/P。該地從無(wú)石漠化到強(qiáng)度石漠化演替過(guò)程中土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性和各粒徑團(tuán)聚體中有機(jī)碳和全氮含量均呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，無(wú)石漠化土壤結(jié)構(gòu)較好，團(tuán)聚體中氮元素成為影響該退化生態(tài)系統(tǒng)中土壤質(zhì)量的主要限制性元素。

關(guān)鍵詞： 團(tuán)聚體穩(wěn)定性，化學(xué)計(jì)量特征，團(tuán)聚體養(yǎng)分，石漠化等級(jí)， 土壤恢復(fù)

中圖分類(lèi)號(hào)： ?Q948

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： ?A

文章編號(hào)： ?1000-3142（2021）05-0715-11

Abstract： ?Soil aggregate stability and its stoichiometric characteristics are the effective ways to evaluate the effect of soil restoration in rocky desertification areas. Five plots with different rocky desertification grades were set up. Indicators including the content， stoichiometry， and stability of different aggregate fractions were analyzed by wetting. The results were as follows： （1） In comparsion， the contents of water stable aggregates > 2 mm and 0.25-2 mm were the highest in the nil rocky desertification plots， and their average diameters （MWD and GMD） were the largest， but the K value of erodibility was the lowest. （2） The soil organic carbon， total nitrogen， and total phosphorus contents in the five sample plots were 20.78-56.28 g·kg-1， 1.17-2.14 g·kg-1 and 0.41-0.97 g·kg-1， respectively. The composition of organic carbon and total nitrogen in aggregates of the nil rocky desertification sample plot were the highest， and the variation of total phosphorus content were not obvious in the five environments. The ranges of C/N， C/P and N/P of five environmental aggregates were 11.50-28.60， 25.19-121.75 and 1.65-4.69， respectively. The C/N， C/P and N/P of the aggregate in the nil rocky desertification sample plot were significantly highest. Averaged C/N values in the small-size aggregates were higher than in aggregates of other sizes， while the maximum values C/P and N/P were >2mm and 0.25-2 mm. （3） There was a significant positive correlation between organic carbon and C/N， C/P， and a significant negative correlation between total phosphorus and C/P， N/P（P<0.01）. The overall trend of the variation level of soil aggregate stoichiometry was C/P>C/N>N/P. The stability and the contents of organic carbon and total nitrogen in aggregates with different particle sizes decreased firstly and increased from nil rocky desertification to severe rocky desertification in the study area. The soil structure of nil rocky desertification is good; what is more， nitrogen in the aggregate is the major factor affecting the soil quality in the degraded ecosystem.

Key words：

aggregate stability， stoichiometric characteristics， aggregate nutrients， rocky desertification level， soil restoration

土壤團(tuán)聚體是土壤顆粒與有機(jī)-無(wú)機(jī)膠體作用形成的多孔、類(lèi)似于球體的土團(tuán)，是土壤結(jié)構(gòu)的基本組成單元（Six et al.， 2000），其數(shù)量和質(zhì)量是影響土壤理化性質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)之一（劉杰等，2019）。團(tuán)聚體穩(wěn)定性水平?jīng)Q定了土壤結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣（Blanco-Canqui & Lal， 2004）。徐紅偉等（2018）研究發(fā)現(xiàn)土壤中>0.25mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量越多及團(tuán)聚體平均重量直徑、幾何平均直徑越大，團(tuán)聚體穩(wěn)定性水平越高，土壤結(jié)構(gòu)越好，同時(shí)也將其作為量化土壤抗蝕性水平的重要指標(biāo)（郭偉等，2007），團(tuán)聚體穩(wěn)定性越高，土壤抵抗流水侵蝕的能力越強(qiáng)（安韶山等，2008）。團(tuán)聚體作為土壤養(yǎng)分存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化的載體，由于各級(jí)團(tuán)聚體的數(shù)量和組成物質(zhì)不同，導(dǎo)致它在碳、氮和磷養(yǎng)分中的保持和供應(yīng)作用不同（Udom & Ogunwole， 2015），同時(shí)不同粒徑團(tuán)聚體中碳、氮、磷元素的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)化能力也不同（Devine et al.， 2014），因此，土壤團(tuán)聚體粒徑分布和穩(wěn)定性水平與碳氮磷養(yǎng)分含量變化密切相關(guān)。生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)是從元素的角度出發(fā)，研究元素平衡與生態(tài)系統(tǒng)間交互作用的理論（王紹強(qiáng)和于貴瑞，2008），主要分析結(jié)構(gòu)性元素（碳）和限制性元素（氮、磷）三者間的關(guān)系（李瑋等，2015）。土壤團(tuán)聚體養(yǎng)分及化學(xué)計(jì)量特征受植被覆蓋、根系結(jié)構(gòu)、微生物活性等因素影響（Xu et al.， 2016），因此，不同粒級(jí)團(tuán)聚體碳、氮、磷含量分配及化學(xué)比存在明顯差異（Xiao et al.， 2017）。研究土壤團(tuán)聚體中碳、氮、磷含量及其化學(xué)計(jì)量比變化特征，能掌握土壤碳、氮和磷元素在微觀結(jié)構(gòu)上的分布狀況，有利于深入了解土壤養(yǎng)分的供應(yīng)和保持能力。

西南喀斯特地區(qū)由于特殊的地理環(huán)境以及長(zhǎng)期受到人為活動(dòng)的干擾，導(dǎo)致地表土壤大面積退化，石漠化現(xiàn)象嚴(yán)重（郭柯等，2011）。貴州是典型的喀斯特山區(qū)農(nóng)業(yè)大省，喀斯特面積超過(guò)全省總面積的70%，目前該省貧困人口集中，人地矛盾突出，石漠化已成為影響該區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要生態(tài)問(wèn)題（熊康寧等，2011）。近年來(lái)眾多學(xué)者提倡將自然恢復(fù)和人工林草植被恢復(fù)結(jié)合進(jìn)行石漠化治理，而團(tuán)聚體作為衡量喀斯特生態(tài)恢復(fù)的重要因子之一，現(xiàn)已開(kāi)展部分研究。王佩將等（2014）將>0.25mm粒徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體作為評(píng)價(jià)土壤抗蝕性的最佳指標(biāo)之一;羅明和周運(yùn)超（2010）認(rèn)為不同母巖發(fā)育的土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性存在明顯的差異，其中穩(wěn)定性水平最高的是石灰?guī)r發(fā)育的土壤團(tuán)聚體;盧怡等（2017）研究發(fā)現(xiàn)種植花椒林能有效提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，增強(qiáng)團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的保護(hù)作用。目前團(tuán)聚體研究集中于土地利用方式/植被恢復(fù)對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及有機(jī)碳的影響（王浩等，2017;劉杰等，2019;王進(jìn)等，2019），研究地點(diǎn)在巖溶峽谷區(qū)、峰叢洼地區(qū)以及槽谷區(qū)均有涉及（譚秋錦等，2014;俞月鳳等，2014;藍(lán)家程和沈艷，2020），但對(duì)喀斯特石漠化區(qū)土壤團(tuán)聚體養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量特征的認(rèn)識(shí)尚淺。因此，本文重點(diǎn)關(guān)注兩個(gè)問(wèn)題：（1）喀斯特高原山地地區(qū)不同石漠化等級(jí)環(huán)境中土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性水平;（2）不同石漠化土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)中碳、氮、磷元素含量變化及生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征，旨在揭示石漠化演替過(guò)程中土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的變化趨勢(shì)及團(tuán)聚體內(nèi)碳、氮、磷三者的分布狀態(tài)和平衡關(guān)系，以期為后續(xù)的石漠化生態(tài)治理工作提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

選擇黔西北畢節(jié)撒拉溪石漠化綜合治理區(qū)為研究區(qū)域，其中心點(diǎn)坐標(biāo)是（105°06′37″ E、27°15′12″ N），平均海拔1 600 m，以高原山地地貌為主，地面起伏大，喀斯特地貌占區(qū)域總面積的74.26%，石漠化等級(jí)以潛在—輕度為主。區(qū)內(nèi)年均氣溫12.9 ℃，大于等于10 ℃積溫介于4 109～4 300 ℃之間，雨季為6—8月，年均降水量900 mm左右，地表出露巖石主要是石灰?guī)r和頁(yè)巖，土壤以黃壤為主。由于人為干擾和土壤侵蝕，原生常綠落葉針闊混交林植被幾乎被亮葉樺（Betula luminifera）、響葉楊（Populus adenopoda）、山楊（Populus davidiana）等次生林所替代。潛在石漠化區(qū)域?yàn)榻鸾z桃（Hypericum monogynum）、臘瓣花（Corylopsis sinensis）、基及樹(shù)（Carmona microphylla）等為主的次生灌叢;輕度石漠化區(qū)域?yàn)榧t花龍膽（Gentiana rhodantha）、刺梨（Rosa roxbunghii）、敗醬（Cinnamomum longepaniculatum）、忍冬（Lonicera japonica）等為主的次生灌草叢;中度石漠化區(qū)域由火棘（Pyracantha fortunean）、敗醬（Cinnamomum longepaniculatum）、馬桑（Coriaria nepalensis）等組成的次生灌草叢;強(qiáng)度石漠化區(qū)域主要有金絲桃（Hypericum monogynum）、嵩草（Artemisia argyi）、野棉花（Anemone vitifolia）、千里光（Senecio scandens）等稀疏灌草叢。研究樣地土壤環(huán)境基本信息詳見(jiàn)表1。

1.2 樣品采集及處理

按照熊康寧等（2002）對(duì)石漠化等級(jí)的劃分方法，選擇無(wú)石漠化（ND）次生林、潛在石漠化（PD）灌木林、輕度石漠化（LD）灌草地、中度石漠化（MD）草地和強(qiáng)度（SD）石漠化裸露地五種環(huán)境的土壤進(jìn)行研究。2019年9月，在研究區(qū)針對(duì)五種石漠化環(huán)境分別設(shè)置3個(gè)20 m × 20 m的平行樣方，總共建立15個(gè)取樣地，每個(gè)樣地按“S”形選擇3個(gè)采樣點(diǎn)，采集0～20 cm表層原狀土樣共45個(gè)，用保鮮盒帶回實(shí)驗(yàn)室，用于團(tuán)聚體篩分實(shí)驗(yàn)。稱(chēng)取自然風(fēng)干后的土壤50 g，采用團(tuán)聚體分析儀（XY-100）濕篩分離出>2 mm、0.25～2 mm、0.053～0.25 mm和<0.053 mm四級(jí)團(tuán)聚體，40 ℃烘干稱(chēng)重，該處理方式重復(fù)三次，最后取其均值進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。每一粒級(jí)團(tuán)聚體分別過(guò)0.149 mm篩，用于有機(jī)碳、全氮和全磷測(cè)定。有機(jī)碳使用重鉻酸鉀容量法—油浴（GB7857-87）測(cè)定，全氮和全磷分別使用硫酸-硒粉（硫酸銅和硫酸鉀）催化劑和硫酸-高氯酸消解定容后，提取濾液采用連續(xù)流動(dòng)分析儀（SEALAA3，德國(guó)）測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

利用濕篩處理的數(shù)據(jù)計(jì)算團(tuán)聚體的穩(wěn)定性指標(biāo)，包括平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）（Wei et al.， 2013）和可蝕性K值（Shirazi & Boersma， 1984），計(jì)算公式如下：

MWD=∑ni=1WiX-i∑ni=1Wi（1）

GMD=exp∑ni=1WilnX-i∑ni=1Wi（2）

式中：Xi為各級(jí)團(tuán)聚體的平均直徑（mm）;Wi為各級(jí)團(tuán)聚體數(shù)量。

K=7.954×{0.0017+0.0494×exp[-0.5×（lgGMD+1.675/0.6986）2]}（3）

某一粒徑團(tuán)聚體養(yǎng)分富集系數(shù)（張欽等，2019）（enrichment coefficient，EC）=對(duì)應(yīng)團(tuán)聚體養(yǎng)分含量/全土養(yǎng)分含量。

某一粒徑團(tuán)聚體養(yǎng)分貢獻(xiàn)率（%）（邱莉萍等，2006）=（對(duì)應(yīng)團(tuán)聚體中養(yǎng)分含量×對(duì)應(yīng)團(tuán)聚體含量）/全土養(yǎng)分含量×100。

各級(jí)團(tuán)聚體C/N、C/P和N/P采用有機(jī)碳、全氮、全磷含量比值表示。使用Office 2010和SPSS 22對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，采用單因素方差法（one-way ANOVA）分析不同樣地的團(tuán)聚體粒徑分布和化學(xué)計(jì)量特征，新復(fù)極差法（Duncan）進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（α=0.05），選用變異系數(shù)判斷元素化學(xué)計(jì)量比的變異程度，Person相關(guān)系數(shù)評(píng)價(jià)不同環(huán)境團(tuán)聚體中碳、氮、磷含量及其化學(xué)計(jì)量特征的相關(guān)水平，Origin 2018繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1不同石漠化等級(jí)團(tuán)聚體組分和穩(wěn)定性特征

不同石漠化等級(jí)樣地中各級(jí)土壤團(tuán)聚體組分具有明顯的差異（圖1）。由圖1可知，無(wú)石漠化次生林地>2 mm大團(tuán)聚體含量分別是中度、輕度和強(qiáng)度的1.09、1.12和1.14倍，潛在灌木林地0.25～2 mm團(tuán)聚體含量分別是輕度、中度和強(qiáng)度樣地的1.51、1.87和1.65倍，并且其差異性達(dá)到顯著水平，0.053～0.25 mm粒級(jí)表現(xiàn)為無(wú)石漠化<輕度<潛在<強(qiáng)度<中度，變化范圍是1.17～9.67 g，五種樣地內(nèi)<0.053 mm粒級(jí)無(wú)顯著差異。此外，輕度灌草地、中度草地、強(qiáng)度裸露地和無(wú)石漠化次生林地四種環(huán)境中>2 mm團(tuán)聚體含量顯著高于其余三種粒徑，而潛在石漠化樣地的>0.25 mm團(tuán)聚體含量顯著大于0.053～0.25 mm和<0.053 mm粒級(jí)。

由圖2：A可知，團(tuán)聚體MWD、GMD的變化趨勢(shì)一致，無(wú)石漠化次生林MWD、GMD均顯著強(qiáng)度裸露地、潛在灌木林和輕度灌草地;而K則與團(tuán)聚體直徑（MWD、GMD）呈反向變化趨勢(shì)（圖2：B），輕度樣地K值高，無(wú)石漠化樣地K值最低。

2.2 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮、全磷含量變化與分布特征

2.2.1各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮、全磷含量與分布

隨著石漠化等級(jí)的加深，土壤團(tuán)聚體中的養(yǎng)分含量出現(xiàn)不同程度的變化。如表2所示，不同石漠化環(huán)境中團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮和全磷的變化范圍是20.78～56.28 g·kg-1、1.17～2.14 g·kg-1和0.41～0.97 g·kg-1。相較而言，潛在灌木林地四個(gè)粒徑的團(tuán)聚體有機(jī)碳含量最低，無(wú)石漠化次生林各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量最高，且該樣地中<0.25 mm有機(jī)碳含量顯著高于>2 mm團(tuán)聚體;同時(shí)，無(wú)石漠化樣地中各粒級(jí)團(tuán)聚體全氮含量也高于其他環(huán)境，輕度灌草地和中度草地中0.25～2 mm團(tuán)聚體含量最高，而強(qiáng)度和無(wú)石漠化兩種樣地的最大值出現(xiàn)在0.053～0.25 mm。此外，不同樣地在>2 mm、0.053～0.25 mm和<0.053 mm三級(jí)中全氮含量的差異達(dá)到顯著性水平;而同一樣地中，僅潛在環(huán)境的不同粒級(jí)團(tuán)聚體全氮含量有顯著性差異。團(tuán)聚體全磷含量除強(qiáng)度石漠化環(huán)境外，其他樣地內(nèi)均呈現(xiàn)隨團(tuán)聚體粒徑減小其含量增加的趨勢(shì)，中度、輕度、潛在及無(wú)石漠化樣地內(nèi)均表現(xiàn)為0.053～0.25 mm和<0.053 mm粒級(jí)全磷含量顯著高于>2 mm和0.25～2 mm。

2.2.2 不同粒徑團(tuán)聚體的有機(jī)碳、全氮和全磷富集系數(shù)及其貢獻(xiàn)率 富集系數(shù)（EC）是某一元素在不同粒級(jí)團(tuán)聚結(jié)構(gòu)中的富集程度，能有效反映其固持特征。當(dāng)EC>1時(shí)，表示優(yōu)先積累;而EC<1時(shí)則表明優(yōu)先分解（張欽等，2019）?？傮w而言，水穩(wěn)性團(tuán)聚體中碳、氮、磷的EC值范圍分別為0.85～1.07、0.86～1.15和0.64～1.43之間（表3）。不同樣地的有機(jī)碳富集系數(shù)存在差異，但其差異性尚未達(dá)到顯著水平，五種環(huán)境的<0.53 mm級(jí)別的EC值均大于1，處于優(yōu)先積累的狀態(tài)，且隨團(tuán)聚體粒徑減小EC值呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)。潛在和無(wú)石漠化樣地的氮富集系數(shù)隨著粒徑減小出現(xiàn)分解-積累的變化趨勢(shì)，潛在和強(qiáng)度環(huán)境團(tuán)聚體在粒徑2 mm處富集系數(shù)由分解轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)先積累的階段。由表3可知，五種樣地的團(tuán)聚體磷富集系數(shù)變化表現(xiàn)為>0.25 mm的各樣地EC值均小于1，是分解狀態(tài);而除強(qiáng)度樣地之外，其余四種環(huán)境在<0.25 mm時(shí)進(jìn)入優(yōu)先積累的階段。團(tuán)聚體養(yǎng)分貢獻(xiàn)率是結(jié)合團(tuán)聚體含量與各粒徑的養(yǎng)分豐度而來(lái)，能有效反映團(tuán)聚結(jié)構(gòu)體對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響。五種樣地的有機(jī)碳、全氮和全磷60%以上賦存于>0.25 mm的大團(tuán)聚體中，其中>2 mm級(jí)別的團(tuán)聚體貢獻(xiàn)起主要作用，貢獻(xiàn)范圍為34.29%～65.85%，<0.053 mm團(tuán)聚體貢獻(xiàn)率最低（表3）。除礦質(zhì)顆粒（<0.053 mm）外，不同樣地同一粒級(jí)土壤團(tuán)聚體對(duì)碳氮磷含量的貢獻(xiàn)水平具有顯著的差異性，其中不同環(huán)境的>2 mm團(tuán)聚體中的碳氮貢獻(xiàn)率差異較大，最小值低于40%，而最大值接近70%。

2.3 各粒級(jí)土壤團(tuán)聚體化學(xué)計(jì)量特征

表4所示為不同石漠化環(huán)境中0～20 cm土層土壤團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳、全氮和全磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量比值。由表4可知，五種環(huán)境C/N、C/P和N/P的變化范圍分別是11.50～28.60、25.19～121.75和1.65～4.69，變異系數(shù)依次是31.65%、52.20%和29.23%。無(wú)石漠化次生林四級(jí)團(tuán)聚體C/N高于其余樣地，其中<0.053 mm粒級(jí)最大，除>2 mm外，其他粒徑的差異性達(dá)到顯著水平，整體上均表現(xiàn)為無(wú)石漠化>中度>輕度>強(qiáng)度>潛在。潛在灌木林地各團(tuán)聚體C/P均顯著低于其他四種樣地，其中無(wú)石漠化團(tuán)聚體各粒徑C/P分別是潛在的3.3、2.84、2.99和2.18倍。無(wú)石漠化的C/P最大值為>2 mm粒級(jí)，且同一樣地內(nèi)>0.25 mm的C/P顯著高于0.053～0.25 mm和<0.053 mm粒級(jí)，而強(qiáng)度環(huán)境則是0.053～0.25 mm粒級(jí)最大;潛在、中度和強(qiáng)度樣地內(nèi)不同粒級(jí)之間的比值無(wú)顯著差異。相比團(tuán)聚體C/N和C/P而言，N/P的變化范圍較小，無(wú)石漠化和中度環(huán)境下隨著粒級(jí)變小，N/P呈“增加-減少-增加”的“N”字型變化;無(wú)石漠化樣地的各團(tuán)聚體N/P高于其余環(huán)境。

2.4 石漠化過(guò)程中土壤團(tuán)聚體碳、氮、磷及其化學(xué)計(jì)量比的相關(guān)性

對(duì)不同環(huán)境中水穩(wěn)性團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮和全磷以及其化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行Person相關(guān)系數(shù)評(píng)價(jià)（表5）。結(jié)果顯示，全土與水穩(wěn)性團(tuán)聚體碳、氮、磷之間存在不同的相關(guān)程度，其中全土與各級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量呈極顯著正相關(guān)，變化范圍是0.941～0.987;全土與>2 mm和0.25～2 mm粒級(jí)的磷元素呈極顯著相關(guān)，相關(guān)程度隨粒級(jí)的變小逐漸降低的趨勢(shì);而全土的氮元素僅與0.25～2 mm粒徑呈顯著正相關(guān)。團(tuán)聚體中有機(jī)碳與團(tuán)聚體的C/N和C/P的相關(guān)程度達(dá)到極顯著水平，各粒級(jí)團(tuán)聚體中碳元素與C/N和C/P的相關(guān)系數(shù)均高于0.8，而團(tuán)聚體中氮元素和C/N的相關(guān)程度與碳元素和C/N呈逆向變化特征;同時(shí)，各粒級(jí)團(tuán)聚體的磷元素分別與C/P和N/P呈負(fù)相關(guān)，整體而言，前者的相關(guān)程度低于后者。

3 討論

土壤團(tuán)聚體作為保持與供應(yīng)土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，其分布特征及穩(wěn)定性水平與土壤質(zhì)量、生物活性和滲透率等有著密切聯(lián)系（Amezketa， 1999）。一般將>0.25 mm大團(tuán)聚體含量和團(tuán)聚體直徑指標(biāo)（MWD、GMD）作為評(píng)價(jià)土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性水平的重要指標(biāo)（徐紅偉等，2018）。本研究表明，五種石漠化等級(jí)樣地內(nèi)均以>0.25 mm級(jí)團(tuán)聚體為主，無(wú)石漠化次生林環(huán)境中團(tuán)聚體MWD、 GMD明顯高于其余四種樣地，這主要是因?yàn)榱值氐牡蚵湮锖扛?，能有效促進(jìn)土壤中有機(jī)膠結(jié)劑的形成，利于提高團(tuán)聚體穩(wěn)定性水平（Tamura， 2017），進(jìn)而在一定程度上改善了無(wú)石漠化樣地的土壤結(jié)構(gòu);同時(shí)，K值呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢(shì)，表明土壤抵抗侵蝕的能力未隨著石漠化程度的加深而一直下降，這一現(xiàn)象可能是由于不同石漠化環(huán)境中裸巖集聚分布所致（盛茂銀等，2012）。顯然，相較而言，無(wú)石漠化次生林地土壤結(jié)構(gòu)更好。

有機(jī)碳是土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的重要因素，在維持土壤結(jié)構(gòu)、保持水土方面有關(guān)鍵作用（Tamura et al.， 2017）。已有研究表明，地表大約百分之九十的有機(jī)碳儲(chǔ)存于團(tuán)聚結(jié)構(gòu)中，土粒團(tuán)聚程度直接影響土壤有機(jī)碳的積累和固定（Six et al.， 2000）;土壤氮素是影響植物生長(zhǎng)的必要元素，主要源自植物殘?bào)w分解與合成過(guò)程中形成的有機(jī)物質(zhì)（王紹強(qiáng)和于貴瑞，2008）。一般地，土壤碳氮變化特點(diǎn)具有一致性，兩者存在明顯的耦合關(guān)系（Xiao et al.， 2017）。本研究中，五種樣地各級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量變化特征表現(xiàn)為無(wú)石漠化>強(qiáng)度>中度>輕度>潛在，全氮含量變化顯示為無(wú)石漠化>強(qiáng)度>輕度>中度>潛在，其中無(wú)石漠化樣地有機(jī)碳和全氮含量明顯高于其他四種環(huán)境，可能是因?yàn)闊o(wú)石漠化次生林地中植物的輸入量和動(dòng)植物殘?bào)w的歸還量較高（瞿晴等，2019），有效地增加了表土中有機(jī)質(zhì)含量，從而促進(jìn)氮元素的積累;但是土壤團(tuán)聚體碳氮養(yǎng)分并沒(méi)有隨著石漠化程度加重而下降，其中強(qiáng)度裸露地團(tuán)聚體有機(jī)碳和全氮含量明顯高于其他三種樣地，這可能是強(qiáng)度石漠化樣地中分布大量根系發(fā)達(dá)的草本植物，能在維持有機(jī)碳快速周轉(zhuǎn)地同時(shí)減少消耗（吳麗芳等，2019），再加上該類(lèi)樣地地表巖石裸露面積大，有利于大氣沉降中的氮元素直接被土壤吸收（宋歡歡等，2014）。此外，五種樣地中各粒級(jí)中全磷含量較低且無(wú)明顯規(guī)律，可能是由于土壤中的磷是沉積性元素，源于土壤母質(zhì)，受成土過(guò)程、風(fēng)化特征和土壤侵蝕等的影響，低緯度地區(qū)風(fēng)化淋溶作用強(qiáng)烈（Hou et al.， 2015），再加上本研究區(qū)內(nèi)土壤侵蝕現(xiàn)象嚴(yán)重所致。

土壤C/N/P作為衡量土壤碳、氮、磷礦化和固持作用的重要指標(biāo)，受區(qū)域環(huán)境、成土條件和人為活動(dòng)等因素的影響，具有明顯的空間變異性（王紹強(qiáng)和于貴瑞，2008）。本研究中，不同石漠化等級(jí)樣地0～20 cm范圍內(nèi)，各粒級(jí)土壤團(tuán)聚體C/N、C/P和N/P的變化范圍分別是11.50～28.60、25.19～121.75和1.65～4.69。五種樣地C/N都高于中國(guó)陸地土壤均值（12.3）（Tian et al.， 2010），且與無(wú)石漠化樣地C/N差值最大，團(tuán)聚體中較高的C/N值，可能是因?yàn)樵摰赝寥烙袡C(jī)質(zhì)腐化程度低，全氮含量增加速度緩慢所致（Zhang et al.， 2013）;隨著石漠化程度加重，團(tuán)聚體C/N值呈現(xiàn)下降-上升-下降的“N”字形變化，表明石漠化演替過(guò)程中，土壤碳、氮元素在積累與消耗過(guò)程中的變化不穩(wěn)定，這與Clevelan & Liptzin（2007）的研究結(jié)論不同，可能是由于不同等級(jí)石漠化環(huán)境中土壤退化使得碳、氮養(yǎng)分循環(huán)遭到破壞，導(dǎo)致土壤生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分循環(huán)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。本研究表明，團(tuán)聚體C/P變化范圍較大，中國(guó)陸地土壤C/P均值（61）（Tian et al.， 2010）高于潛在、輕度、中度和強(qiáng)度四種樣地，而低于無(wú)石漠化樣地;相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)團(tuán)聚體C/P與C呈極顯著正相關(guān)，并且相關(guān)程度高于P，說(shuō)明團(tuán)聚體C對(duì)C/P值的影響更強(qiáng)烈，這種差異可能是由于團(tuán)聚體中碳含量增加速率高于磷含量導(dǎo)致的（區(qū)曉琳等，2018），同時(shí)大粒徑團(tuán)聚體C/P值大于小粒徑團(tuán)聚體，表明大粒徑團(tuán)聚體中P元素較低，土壤微生物對(duì)P有同化趨勢(shì)（李瑋等，2015）。土壤中的氮、磷元素是生態(tài)系統(tǒng)中重要的限制性元素，將N/P作為預(yù)測(cè)土壤養(yǎng)分限制類(lèi)型的重要指標(biāo)（王紹強(qiáng)和于貴瑞，2008）。由于不同粒徑大小的團(tuán)聚體氮、磷元素分布特征不同導(dǎo)致團(tuán)聚體N/P明顯不同。本研究中，隨著石漠化程度的加重，土壤N/P呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，說(shuō)明磷的限制性呈現(xiàn)先減弱后增強(qiáng)的情況。五種樣地N/P整體處于較低的水平，各團(tuán)聚體N/P均低于中國(guó)陸地土壤N/P的平均水平（Tian et al.， 2010）;土壤團(tuán)聚體N/P與氮元素呈極顯著正相關(guān)，并且相關(guān)程度高于磷元素，說(shuō)明氮元素對(duì)團(tuán)聚體N/P的影響更大。因此在研究區(qū)石漠化演替過(guò)程中，由于團(tuán)聚體氮元素增長(zhǎng)緩慢，導(dǎo)致團(tuán)聚體中氮元素成為石漠化區(qū)土壤恢復(fù)過(guò)程的主要限制性元素。此外，團(tuán)聚體N/P最高值大部分出現(xiàn)在粒徑>0.25 mm的團(tuán)聚體中，表明大粒徑團(tuán)聚體受磷元素的限制作用更明顯。

4 結(jié)論

（1）石漠化演變過(guò)程中，不同石漠化環(huán)境團(tuán)聚體穩(wěn)定性、各級(jí)團(tuán)聚體中碳、氮、磷含量及其化學(xué)計(jì)量比存在顯著性差異。其中，無(wú)石漠化環(huán)境中大團(tuán)聚體（>0.25 mm）含量、團(tuán)聚體直徑（MWD、GMD）高于潛在、輕度、中度和強(qiáng)度石漠化樣地，且可蝕性K值低于其余四種樣地。

（2）無(wú)石漠化樣地四個(gè)粒級(jí)團(tuán)聚體中有機(jī)碳和全氮含量最高，各樣地全磷含量有明顯差異，五種樣地小粒徑團(tuán)聚體的有機(jī)碳、全氮和全磷含量高于較大粒徑。與團(tuán)聚體C/N和C/P相比，N/P變異性較小，土壤C/N在小粒徑結(jié)構(gòu)中較高，而C/P和N/P最大值均出現(xiàn)在>0.25 mm粒級(jí)內(nèi)。

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（責(zé)任編輯 周翠鳴）