長汀紅壤侵蝕區(qū)土壤砂礫化對土表溫濕度及種子萌發(fā)的影響

鄭姍姍, 陶長鑄, 吳鵬飛, 馬祥慶, 蔡麗平

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院;2.南方紅壤區(qū)水土保持國家林業(yè)草原局重點(diǎn)實驗室，福建 福州 350002)

福建省長汀縣是南方花崗巖地區(qū)水土流失最嚴(yán)重的典型區(qū)域，屬國家級水土流失治理的重點(diǎn)地區(qū)[1].經(jīng)過長期不懈的努力，長汀縣水土流失治理取得較大成效，但仍存在一些難以治理的強(qiáng)度紅壤侵蝕區(qū)，這些地區(qū)由于長期嚴(yán)重的水土流失，其生態(tài)環(huán)境極其惡劣，植被恢復(fù)極為困難，盡管在這些地區(qū)進(jìn)行了大量植被恢復(fù)試驗，但治理收效甚微，成為目前長汀水土流失治理“難啃的硬骨頭”[2].目前關(guān)于長汀縣植被恢復(fù)機(jī)理的系統(tǒng)研究較少，紅壤強(qiáng)度侵蝕區(qū)植被恢復(fù)的技術(shù)難題尚未解決，關(guān)鍵限制因子及其影響機(jī)制尚不清楚，難以對紅壤強(qiáng)度侵蝕區(qū)的植被恢復(fù)起到有效指導(dǎo).因此，深入研究紅壤強(qiáng)度侵蝕區(qū)植被恢復(fù)的主要限制因子及其影響機(jī)理，對長汀縣強(qiáng)度侵蝕區(qū)的植被恢復(fù)具有重要意義.

在長汀縣紅壤侵蝕區(qū)，粗晶花崗巖風(fēng)化發(fā)育的山地丘陵紅壤表層砂礫含量高粘粒少，風(fēng)化殼中抗侵蝕性極弱的砂土層明顯[3-4]，加上長期嚴(yán)重的水土流失，表土細(xì)小顆粒被沖刷流失殆盡，留下大量粗晶砂礫遺留地表，土壤砂礫化嚴(yán)重.研究表明，隨著土壤侵蝕強(qiáng)度的增加，土壤表層的砂礫化越嚴(yán)重，從無水土流失的風(fēng)水林到極強(qiáng)度水土流失的侵蝕裸地土壤中砂粒含量從32.11%增加到63.14%[5]，土壤表層粒徑大于2 mm的礫石含量高達(dá)24%～43%(課題組前期試驗結(jié)果)，土壤砂礫化已成為南方紅壤侵蝕區(qū)土壤退化的重要特征[6].土壤顆粒組成在很大程度上影響土壤結(jié)構(gòu)的改變[7]，直接影響植物生長所依賴的土壤環(huán)境中的水分、空氣和熱量運(yùn)動等.礫石、粗晶顆粒是土壤重要組成成分，其對土壤溫度、導(dǎo)熱率、土壤含水量、飽和導(dǎo)水率、孔隙度及入滲特性等影響不容忽視[8-10].在南方紅壤侵蝕區(qū)，夾雜在土壤層中的礫石改變了土壤水分的動力學(xué)特性，從而影響土壤抗蝕性[11-12].在北方干旱、沙化地區(qū)的農(nóng)田中礫石覆蓋是田間的蓄水保墑、蓄土保溫的農(nóng)業(yè)措施之一，礫石覆蓋能夠顯著提高地表和不同土層深度的土壤溫度[13-14]，土壤含水量隨著礫石覆蓋厚度的增加而增加，且土壤含水量與礫石粒徑大小相關(guān)，礫石粒徑越小，抑制土壤蒸發(fā)效果越好，土壤含水量越高[15].但是關(guān)于南方紅壤侵蝕區(qū)土壤表層砂礫化的生態(tài)效應(yīng)研究甚少，土壤表層砂礫化對土壤的溫度、水分等土壤環(huán)境因子影響情況尚不清楚，而這又直接影響紅壤侵蝕區(qū)植被恢復(fù)初始階段植物種子能否萌發(fā).

長汀紅壤強(qiáng)度侵蝕區(qū)地表砂礫化、植被恢復(fù)困難一直受到當(dāng)?shù)卣蛯W(xué)者的關(guān)注，課題組前期在長汀紅壤嚴(yán)重砂礫化的強(qiáng)度侵蝕裸地上的植被恢復(fù)試驗發(fā)現(xiàn)，自然條件下，撒播大量紅壤區(qū)先鋒植物種子，但鮮有植物種子萌發(fā).王玉珍等[16]、鄭惠欣等[17]通過砂礫、土壤不同配比，模擬不同砂礫化程度的土壤對紅壤侵蝕區(qū)植被恢復(fù)先鋒草種寬葉雀稗(Paspalumwettsteinii)和類蘆(Neyraudiareynaudiana)種子的萌發(fā)及幼苗生長試驗表明，隨著土壤粗顆粒(砂礫)比例的增加，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均降低，說明土壤組成物質(zhì)以及砂礫含量影響植物種子萌發(fā)及生長.種子萌發(fā)是植被自然恢復(fù)初始階段新個體形成的關(guān)鍵時期，也是植物生長最脆弱的時期，關(guān)系到植物種群自然繁殖、擴(kuò)展及植被恢復(fù)的成敗[18].植物種子萌發(fā)需要適宜的環(huán)境條件，溫度、水分是植物種子萌發(fā)的重要影響因子[19]，大多數(shù)亞熱帶植物種子在土壤含水量10%～25%、溫度15～25 ℃條件下發(fā)芽率高，而水分不足或過多均不利于種子萌發(fā)，即使耐旱植物種子在土壤含水量4%以下也無法發(fā)芽[20-21]，耐高溫的植物種子在30 ℃以上萌發(fā)率也顯著下降[22-25]，說明高溫低濕嚴(yán)重制約植物種子的萌發(fā).因此在強(qiáng)度侵蝕區(qū)土壤表層砂礫化可能引起土壤表層高溫低濕的干熱環(huán)境，從而嚴(yán)重制約植物種子萌發(fā)，這是導(dǎo)致其植被自然恢復(fù)困難的關(guān)鍵所在.但目前關(guān)于表層土壤砂礫化與土壤溫濕度及植物種子萌發(fā)之間的關(guān)系研究甚少，內(nèi)在機(jī)制尚不明確，從而導(dǎo)致長汀強(qiáng)度侵蝕區(qū)砂礫化土壤的植被恢復(fù)缺乏理論支撐.

馬尾松(PinusmassonianaLamb.)屬松科松屬常綠針葉喬木，耐干瘠，對土壤要求較低，適應(yīng)能力極強(qiáng)，是長汀水土流失區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建的重要鄉(xiāng)土樹種和先鋒樹種.胡枝子(LespedezabicolorTurcz.)屬豆科胡枝子屬落葉灌木，適應(yīng)能力強(qiáng)，耐干瘠，根系發(fā)達(dá)，萌蘗力強(qiáng)，是長汀水土流失治理中最重要的先鋒灌木植物.寬葉雀稗為多年生禾本科雀稗屬草本植物，根系發(fā)達(dá)，生長速度快，分蘗能力強(qiáng)，對土壤適應(yīng)性較廣，具有強(qiáng)抗旱性、耐貧瘠、耐酸等優(yōu)良性狀，是我國南方水土流失區(qū)、礦山廢棄地、道路邊坡等生態(tài)惡地植被恢復(fù)的理想先鋒植物.馬尾松、胡枝子、寬葉雀稗是長汀紅壤侵蝕區(qū)植被恢復(fù)中最主要的的喬灌草先鋒植物，因此，根據(jù)課題組前期研究結(jié)果，以長汀紅壤強(qiáng)度侵蝕區(qū)的土壤為研究對象，模擬長汀紅壤侵蝕區(qū)不同砂礫化程度的土壤環(huán)境，選取馬尾松、胡枝子和寬葉雀稗種子，在露天自然條件下(不施加其他處理)進(jìn)行盆栽土培發(fā)芽試驗，觀測試驗過程中的土表溫濕度變化及植物種子萌發(fā)情況，研究不同砂礫化程度的土壤環(huán)境對土表溫濕度及植物種子萌發(fā)的影響，旨在探討長汀紅壤侵蝕區(qū)土壤砂礫化對植被恢復(fù)生長的影響效應(yīng)，以期為長汀紅壤侵蝕區(qū)植被恢復(fù)提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以長汀紅壤侵蝕區(qū)常見植物馬尾松、胡枝子和寬葉雀稗種子為試驗材料，選取籽粒飽滿、大小均一的種子進(jìn)行消毒、浸種處理之后用于發(fā)芽試驗.盆栽土壤取自福建長汀河田鎮(zhèn)紅壤強(qiáng)度侵蝕區(qū)，采集侵蝕區(qū)表層(0～20 cm)土壤，自然風(fēng)干后過2 mm篩，將粒徑大于2 mm的礫石(下文統(tǒng)一表述為大于2 mm的礫石)與粒徑小于2 mm的土壤分離、備用.

1.2 研究方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗于2014年9至10月在福建農(nóng)林大學(xué)進(jìn)行(試驗期間福州市平均氣溫26.8 ℃，平均最高、最低氣溫分別為36.2和18.9 ℃；平均相對濕度69.3%；降水總量37.1 mm,日平均降水量1.28 mm).采用盆栽土培法，盆栽基質(zhì)模擬長汀紅壤侵蝕區(qū)不同砂礫化程度的土壤環(huán)境，將大于2 mm礫石和小于2 mm土壤按重量百分比(10%和90%、20%和80%、30%和70%、40%和60%、50%和50%)混合配制成5種不同砂礫化程度的土壤，將配制好的土壤充分混合均勻，裝入內(nèi)徑18 cm、高18 cm的塑料花盆中，每盆裝土1.5 kg.隨機(jī)選取的消毒浸種處理后的馬尾松、胡枝子、寬葉雀稗3種植物種子50 粒(寬葉雀稗種子100粒)均勻置于裝好土的花盆中，然后覆土0.5 cm，確保土壤蓋住種子.每種植物分別在5種土壤基質(zhì)中進(jìn)行種子發(fā)芽試驗(每盆為1個重復(fù)，每個處理9個重復(fù))，共135盆.盆栽土壤發(fā)芽試驗在露天自然條件下進(jìn)行，并且每天觀測盆土和空氣溫濕度情況.

為證明種子本身具有發(fā)芽能力和溫度對種子發(fā)芽影響，采用上述試驗相同消毒浸種處理的馬尾松、胡枝子、寬葉雀稗種子，相同時間段設(shè)置了適宜濕度條件下溫度對種子發(fā)芽影響的試驗，試驗在培養(yǎng)箱(以濾紙為基質(zhì)，濕度75%±5%，光照L/D=12 h/12 h)內(nèi)進(jìn)行，設(shè)計4個溫度(15、20、25、30 ℃)梯度處理，每個處理5個重復(fù)，試驗期間確保種子處于濕潤狀態(tài)，每天觀測記錄種子發(fā)芽情況.

1.2.2 指標(biāo)測定 采用望云山土壤溫濕度自動觀測計(Wthot1-sm-5-0.2)對盆栽土壤表層(約1 cm處)的溫濕度進(jìn)行連續(xù)觀測，采用望云山空氣溫濕度自動觀測計(Wthot1-1-0.2)對空氣溫濕度(1.5 m處)進(jìn)行連續(xù)觀測，土壤和空氣溫濕度觀測分別設(shè)3和2個重復(fù)，均為每30 min觀測記錄1次；同時每天對種子發(fā)芽情況進(jìn)行觀測，待種子開始萌發(fā)后，每天記錄萌發(fā)正常的種子數(shù)，計算種子發(fā)芽率.

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

本試驗中日最高、日最低溫濕度為試驗觀測期間每天的最高、最低溫濕度，某一時刻的空氣及土壤溫濕度值均為觀測期間同一時刻的平均值，以8：00—20：00為日間，以20:00—8:00為夜間，采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理與制圖，用 SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)和Person相關(guān)性分析(雙側(cè)檢驗，P=0.05).

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤砂礫化對土表溫濕度的影響

從圖1可知，各種砂礫化程度都對土表溫濕度存在顯著影響.日間(8：00—20：00)土表溫度隨著大于2 mm礫石比例的增加呈逐漸上升的趨勢，在大于2 mm礫石比例為10%時土表溫度最低，在大于2 mm礫石比例為50%時土表溫度最高，且兩者間的土表溫度差異顯著；夜間(20：00—8：00)土表溫度隨著大于2 mm礫石比例的增加呈波動上升的趨勢，但變化較不明顯，且不同大于2 mm礫石比例間土表溫度差異不顯著；日間與夜間的土表溫差總體呈上升趨勢.日間與夜間土表濕度隨著大于2 mm礫石比例的增加均呈逐漸下降的趨勢，且均低于10%，不同礫石比例間差異不顯著.說明大于2 mm礫石比例對土表溫濕度的影響較大.

不同小寫字母表示不同砂礫化程度土壤間差異顯著(P<0.05).圖1 不同砂礫化程度對土壤表層溫濕度的影響Fig.1 Effect of sand-gravel ratio on surface temperature and humidity of soil

2.2 土壤砂礫化對土表溫濕度日變化的影響

從圖2可知，露天自然條件下，空氣溫度的日變化呈現(xiàn)不對稱的單峰曲線，日出前出現(xiàn)最低氣溫(23.8 ℃)，午后出現(xiàn)最高氣溫(36.2 ℃)，不同沙礫化程度土壤的土表溫度日變化趨勢與空氣溫度日變化趨勢基本一致.隨著大于2 mm礫石比例的增加，土表溫度呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢；土表最高溫度由10%礫石比例的35.7 ℃升高至50%礫石比例的38.6 ℃，大于2 mm礫石比例30%以上的土表溫度高于空氣溫度，且以日間(8：00—20：00)為更顯著；大于2 mm礫石比例為50%時，土表溫度變化幅度最大，隨著土壤中礫石比例的減少，土表溫度的變化幅度減小.空氣和土表濕度的日變化呈現(xiàn)大體一致的趨勢，土表濕度的日變化不明顯，不同沙礫化程度土壤間濕度相差較小，且均低于10%(6.4%～8.2%)，表現(xiàn)為大于2 mm礫石比例越高，土表濕度越低.說明土表溫濕度變化與土壤中大于2 mm礫石比例高低有關(guān).

圖2 不同砂礫化程度對土表溫濕度日變化的影響Fig.2 Diurnal variation of surface temperature and humidity under different sand-gravel ratios

2.3 土壤砂礫化對土表日最高、日最低溫濕度的影響

由圖3可知，試驗期間土表日最高、日最低溫度的變化趨勢與空氣溫度的變化趨勢基本一致，隨著大于2 mm礫石比例的增加，土表日最高溫度呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，日最低溫度呈現(xiàn)降低的趨勢.在日最高氣溫較高時，不同礫石比例間的土表日最高溫度差異較大，且明顯高于氣溫；土表日最低溫度低于日最低氣溫，除50%礫石比例外，其他4個礫石比例間土表日最低溫度差異較不明顯.試驗期間86%的天數(shù)土表日最高溫度均高于30 ℃，59%的天數(shù)土表日最高溫度均高于35 ℃，35%的天數(shù)土表最高溫度高于40 ℃，在礫石比例為40%和50%時，土表日最高溫度甚至超過50 ℃，最高達(dá)52.4 ℃.

圖3 不同砂礫化程度對土表日最高、日最低溫濕度的影響Fig.3 Effect of sand-gravel ratio on daily maximum and minimum soil surface temperature and humidity

露天自然條件下空氣和土表日最高、日最低濕度呈現(xiàn)大體一致的變化趨勢，試驗期間除少數(shù)降雨天外，土表日最高、日最低濕度均不高，基本低于10%.隨著大于2 mm礫石比例的增加，土表日最高、日最低濕度呈逐漸下降的趨勢，表現(xiàn)為大于2 mm礫石比例越高，土表濕度越低，且不同礫石比例間日最高土表濕度的變化較不明顯.這說明土表日最高、日最低溫濕度的變化除與土壤中大于2 mm礫石比例高低有關(guān)外，當(dāng)日的天氣狀況也對其產(chǎn)生了較大的影響.

2.4 土壤砂礫化程度與土表溫濕度的相關(guān)性分析

從表1可知，土壤砂礫化影響土表溫濕度.土表溫度與土壤砂礫化程度間存在顯著正相關(guān)關(guān)系，而土表濕度則相反，與土壤砂礫化呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，且日間土表溫濕度與土壤砂礫化程度間的相關(guān)性較夜間土表溫濕度更大.土表溫度與濕度間存在較高的相關(guān)性，日間、夜間土表溫度與土表濕度間存在顯著的負(fù)相關(guān).

表1 土表溫濕度與土壤砂礫化程度的相關(guān)性1)Table 1 Correlation between soil surface temperature, humidity and gravitation

2.5 土壤砂礫化對植物種子發(fā)芽率的影響

由表2可知，相同時期，在室內(nèi)適宜溫度濕度(相對濕度約75%)條件下，3種植物種子均可以發(fā)芽，且胡枝子和寬葉雀稗在25 ℃發(fā)芽率最高(馬尾松在15 ℃發(fā)芽率最高)，30 ℃時發(fā)芽率顯著下降(寬葉雀稗下降不顯著).表明30 ℃以上高溫不利于植物種子萌發(fā).而露天自然條件下(不施加其他處理)，3種植物種子在不同礫石配比土壤中均無發(fā)芽.

表2 不同砂礫化程度及溫度對植物種子發(fā)芽率的影響1)Table 2 Effects of soil sand-gravel ratio and temperature on germination rate of plant seeds

由圖2、圖3可知，試驗期間，不同沙礫化程度土壤的日間土表溫度明顯高于氣溫，且基本高于30 ℃， 86%的天數(shù)土表日最高溫度高于30 ℃，最高達(dá)52.4 ℃，且土表濕度基本低于10%；由此可見，土壤砂礫化導(dǎo)致的土表高溫低濕可能是限制植物種子發(fā)芽的主要因子.

3 討論與結(jié)論

3.1 土壤砂礫化對土表溫度的影響

土壤溫度變化的影響因素十分復(fù)雜，除了太陽輻射能這一主要因素外，土壤溫度還與周圍環(huán)境的熱能交換、土壤本身的熱傳導(dǎo)、土壤水分的蒸發(fā)及微生物分解等一系列物理化學(xué)作用過程中所吸收和釋放的熱能相關(guān).而土壤熱容量、熱傳導(dǎo)度及比熱等是決定土壤熱能傳遞的重要影響因子，其中，又以熱容量對土壤溫度的影響最為顯著.土壤物質(zhì)的熱容量均低于水的熱容量，且以石英的熱容量為最低，以土壤腐殖質(zhì)為最高[25].因此，細(xì)土的熱擴(kuò)散率要低于含礫石土壤[10]，礫石含量高的土壤，其土壤溫度因粗晶砂礫含量高、土壤養(yǎng)分含量低、腐殖質(zhì)含量少而變化更為明顯.長汀縣紅壤侵蝕區(qū)的土壤為粗晶花崗巖風(fēng)化發(fā)育的山地丘陵紅壤，強(qiáng)度侵蝕區(qū)土壤砂礫化嚴(yán)重.本試驗結(jié)果也表明，土壤中大于2 mm礫石對土表溫度的影響較大，土壤中大于2 mm礫石比例增加，土表溫度呈上升趨勢，大于2 mm礫石比例較低的土表溫度變化較為緩和，這可能是因為土壤中水分含量較高，土壤熱容量和熱導(dǎo)率大，吸收的熱量容易向下層傳遞，而失去的熱量又容易得到補(bǔ)充，因此溫度變化比較緩和[26].相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤沙礫化程度與土表溫度之間顯著相關(guān).何玉潔等[10]對青藏高原含砂礫石土壤導(dǎo)熱率的研究發(fā)現(xiàn)，砂礫石對土壤孔隙度和土壤導(dǎo)熱率有顯著影響，砂礫石含量比重大的土壤孔隙度較小，且砂礫石含量越大的土壤導(dǎo)熱率高.潘永潔等[13]的研究也表明，礫石可通過改變混合土壤的容重、導(dǎo)熱率及其熱容，從而影響土壤溫度的變化.說明土壤砂礫化對長汀紅壤侵蝕區(qū)土表溫度有極大影響.

3.2 土壤砂礫化對土表濕度的影響

土壤顆粒的大小及礦物質(zhì)組成對土壤水分有重要影響.秦百順等[15]研究表明，礫石粒徑越小，覆蓋抑制土壤蒸發(fā)效果越好，土壤含水量越高.本試驗結(jié)果表明，大于2 mm礫石比例越高的土壤其土表濕度越低，這是因為土壤中大于2 mm礫石含量越多，土壤空隙越大，土壤緊實度越差，水分下滲越快，同時礫石間的大孔隙還增加了水分向空氣中蒸發(fā)的途徑.土壤溫度和土壤水分作為反映土壤環(huán)境的重要指標(biāo)，是影響土壤中各種生物化學(xué)過程和非生命的化學(xué)過程的重要因子[10].日間、夜間土表溫度與土表濕度間存在顯著的負(fù)相關(guān)，日最高、日最低土表溫度與土表濕度間也存在顯著的負(fù)相關(guān)，說明土壤溫度與濕度間存在較高的相關(guān)性.土壤溫度能夠直接或間接地影響土壤與大氣間的能量交換，同時溫度還是驅(qū)動土壤水分遷移的重要因子，通過影響土壤水分的附存形式及活動性強(qiáng)度，影響著土壤水分的再分布狀況[26].砂礫化土壤因礫石熱容量小、升溫快，在太陽輻射加熱條件下，土表溫度高，水分蒸發(fā)快，因此表層土壤濕度低，而土壤濕度又通過影響土壤溫度的變化趨勢及幅度，進(jìn)而影響土壤水分的傳導(dǎo)與變化.隨著大于2 mm礫石比例的增加，土表濕度逐漸下降，且大于2 mm礫石比例越高，土表濕度波動變化更為明顯，這可能與土壤中礫石的水熱性質(zhì)有關(guān).與細(xì)土的水熱性質(zhì)不同，礫石能夠通過改變土壤孔隙度改變土壤導(dǎo)水路徑的曲折度及土壤的過水?dāng)嗝?，從而使得土壤水的傳輸和溶質(zhì)的運(yùn)移受到影響，進(jìn)而改變土壤的導(dǎo)水率和土壤的入滲速度[8]，最終導(dǎo)致表層土壤含水量降低.

3.3 土壤砂礫化對植物種子發(fā)芽的影響

植物種子是否萌發(fā)是土壤砂礫化地區(qū)植被恢復(fù)的先決條件，種子萌發(fā)需要合適的初始環(huán)境.適宜的環(huán)境條件有助于植物種子的萌發(fā)，土壤溫度、濕度及通氣條件是限制植物種子萌發(fā)的重要影響因子[19].每種植物種子萌發(fā)都有其適宜的溫度范圍，溫度過低、過高或者持續(xù)的低溫和高溫都不利于植物種子萌發(fā)，植物種子萌發(fā)在低溫的土壤環(huán)境中多數(shù)緩慢，而高于30 ℃則不利于植物種子萌發(fā)[25].研究表明，25 ℃是馬尾松種子的最適發(fā)芽溫度，35 ℃以上的高溫就會顯著限制其萌發(fā)[24]；胡枝子種子發(fā)芽的最適溫度為22～25 ℃，最高溫度為32～34 ℃[27]；寬葉雀稗種子在20、25 ℃時發(fā)芽率較高，30 ℃種子萌發(fā)率下降，其最適生長溫度為25～30 ℃[16,28].本試驗中培養(yǎng)箱種子發(fā)芽試驗結(jié)果與多數(shù)研究結(jié)果相似，說明35 ℃以上高溫條件下大多數(shù)的植物種子難以萌發(fā).水分是植物種子萌發(fā)及其生長過程中的另一個重要限制因素，生境中水分的供應(yīng)情況很大程度上決定著植物種子的萌發(fā)，韓愈等[29]研究表明，地楓皮種子在土壤含水量低于40%時不能萌發(fā).干旱情況下，土壤濕度是植被生長的限制因子[30].在植物種子萌發(fā)期，種子通過向外界吸取水分從而激活體內(nèi)各種酶的活性，進(jìn)而增強(qiáng)呼吸及代謝作用，積蓄種子萌發(fā)所需能量，促進(jìn)種子萌發(fā)，因此，當(dāng)水分缺乏到一定程度時，種子吸脹明顯受到抑制，無法完成萌發(fā)過程[31].

砂礫化土壤顆粒較粗大，土壤孔隙較大，對土壤導(dǎo)熱、導(dǎo)水均有較大影響，從而影響土壤的溫度、水分及其水分入滲等特性，進(jìn)而影響植物種子萌發(fā).本試驗期間(9月11日—10月9日)，在自然露天條件下3種植物在不同砂礫化土壤中均無發(fā)芽，試驗期間有86%的天數(shù)土表最高溫度在30 ℃以上，甚至有些天超過50 ℃，這樣的溫度條件下，嚴(yán)重制約植物種子發(fā)芽，即使偶爾雨天，土壤濕度增加、土溫下降，偶有萌發(fā)的土壤環(huán)境條件，但是在福建夏秋季節(jié)大多數(shù)是短時的暴雨，一般雨后第2天甚至1～2 h又很快恢復(fù)大晴天的高溫天氣，砂礫化土壤的水分快速下滲后，土壤溫度又很快回升，加速土壤水分的蒸發(fā)，土壤濕度也隨著土壤溫度的升高而下降，土壤環(huán)境日間重新回到高溫低濕狀態(tài)，因此在試驗期間有35%天數(shù)土壤環(huán)境日最高溫度在40 ℃以上，日最高濕度低于10%，此土壤環(huán)境，即使耐旱性、耐高溫較好的3種紅壤侵蝕區(qū)植被恢復(fù)先鋒植物也難以萌發(fā).有研究表明， 6、7月份高溫季節(jié)長汀縣裸露侵蝕地地表溫度更是可高達(dá)60 ℃以上，有的甚至高達(dá)70 ℃以上[32]，這樣的高溫下一般植物基本無法萌發(fā)，即使春季萌發(fā)的小苗也難以存活，課題組前期在長汀紅壤強(qiáng)度侵蝕裸地上撒播大量植物種子進(jìn)行植被恢復(fù)試驗，后期調(diào)查中卻鮮有發(fā)現(xiàn)植物，因此，土壤砂礫化是南方紅壤侵蝕區(qū)植被恢復(fù)困難的重要影響因子[16,33].

綜上，長汀紅壤侵蝕區(qū)土壤表層砂礫化導(dǎo)致土表溫度顯著升高、濕度顯著降低，土壤嚴(yán)重干熱化，在此條件下植物種子難以萌發(fā)，進(jìn)而導(dǎo)致植被恢復(fù)困難，因此，土壤砂礫化是長汀紅壤侵蝕區(qū)植被恢復(fù)的重要限制因子.