六種植被恢復(fù)模式對(duì)江西退化紅壤理化性質(zhì)及團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

肖廷琦，劉苑秋*，劉曉君，高 盼，溫林生

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院/鄱陽(yáng)湖流域森林生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)國(guó)家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045；2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 江西省森林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045）

【研究意義】我國(guó)紅壤丘陵區(qū)主要處在亞熱帶氣候區(qū)，降雨量豐富且表現(xiàn)為季節(jié)性分布，產(chǎn)生的地表徑流對(duì)土壤侵蝕造成嚴(yán)重影響[1]，加上人為原因造成的土地破壞，導(dǎo)致土壤侵蝕和水土流失的現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重，進(jìn)而引發(fā)生態(tài)系統(tǒng)功能的急劇減弱[2]。有研究[3]表明，南方紅壤丘陵區(qū)的水土流失面積已經(jīng)達(dá)到了13.12 萬(wàn)km2，約占全國(guó)水土流失面積的15.1%。作為我國(guó)糧食和經(jīng)濟(jì)作物的重要生產(chǎn)地區(qū)，占國(guó)土面積22%的南方紅壤區(qū)流失土壤量超過(guò)全國(guó)一半[4]，因此南方紅壤地區(qū)的水土流失急需治理?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，植被和土壤都是植物群落更新和演替過(guò)程中非常重要的研究?jī)?nèi)容[5]，通過(guò)采取植被措施可以有效改善退化紅壤區(qū)的土壤質(zhì)量[6]。土壤作為生態(tài)過(guò)程的重要載體，總是會(huì)伴隨著植被的演替不斷變化[7]。在植物群落的更新演替過(guò)程中，土壤和植被互相影響，不同植被恢復(fù)模式會(huì)導(dǎo)致土壤的粒徑分布、理化性質(zhì)產(chǎn)生不同的變化，而不同的土壤粒徑分布、理化性質(zhì)又會(huì)作用于森林植被的恢復(fù)演替[8]。森林植被的恢復(fù)演替是土壤養(yǎng)分不斷積累和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不斷增強(qiáng)的過(guò)程[9]，而團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，顯著影響土壤的養(yǎng)分等理化性質(zhì)，也是研究土壤結(jié)構(gòu)的重要對(duì)象[10]。通過(guò)對(duì)不同植被恢復(fù)的土壤理化性質(zhì)、團(tuán)聚體粒徑分布變化以及穩(wěn)定性特征的研究，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)人工調(diào)控植被恢復(fù)模式以改善土壤結(jié)構(gòu)提供科學(xué)依據(jù)。水穩(wěn)性團(tuán)聚體指的是抗水力分散的團(tuán)聚體，其穩(wěn)定性對(duì)防治土壤侵蝕有著重要影響，是衡量土壤質(zhì)量的重要標(biāo)志，在養(yǎng)分循環(huán)和維持土壤養(yǎng)分等方面有著重要的促進(jìn)作用[11]。水穩(wěn)性團(tuán)聚體可以保護(hù)土壤肥力，由于不同的植被恢復(fù)模式對(duì)水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的影響存在不同差異[12]，所以土壤養(yǎng)分在不同植被恢復(fù)模式下有顯著區(qū)別。陳國(guó)靖等[13]研究發(fā)現(xiàn)，混交林對(duì)水穩(wěn)性團(tuán)聚體的改善比純林好，更有利于土壤結(jié)構(gòu)的恢復(fù)；柴旭光[14]研究表明，針闊混交林的大團(tuán)聚體分布比例較純林高；袁俊吉等[15]研究表明，不同植被覆蓋的變化對(duì)于土壤養(yǎng)分在水穩(wěn)性團(tuán)聚體中的分布有顯著影響?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】泰和縣位于江西省吉安市，屬于典型的亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)[16]，年均降雨量充沛，人為破壞是導(dǎo)致該地區(qū)水土流失的主要原因。近些年來(lái)通過(guò)植被恢復(fù)措施，該地區(qū)的森林植被得到了切實(shí)有效的保護(hù)。但是該地區(qū)的不同植被恢復(fù)模式在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，團(tuán)聚體分布及穩(wěn)定性特征是否發(fā)生變化，以及構(gòu)建何種恢復(fù)模式達(dá)到改善土壤結(jié)構(gòu)的最佳效果，在該方面尚缺乏足夠的研究?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】針對(duì)退化紅壤區(qū)的土地治理[17]，本文以馬尾松純林（PM）、木荷純林（SS）、馬尾松補(bǔ)植木荷林（RMS）、濕地松純林（PE）、濕地松補(bǔ)植木荷林（RES）以及濕地松木荷混交林（MES）等6 種恢復(fù)模式為研究對(duì)象，探討不同植被恢復(fù)模式對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性差異的影響，以期為南方退化紅壤區(qū)的植被恢復(fù)與重建提供決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)隸屬江西省吉安市泰和縣（26°54′～26°55′N，114°48′～114°49′E），年均氣溫18.6 ℃，年均降雨量1 726 mm，四季分明、降雨量充沛，且降雨主要在春季和夏季。境內(nèi)地形以山地、丘陵為主，最高海拔1 200 m。由于該地區(qū)的水土流失比較嚴(yán)重，土壤呈現(xiàn)沙質(zhì)化且抗蝕性極差。長(zhǎng)期人為活動(dòng)對(duì)該地區(qū)植被的破壞，導(dǎo)致該地區(qū)的植被覆蓋比較少，土壤表層的腐殖質(zhì)幾乎沒(méi)有。植被恢復(fù)措施前該地區(qū)遍布裸地和侵蝕溝，20 世紀(jì)80 年代實(shí)施飛播造林未能成功。鑒于該地區(qū)的植被破壞嚴(yán)重，江西省于1991 年在該地區(qū)選擇不同植被模式的修復(fù)措施，主要以馬尾松（Pinus massoniana）、木荷（Schima superba）和濕地松（Slash pine）等樹種進(jìn)行植被恢復(fù)。各植被恢復(fù)模式采取的管護(hù)措施相同，實(shí)施不同植被恢復(fù)模式研究區(qū)土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 實(shí)施不同植被恢復(fù)模式研究區(qū)土壤理化性質(zhì)Tab.1 Soil physicochemical properties in the study area with different vegetation restoration models

1.2 樣地設(shè)置與土壤樣品采集

野外調(diào)查及土壤樣品的采集在2019 年8 月，選取馬尾松純林（PM）、木荷純林（SS）、馬尾松補(bǔ)植木荷林（RMS）、濕地松純林（PE）、濕地松補(bǔ)植木荷林（RES）以及濕地松木荷混交林（MES）6 種植被恢復(fù)模式。在每種恢復(fù)模式選取5個(gè)樣地作為重復(fù)，每個(gè)樣地設(shè)置20 m×20 m的樣方，土壤取樣分為0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm的3個(gè)土層，并在樣方內(nèi)布置5個(gè)采樣點(diǎn)，按照等量、隨機(jī)的原則采集土壤樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)分析。

1.3 土壤樣品處理與測(cè)定

將土壤樣品的礫石、凋落物等雜物取出，采用pH 酸度計(jì)測(cè)定土壤pH 值。用環(huán)刀取100 cm3原狀土在100 ℃下烘干，測(cè)定土壤容重并計(jì)算孔隙度。采用全自動(dòng)間斷分析儀測(cè)定土壤全磷（TP）、全氮（TN）含量，重鉻酸鉀氧化—外加熱法測(cè)定有機(jī)質(zhì)（SOM）含量[18]。

去除雜物的土樣用干篩法分離出＜0.053 mm，0.053～0.25 mm，0.25～2 mm，＞2 mm 4 個(gè)粒級(jí)的土壤，按照各粒級(jí)所占比例進(jìn)行配比。然后稱取100 g 土壤樣品進(jìn)行濕篩，分離出＜0.053 mm，0.053～0.25 mm，0.25～2 mm，＞2 mm 4個(gè)粒級(jí)，結(jié)束后洗入鋁盒烘干稱量，記錄并計(jì)算各粒級(jí)團(tuán)聚體百分比。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)

利用各粒級(jí)團(tuán)聚體數(shù)據(jù)，計(jì)算＞0.25 mm 團(tuán)聚體R0.25、平均重量直徑（MWD）、平均幾何直徑（GWD）、分形維數(shù)（D）和土壤團(tuán)聚體破壞率（PAD）等參數(shù)指標(biāo)[19]。

分形維數(shù)（D）的計(jì)算采用楊培嶺等[20]推導(dǎo)的公式：

對(duì)公式兩邊取對(duì)數(shù)可得：

式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）和（6）中：R0.25為直徑大于0.25 mm團(tuán)聚體的含量（%），PAD為團(tuán)聚體破壞率（%），DR0.25為直徑大于0.25 mm 的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量（%），WR0.25為直徑大于0.25 mm 的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量（%），MWD 為平均重量直徑（mm），GMD 為幾何平均直徑（mm），xi為任一級(jí)別范圍內(nèi)團(tuán)聚體的平均直徑（mm），wi為各粒徑范圍團(tuán)聚體質(zhì)量所占的比例（%），Mt為土壤團(tuán)聚體總質(zhì)量，M（r≤xi）為粒徑小于xi的土壤團(tuán)聚體質(zhì)量，xmax為土壤團(tuán)聚體的最大粒徑。

通過(guò)Excel 2018 整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用SPSS 25 單因素方差分析（One-Way ANOVA）進(jìn)行不同數(shù)據(jù)的差異比較，采用Pearson 相關(guān)性分析研究不同植被恢復(fù)模式的土壤理化性質(zhì)和穩(wěn)定性特征，使用Smart-PLS軟件進(jìn)行路徑分析，圖形制作采用Origin 2018軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被恢復(fù)模式的土壤理化性質(zhì)

通過(guò)表2可以看出，退化紅壤區(qū)的理化性質(zhì)在不同的恢復(fù)模式有著顯著的差異（P＜0.05）。隨著土層深度的增加，土壤容重表現(xiàn)為逐漸增大的趨勢(shì)，且濕地松補(bǔ)植木荷林的土壤容重最大，而含水量和孔隙度表現(xiàn)為最小。濕地松補(bǔ)植木荷林的pH 值最高，濕地松純林在土壤表層的pH 值顯著小于其它恢復(fù)模式，各恢復(fù)模式的不同土層pH 值范圍在4.92～5.31。在不同的恢復(fù)模式下，各土層的SOM 含量均表現(xiàn)為0～10 cm＞20～40 cm＞10～20 cm，尤其以濕地松補(bǔ)植木荷林的土壤表層SOM 最大（76.11 g/kg）。木荷純林的土壤TN 含量顯著高于其它恢復(fù)模式，且各恢復(fù)模式的土壤表層TN 含量均大于其它土層。濕地松純林的土壤TP含量顯著大于其它恢復(fù)模式，木荷純林的TP含量顯著小于其它恢復(fù)模式。

表2 不同植被恢復(fù)模式的土壤理化性質(zhì)Tab.2 Soil physical and chemical properties of different vegetation restoration models

2.2 不同植被恢復(fù)模式的水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布

不同的植被恢復(fù)模式對(duì)團(tuán)聚體粒徑分布有一定影響，通過(guò)濕篩法得到的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布比例如表3 所示。各粒級(jí)范圍的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量具有顯著差異，隨著水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒級(jí)的增大，水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量逐漸增加。0～10 cm 土層中，＞2 mm 粒級(jí)的馬尾松補(bǔ)植木荷林水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量顯著高于木荷純林（P＜0.05），2～0.25 mm 粒級(jí)的木荷純林團(tuán)聚體含量與馬尾松補(bǔ)植木荷林存在顯著差異；10～20 cm 土層中，馬尾松補(bǔ)植木荷林的0.25～0.053 mm 粒級(jí)團(tuán)聚體含量顯著大于濕地松木荷混交林（P＜0.05），濕地松補(bǔ)植木荷林的＜0.053 mm 粒級(jí)團(tuán)聚體含量顯著小于濕地松木荷混交林（P＜0.05）；20～40 cm 土層中，木荷純林的0.25～0.053 mm 粒級(jí)團(tuán)聚體含量顯著小于馬尾松補(bǔ)植木荷林（P＜0.05），馬尾松純林的＜0.053 mm 粒級(jí)團(tuán)聚體含量顯著高于木荷純林（P＜0.05）。

表3 不同植被恢復(fù)模式下0～40 cm土層水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布Tab.3 Distribution of water-stable aggregates in 0-40 cm soil layer under different vegetation restoration models

2.3 實(shí)施不同植被恢復(fù)模式的土壤動(dòng)態(tài)變化

植被恢復(fù)實(shí)施前后的土壤動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)表4，在1991年的土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）、全氮（TN）含量以及大于0.25 mm 團(tuán)聚體含量顯著小于2019年，濕地松純林在1991年的土壤全磷（TP）含量顯著小于2019年。馬尾松純林和濕地松木荷混交林的容重在2019年顯著小于1991年，而孔隙度顯著大于1991年。這說(shuō)明實(shí)施植被恢復(fù)的土壤（2019 年）比恢復(fù)前的土壤（1991 年）顯著增加了有機(jī)質(zhì)和全氮的含量，并且有利于大團(tuán)聚體的含量增加。通過(guò)分析不同植被恢復(fù)模式的土壤動(dòng)態(tài)變化，可以發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期植被恢復(fù)對(duì)于土壤養(yǎng)分和結(jié)構(gòu)改善具有顯著的促進(jìn)作用。

表4 不同植被恢復(fù)模式土壤動(dòng)態(tài)變化Tab.4 Soil dynamic changes in different vegetation restoration models

2.4 不同植被恢復(fù)模式的團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征

2.4.1 團(tuán)聚體平均直徑和分形維數(shù)6 種植被恢復(fù)模式的水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）和分形維數(shù)（D）如圖1 所示。馬尾松補(bǔ)植木荷林和濕地松木荷混交林的平均重量直徑（MWD）顯著大于馬尾松純林、濕地松純林以及木荷純林（P＜0.05），馬尾松純林和濕地松純林的幾何平均直徑（GMD）顯著小于馬尾松補(bǔ)植木荷林、濕地松補(bǔ)植木荷林以及濕地松木荷混交林（P＜0.05）。各植被恢復(fù)模式土壤分形維數(shù)（D）由大到小依次為馬尾松純林、濕地松木荷混交林、馬尾松補(bǔ)植木荷林、濕地松純林、木荷純林和濕地松補(bǔ)植木荷林，分布范圍在2.42～2.50。

圖1 不同植被恢復(fù)模式的水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD、GMD和DFig.1 Water-stable aggregates MWD，GMD，D of different vegetation restoration models

2.4.2 團(tuán)聚體R0.25和破壞率各植被恢復(fù)模式在干篩法和濕篩法得到的＞0.25 mm 團(tuán)聚體含量（R0.25）和破壞率（PAD）如圖2 所示。馬尾松純林、馬尾松補(bǔ)植木荷林、濕地松木荷混交林在干篩得到的＞0.25 mm團(tuán)聚體含量（DR0.25）顯著大于濕地松純林和木荷純林（P＜0.05），馬尾松純林、濕地松純林以及馬尾松補(bǔ)植木荷林在濕篩得到的＞0.25 mm 團(tuán)聚體含量（WR0.25）顯著小于其它恢復(fù)模式（P＜0.05）。土壤團(tuán)聚體破壞率（PAD）表示土壤團(tuán)聚體的分散程度，土壤團(tuán)聚體破壞率（PAD）值越小，表示土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性越高。木荷純林的土壤團(tuán)聚體破壞率（PAD）為1.8%，在各恢復(fù)模式中處于最小，破壞率（PAD）的由大到小依次為馬尾松純林、馬尾松補(bǔ)植木荷林、濕地松木荷混交林、濕地松純林、濕地松補(bǔ)植木荷林和木荷純林。馬尾松純林的團(tuán)聚體破壞率（PAD）最大，并且在濕篩得到的＞0.25 mm 團(tuán)聚體含量（WR0.25）最小，相對(duì)其它恢復(fù)模式的團(tuán)聚體穩(wěn)定性最差。

圖2 不同植被恢復(fù)模式的DR0.25、WR0.25和PADFig.2 DR0.25，WR0.25 and PAD of different vegetation restoration models

2.5 土壤理化性質(zhì)及團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征相關(guān)性分析

本研究區(qū)土壤的理化性質(zhì)相關(guān)性分析表明（表5），容重與含水量、孔隙度、全氮（TN）呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與有機(jī)質(zhì)（SOM）呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），與pH 呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），含水量與孔隙度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），pH 與孔隙度呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與有機(jī)質(zhì)（SOM）呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），與全氮（TN）含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），pH 與全氮（TN）含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），有機(jī)質(zhì)（SOM）與全氮（TN）含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。由相關(guān)性分析可以看出，土壤的容重、孔隙度與除全磷（TP）之外的理化特征均表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性。

表5 土壤團(tuán)聚體理化性質(zhì)各參數(shù)之間的相關(guān)性Tab.5 The correlation between the physical and chemical properties of soil aggregates

平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）、分形維數(shù)（D）、大于0.25 mm 團(tuán)聚體含量（R0.25）和破壞率（PAD）均可以表示土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。為進(jìn)一步深入了解各穩(wěn)定性指標(biāo)的聯(lián)系，利用相關(guān)性分析法分析了各指標(biāo)之間的相關(guān)性，結(jié)果如表6 所示。濕篩處理下，MWD 與GMD、R0.25呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與PAD 呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），GMD 與D、PAD 呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與R0.25呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），D與R0.25呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與PAD呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），R0.25與PAD 呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。土壤中水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量越多，PAD 和D 越小，MWD 和GMD 值越大，說(shuō)明水穩(wěn)性團(tuán)聚體越穩(wěn)定，土壤質(zhì)量越好，反之，則土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體越不穩(wěn)定，土壤結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定。

表6 水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征各參數(shù)之間的相關(guān)性Tab.6 Correlation between parameters of stability characteristics of water-stable aggregates

2.6 PLS路徑分析

基于偏最小二乘法使用Smart-PLS軟件計(jì)算出模型的路徑系數(shù)和顯著性水平（圖3），可以看出不同土層深度對(duì)土壤有機(jī)碳（SOC）和全氮（TN）含量具有顯著影響，路徑系數(shù)分別為-0.355 和-0.504，說(shuō)明隨著土層深度的增加，有機(jī)碳和全氮含量逐漸減小，且土壤有機(jī)碳可以顯著促進(jìn)全氮含量增大。＞0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（WR0.25）能夠顯著增大平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD），路徑系數(shù)分別是0.805 和0.929，而對(duì)于分形維數(shù)的路徑系數(shù)是-0.562。分形維數(shù)和MWD 對(duì)GMD 的路徑系數(shù)分別是-0.202 和0.697，這也說(shuō)明MWD和GMD的增大有利于分形維數(shù)的減小。

圖3 PLS路徑分析計(jì)算結(jié)果Fig.3 PLS path analysis calculation results

3 討論

3.1 不同植被恢復(fù)模式及土層對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

采用植被恢復(fù)措施可以顯著改善土壤的理化性質(zhì)，對(duì)提高土壤質(zhì)量有著重要意義[21]。通過(guò)不同土層的分析，可以看出除濕地松純林，各恢復(fù)模式在表層的容重均小于更深的土層。土壤容重作為土壤的基本物理性質(zhì)，對(duì)土壤的入滲性能、透氣性、溶質(zhì)遷移特征、持水能力和土壤的抗侵蝕能力都有重要的影響[22]，能夠有效地反映土壤生產(chǎn)力和土壤質(zhì)量[23]。本研究表明，隨著土層深度增加，表現(xiàn)為土壤容重的增加，含水量和孔隙度相應(yīng)減小，這與魏強(qiáng)等[24]和呂殿青等[25]的研究結(jié)果相同，木荷純林和馬尾松補(bǔ)植木荷林恢復(fù)模式在降低土壤容重、增大含水量和孔隙度等方面要優(yōu)于其它恢復(fù)模式。作為土壤的一項(xiàng)重要化學(xué)性質(zhì)，pH 值對(duì)微生物活動(dòng)、植物生長(zhǎng)、以及土壤的肥力狀況等性質(zhì)有著直接影響[26]。根據(jù)我國(guó)的土壤酸度分級(jí)，本研究區(qū)的土壤屬于強(qiáng)酸性土壤，濕地松補(bǔ)植木荷林較其它恢復(fù)模式減弱土壤酸性的功能更為突出。土壤表層的有機(jī)質(zhì)含量主要來(lái)自凋落物，凋落物的分布和數(shù)量是影響土壤有機(jī)質(zhì)含量的主要因素[27]。本研究表明，隨著土層深度的增加，土壤有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)，這與劉鴻雁等[28]和程瑞梅等[29]的研究結(jié)果一致，并且濕地松補(bǔ)植木荷林和濕地松木荷混交林在土壤表層0～10 cm 的有機(jī)質(zhì)含量要超過(guò)10～40 cm 的總和。這是由于植物根系和凋落物分解形成的有機(jī)質(zhì)首先進(jìn)入土壤表層，所以導(dǎo)致土壤表層的有機(jī)質(zhì)含量顯著高于深層土。本研究區(qū)的不同植被恢復(fù)模式土壤有機(jī)質(zhì)含量差異顯著，且馬尾松、濕地松在補(bǔ)植木荷的模式下比純林的有機(jī)質(zhì)含量更高，這說(shuō)明補(bǔ)植木荷的植被恢復(fù)模式有助于提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量。在不同土層的全N 含量表現(xiàn)出和有機(jī)質(zhì)含量相似的趨勢(shì)，均為土壤表層0～10 cm 的含量大于更深的土層，呈現(xiàn)出明顯的表聚效應(yīng)，這與耿玉清等[30]和劉興詔等[31]的研究結(jié)果相同。森林土壤的氮含量主要來(lái)自凋落物歸還，氮首先在土壤表層聚集，然后隨著水分等其它介質(zhì)逐漸向深層土遷移，進(jìn)而產(chǎn)生土壤中的全N 從表層到深層總體減少的分布趨勢(shì)；另一方面地表凋落物及闊葉能夠有效降低雨滴濺蝕造成的土壤養(yǎng)分流失，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的表層富集作用[32]。綜上所述，在今后該地區(qū)的退化紅壤區(qū)植被恢復(fù)改造過(guò)程中，木荷純林和濕地松純林對(duì)于提高土壤的全N和全P有著積極的作用，并且通過(guò)補(bǔ)植木荷營(yíng)造混交林進(jìn)行撫育措施可以有效提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，對(duì)于增強(qiáng)退化紅壤區(qū)的森林植被穩(wěn)定性以及肥力狀況、碳庫(kù)穩(wěn)定起著良好的作用。

3.2 不同植被恢復(fù)模式對(duì)團(tuán)聚體分布及穩(wěn)定性的影響

植被恢復(fù)措施對(duì)土壤團(tuán)聚體的粒級(jí)分布有顯著影響[33]，研究發(fā)現(xiàn)在各種植被恢復(fù)模式下，各粒級(jí)范圍的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量具有顯著差異，隨著水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒級(jí)的增大，水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量逐漸增加，且＞2 mm 的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體比例顯著大于其它粒徑范圍。本研究表明馬尾松補(bǔ)植木荷林、濕地松補(bǔ)植木荷林、濕地松木荷混交林的＞2 mm 粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量要高于馬尾松純林、濕地松純林以及木荷純林，由此可見(jiàn)在混交模式下更有利于大團(tuán)聚體產(chǎn)生。＞0.25 mm 的團(tuán)聚體含量是一個(gè)定量評(píng)價(jià)土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)的重要特征，其指標(biāo)通常與土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和土壤肥力的狀況呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，＞0.25 mm的土壤團(tuán)聚體含量越高則說(shuō)明土壤的穩(wěn)定性和抗蝕性越好[34]。濕地松木荷混交林的＞0.25 mm 水穩(wěn)性團(tuán)聚體比例要大于其它恢復(fù)模式，且馬尾松和濕地松在補(bǔ)植木荷和混交木荷的模式下表現(xiàn)出大于純林的趨勢(shì)，分析原因是補(bǔ)植和混交木荷后，地表凋落物增多，增加了土壤表層的有機(jī)質(zhì)來(lái)源，有效促進(jìn)了土壤顆粒的膠結(jié)作用，使土壤中的大于0.25 mm 團(tuán)聚體含量顯著增加；另一方面，由于森林地表覆蓋物的增加，有效避免了降雨對(duì)團(tuán)聚體的打擊和沖刷，進(jìn)而有利于大團(tuán)聚體的形成和保護(hù)[35-37]。已有研究表明，土壤團(tuán)聚體的幾何平均直徑（GMD）和平均重量直徑（MWD）越大，團(tuán)聚體越穩(wěn)定[38]。本研究發(fā)現(xiàn)馬尾松補(bǔ)植木荷林和濕地松木荷混交林的平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）要顯著大于馬尾松純林、濕地松純林以及木荷純林，在補(bǔ)植木荷的恢復(fù)模式下平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）呈現(xiàn)出比純林模式增大的趨勢(shì)，說(shuō)明補(bǔ)植木荷的恢復(fù)模式比純林模式更有利于土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定。王曉峰等[39]研究表明，混交林可以合理地占據(jù)生存空間，發(fā)揮種間互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)，充分利用太陽(yáng)光照、溫度、水分和土壤養(yǎng)分等生態(tài)因子，進(jìn)而顯著提高生長(zhǎng)量，混交林枯枝落葉的土壤培肥作用優(yōu)于純林，土壤結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定、合理，平均重量直徑MWD 和幾何平均直徑GMD 也是要大于純林，這和本研究的結(jié)果是一致的。同時(shí)，作為反映土壤結(jié)構(gòu)幾何性狀的重要參數(shù)，土壤分形維數(shù)D可以表明土壤物理性質(zhì)的好壞和穩(wěn)定性[40]。劉夢(mèng)云等[41]研究表明，分形維數(shù)D 越小，團(tuán)聚體破壞率PAD 越小，平均重量直徑MWD、幾何平均直徑GMD、＞0.25 mm 團(tuán)聚體含量越大，團(tuán)聚體的穩(wěn)定性越強(qiáng)，反之則是團(tuán)聚體的穩(wěn)定性越差，越容易遭到破壞。這與本研究進(jìn)行的水穩(wěn)性團(tuán)聚體相關(guān)分析所呈現(xiàn)出的結(jié)果相同。

4 結(jié)論

（1）濕地松補(bǔ)植木荷林的pH 值最高，濕地松純林在土壤表層的pH 值顯著小于其它恢復(fù)模式（P＜0.05），濕地松補(bǔ)植木荷林在土壤表層的有機(jī)質(zhì)含量最高，各恢復(fù)模式的土壤表層TN 含量顯著大于其它土層（P＜0.05），木荷純林的TP含量顯著小于其它恢復(fù)模式（P＜0.05）。

（2）不同植被恢復(fù)模式的團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征分析表明，0～10 cm 表層土中＞2 mm 粒級(jí)的馬尾松補(bǔ)植木荷林水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量顯著高于木荷純林（P＜0.05），馬尾松補(bǔ)植木荷林和濕地松木荷混交林的平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）顯著大于馬尾松純林、濕地松純林以及木荷純林（P＜0.05），馬尾松純林的破壞率（PAD）大于其它恢復(fù)模式。

（3）本研究表明容重和孔隙度在改善土壤的理化性質(zhì)和保護(hù)土壤養(yǎng)分等方面起著重要的作用，并且土壤中水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量越多，分形維數(shù)（D）和破壞率（PAD）越小，幾何平均直徑（GMD）和平均重量直徑（MWD）越大，土壤中的水穩(wěn)性團(tuán)聚體越穩(wěn)定，土壤質(zhì)量越好。

（4）馬尾松補(bǔ)植木荷林、濕地松補(bǔ)植木荷林、濕地松木荷混交林的＞2 mm 粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量高于馬尾松純林、濕地松純林以及木荷純林，說(shuō)明混交林對(duì)土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的改善效果比純林更好，在江西退化紅壤區(qū)選擇混交林恢復(fù)模式比純林模式更有利于土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的提高。

致謝：江西省研究生創(chuàng)新專項(xiàng)資金項(xiàng)目（YC2021-S339）同時(shí)對(duì)本研究給予了資助，謹(jǐn)致謝意！