大興安嶺重度火燒跡地植被恢復(fù)后土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及有機(jī)碳特征

韋自強(qiáng) 伊懷虎 任鵬 侯殿忠 辛穎

摘 要：為探明植被恢復(fù)對(duì)大興安嶺重度火燒跡地土壤團(tuán)聚體及有機(jī)碳的影響，以重度火燒跡地上種植的不同林齡（11、21、32 a）落葉松人工林作為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)定土壤團(tuán)聚體各粒級(jí)百分含量及團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，開(kāi)展土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性以及團(tuán)聚體有機(jī)碳特征研究。結(jié)果表明，1）重度火燒跡地在種植落葉松后，不同林齡落葉松人工林土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體與水穩(wěn)性團(tuán)聚體均以大于0.25 mm粒級(jí)含量為主，占比分別為85.57%～89.42%和62.86%～83.19%。隨著林齡的增加，落葉松人工林0～10 cm層土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體大于2 mm粒級(jí)含量顯著下降，0.25～2 mm粒級(jí)含量顯著上升，水穩(wěn)性團(tuán)聚體則表現(xiàn)為大于2 mm粒級(jí)顯著減小，0.5～2 mm粒級(jí)含量顯著上升的趨勢(shì)（P＜0.05）。2）32 a落葉松人工林土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的平均重量直徑（Mean weight diameter，MWD）和幾何平均直徑（Geometric mean diameter，GMD）均顯著小于11 a，上層土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的MWD與機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體特征一致。水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體含量（Water-stable macroaggregate content，WSA0.25）隨著恢復(fù)年限的增加逐漸上升，32 a生落葉松人工林團(tuán)聚體破壞率（Percentage of aggregate destruction，PAD）顯著減小。3）隨著林齡的增加，落葉松人工林土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量增加，且上層增加較多。大團(tuán)聚體（＞0.25 mm粒級(jí)）的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率占主導(dǎo)地位。研究結(jié)果為大興安嶺重度火燒跡地植被恢復(fù)提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：大興安嶺；植被恢復(fù)；火燒跡地；土壤團(tuán)聚體；有機(jī)碳

中圖分類號(hào)：S791.222 ????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ??文章編號(hào)：1006-8023（2023）04-0019-10

Soil Aggregates Stability and Organic Carbon Characteristics after Vegetation

Restoration of Burned Areas in Greater Khingan Mountains

WEI Ziqiang1， YI Huaihu1， REN Peng1， HOU Dianzhong2， XIN Ying1*

（1.School of Forestry， Northeast Forestry University， Harbin 150040， China; 2.Amuer Forestry Bureau， Amuer 165302， China）

Abstract：In order to investigate the effects of vegetation restoration on soil aggregates and organic carbon in severe burning sites in Greater Khingan Mountains， this paper used larch plantations of different stand ages （11， 21 and 32 years） planted on heavy fire sites as the research object， and conducted a study on the stability of soil aggregates and organic carbon characteristics of soil aggregates by measuring the percentage content of each particle size and the organic carbon content of soil aggregates. The results showed that： 1）After vegetation restoration of burned areas， the mechanical stability and water stability of soil aggregates in larch plantations of different stand ages were dominated by the content of >0.25 mm particle size， accounting for 85.57%-89.42% and 62.86%-83.19%， respectively. With the increase of stand age， the content of soil mechanical stability aggregates >2 mm particle size in 0-10 cm layer of larch plantation decreased significantly and the content of 0.25-2 mm particle size increased significantly， while the water stability aggregates showed a trend that the content of >2 mm particle size decreased significantly and the content of 0.5-2 mm particle size increased significantly （P < 0.05）. 2）32 years of larch plantation soil mechanical stability aggregates mean weight diameter （MWD） and geometric mean diameter （GMD） of the upper soil water-stable aggregates were significantly smaller than 11 years， and the MWD of the upper soil water-stable aggregates was consistent with the characteristics of the mechanically stable aggregates. Water-stable macroaggregate content （WSA0.25） gradually increased with the increase of restoration years， and the percentage of aggregate destruction （PAD） of the 32 years old larch plantation decreased significantly. 3）With the increase of forest age， the organic carbon content of soil aggregates in larch plantation forest increased， and the increase was more in the upper layer. The organic carbon contribution of large aggregates （>0.25 mm fraction） dominated. The results could provide scientific basis for vegetation restoration of burned areas in Greater Khingan Mountains.

Keywords：Greater Khingan Mountains; vegetation restoration; burned areas; soil aggregate; organic carbon

收稿日期：2023-01-14

基金項(xiàng)目：中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2572019BA11）

第一作者簡(jiǎn)介：韋自強(qiáng)，碩士研究生。研究方向?yàn)樗帘３峙c荒漠化防治。E-mail： wzq6661997hhh@163.com

通信作者：辛穎，博士，副教授。研究方向?yàn)樗帘３峙c荒漠化防治。E-mail： xinying2004@126.com

引文格式：韋自強(qiáng)， 伊懷虎， 任鵬， 等. 大興安嶺重度火燒跡地植被恢復(fù)后土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及有機(jī)碳特征[J].森林工程，2023，39（4）：19-28.

WEI Z Q， YI H H， REN P， et al. Soil aggregates stability and organic carbon characteristics after vegetation restoration of burned areas in Greater Khingan Mountains[J]. Forest Engineering， 2023，39（4）：19-28.

0 引言

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元[1-2]，團(tuán)聚體各粒級(jí)含量分布的差異不僅影響著土壤的形態(tài)特征與孔隙特征，還在養(yǎng)分的供應(yīng)、保持與轉(zhuǎn)化方面有著重要作用[3]。土壤團(tuán)聚體與有機(jī)碳之間關(guān)系密切，有機(jī)碳能夠通過(guò)有機(jī)或無(wú)機(jī)等膠結(jié)作用促進(jìn)團(tuán)聚體的形成與穩(wěn)定[4-5]，團(tuán)聚體也能夠?qū)τ袡C(jī)碳起到固定與保護(hù)作用，研究表明表土約90%的碳位于團(tuán)聚體內(nèi)[6]。土壤有機(jī)碳對(duì)不同粒級(jí)團(tuán)聚體的吸附與膠結(jié)能力存在差異，研究各粒級(jí)團(tuán)聚體的分布特征是一種明確團(tuán)聚體穩(wěn)定性的途徑。研究土壤團(tuán)聚體組成分布及其有機(jī)碳含量，對(duì)于優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤肥力以及提高人工林造林質(zhì)量等具有重要意義。

重度火燒會(huì)影響土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，部分研究發(fā)現(xiàn)重度火燒可以增大土壤大團(tuán)聚體的含量以提高團(tuán)聚體的穩(wěn)定性[7-9]，另有部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度的火燒會(huì)降低土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性[10-13]。土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性可能會(huì)因?yàn)橥寥烙袡C(jī)物與金屬氧化物等膠結(jié)物質(zhì)的高溫燃燒而降解，也會(huì)因?yàn)樽銐虻臏囟犬a(chǎn)生顆粒融合和黏土礦物的重結(jié)晶形成穩(wěn)定性更強(qiáng)的團(tuán)聚體[14]。火燒后進(jìn)行森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建是十分必要的[15]。植被恢復(fù)被認(rèn)為是對(duì)脆弱生態(tài)環(huán)境進(jìn)行改良和修復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)的一項(xiàng)重要舉措，能夠在調(diào)節(jié)氣候、維持生物物種多樣性和水土保持等領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用[16-17]。已有研究發(fā)現(xiàn)重度火燒跡地植被恢復(fù)后的土壤結(jié)構(gòu)有所改善，團(tuán)聚體穩(wěn)定性有所上升，土壤有機(jī)物質(zhì)的含量也在不斷增加[18-19]。

大興安嶺是我國(guó)寒溫帶針葉林唯一分布區(qū)，也是我國(guó)林火高發(fā)區(qū)。該區(qū)于1987年發(fā)生特大火災(zāi)，1.01×104 km2的森林被焚燒，森林覆蓋率從76.0%下降到61.5%，形成了大面積的重度火燒跡地[20]，火燒后陸續(xù)開(kāi)展了火燒跡地植被恢復(fù)工作，種植了大量落葉松人工林。已有研究表明不同植被恢復(fù)方式對(duì)重度火燒跡地土壤團(tuán)聚體有很大影響[21]，但是在重度火燒跡地上不同年份種植的落葉松人工林對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響尚不清楚。因此本研究以大興安嶺1987年特大森林火災(zāi)形成的重度火燒跡地上種植的不同林齡的落葉松人工林為研究對(duì)象，研究其土壤團(tuán)聚體分布和穩(wěn)定性特征，探尋土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳分布特征及其貢獻(xiàn)率，揭示在重度火燒跡地植被恢復(fù)過(guò)程中落葉松人工林對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及其固碳能力的影響，為大興安嶺地區(qū)重度火燒跡地植被恢復(fù)提供相關(guān)科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黑龍江省大興安嶺阿木爾林業(yè)局（122°38′30″～124°05′05″E，52°15′03″～53°33′15″N），平均海拔為500～800 m，地處寒溫帶大陸性氣候，夏季短暫，冬季寒冷漫長(zhǎng)。平均氣溫-5 ℃，年均降水量為429～527 mm，全年無(wú)霜期80～100 d，冰封期180～200 d，主風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)。土壤主要為棕色針葉林土，部分區(qū)域分布泥炭土和沼澤土等，土層薄，含有較多石礫。該地區(qū)在1987年5月6日發(fā)生特大森林火災(zāi)，火災(zāi)后逐步對(duì)重度火燒跡地開(kāi)展植被恢復(fù)，造林樹(shù)種主要以興安落葉松（Larix gmelinii）為主，伴有少量的樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica），天然恢復(fù)以白樺（Betula platyphylla）和山楊（Populus davidiana）為主[22-23]。

1.2 樣地設(shè)置

2021年9月，在大興安嶺阿木爾林業(yè)局經(jīng)過(guò)踏查，選取在1987年特大森林火災(zāi)后重度火燒跡地上種植了11、21、32 a的落葉松人工林為研究對(duì)象，所選樣地重度火燒前均為落葉松林，造林時(shí)均是人工穴狀整地，造林密度是3 300株/hm2，造林后連續(xù)撫育3 a，恢復(fù)過(guò)程中未受到干擾。每個(gè)林分內(nèi)設(shè)置3個(gè)20 m×30 m的標(biāo)準(zhǔn)樣地，并開(kāi)展樣地調(diào)查，見(jiàn)表1。

1.3 樣品采集及測(cè)定

在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)，按照“Z”字形選取5個(gè)取樣點(diǎn)。由于研究區(qū)域土層較薄，每個(gè)取樣點(diǎn)按0～10 cm和＞10～20 cm機(jī)械分層，用取樣盒采集1.5 kg原狀土，每層3個(gè)重復(fù)。采集到的原狀土沿著土塊的紋理將其輕輕掰成直徑約10 mm的小土塊，除去植物殘?bào)w以及其他雜物后置于室內(nèi)陰涼處風(fēng)干。運(yùn)輸時(shí)選用墊有氣泡膜的紙箱運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。將土壤分成2份，一部分用于團(tuán)聚體篩分，重復(fù)3次。另一部分風(fēng)干后過(guò)0.15 mm的篩用來(lái)測(cè)定土壤有機(jī)碳、pH、全氮和全磷指標(biāo)，重復(fù)3次。

采用沙維諾夫干篩法，用0.25、0.5、1、2、5 mm的套篩將200 g的風(fēng)干土樣進(jìn)行篩分，得到＞5、≥2～5、≥1～2、≥0.5～1、≥0.25～0.5、＜0.25 mm的粒級(jí)，并測(cè)定各個(gè)粒級(jí)的重量，重復(fù)3次。濕篩法是將干篩得到的各粒級(jí)質(zhì)量所占百分比配制成50 g土樣，重復(fù)3次。將配制好的樣品放入0.25、0.5、1、2、5 mm土壤團(tuán)粒分析儀（WS1020）的套篩中，調(diào)整水面高度，先浸泡5 min使土樣潤(rùn)濕，之后以30次/min的頻率篩分30 min。將各篩子的各粒級(jí)收集于鋁盒中，以65 ℃烘干至恒重，樣品取出后放置一晝夜稱取各粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體的質(zhì)量。

土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定；土壤pH采用電位法測(cè)定，全氮采用硫酸鉀-硫酸銅-硒粉消煮法，消煮液用凱氏定氮儀測(cè)定；全磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定?；净瘜W(xué)性質(zhì)見(jiàn)表2。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本研究采用平均重量直徑（Mean weight diameter，MWD），幾何平均直徑（Geometric mean diameter，GMD）和團(tuán)聚體破壞率（Percentage of aggregate destruction，PAD）表征土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。

各粒級(jí)機(jī)械性團(tuán)聚體百分含量（Pi）計(jì)算公式如下。

Pi=mim×100%。 （1）

式中：Pi為i粒級(jí)團(tuán)聚體含量， %; mi為i粒級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量， g; m為土壤總質(zhì)量， g。

平均重量直徑 （MWD，式中為DMW）與幾何平均直徑（GMD，式中為DGM）采用如下公式計(jì)算。

DMW=∑ni=1（xiwi）∑ni=1wi? 。（2）

DGM=（∑ni=1wilnxi）∑ni=1wi 。（3）

式中：xi是某粒徑團(tuán)聚體的平均直徑；wi是i粒級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量所占總團(tuán)聚體質(zhì)量的比例。

團(tuán)聚體破壞率（PAD，式中為PAD）計(jì)算公式如下。

PAD=R0.25－WSA0.25R0.25×100%? 。（4）

式中：R0.25為大于0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量， %; WSA0.25為大于0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量， %。

團(tuán)聚體各粒級(jí)有機(jī)碳對(duì)土壤有機(jī)碳貢獻(xiàn)率（Contribution rate of organic carbon， F）

F=SOCi×PiSOC 。（5）

式中：SOCi為i粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量， g/kg; Pi為i粒級(jí)團(tuán)聚體所占百分比， %; SOC為所測(cè)土層土壤有機(jī)碳含量， g/kg。

采用Excel 2019和SPSS 27.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并采用Origin 2022進(jìn)行繪圖。通過(guò)單因素方差分析（One-Way ANOVA）和Duncan（D）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05）。圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成特征

不同林齡落葉松人工林土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的分布存在顯著差異（P＜0.05），如圖1所示，在0～20 cm土層中均以＞1 mm的大團(tuán)聚體粒級(jí)為主，占比達(dá)到55.02%～71.91%。其中≥2～5 mm與≥1～2 mm的團(tuán)聚體粒級(jí)為優(yōu)勢(shì)粒級(jí)，二者之和占到44.14%～52.86%，≥0.5～1 mm和＜0.25 mm粒級(jí)含量次之，≥0.25～0.5 mm含量最少。圖1（a）中，落葉松人工林土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體隨著林齡的增加，＞2 mm粒級(jí)含量逐漸下降，≥0.25～2 mm粒級(jí)含量逐漸升高，＜0.25 mm無(wú)顯著變化，其中≥0.5～1 mm粒級(jí)的團(tuán)聚體的粒級(jí)含量顯著上升。在圖1（b）中，隨著落葉松人工林林齡的增加，下層土壤≥0.25～2 mm的粒級(jí)含量顯著上升，＜0.25 mm粒級(jí)含量差異不顯著。從總體來(lái)看，土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的＞0.25 mm粒級(jí)含量較大，在85.57%～89.42%，除恢復(fù)21 a外，其余林齡上層土壤R0.25粒級(jí)含量均大于下層。

2.2 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成特征

由圖2可知，不同林齡落葉松人工林＞0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒級(jí)含量依然占有絕對(duì)比重，占62.86%以上。圖2（a）中，隨著落葉松人工林林齡的增加，0～10 cm層中＞2 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量逐漸下降，≥0.5～2 mm粒級(jí)含量逐漸升高（P＜0.05），＜0.5 mm粒級(jí)含量無(wú)顯著變化（P＞0.05）。相較于11 a落葉松人工林，21 a落葉松人工林≥0.5～1 mm粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量顯著上升，≥2～5 mm粒級(jí)含量顯著下降，其余粒級(jí)差異不顯著；32 a落葉松人工林土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體≥1～2 mm和≥0.5～1 mm粒級(jí)含量顯著上升，＞5 mm的粒級(jí)含量下降顯著，其余粒級(jí)之間無(wú)顯著差異。圖2（b）中，11 a和21 a落葉松人工林下層土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體以＜0.25 mm粒級(jí)含量為主，32 a落葉松人工林以≥1～2 mm粒級(jí)含量為主。隨著林齡的增加，≥0.5～1 mm粒級(jí)含量顯著上升，32 a和11 a落葉松人工林在＞5 mm與＜0.25 mm粒級(jí)含量中存在顯著差異，其余粒級(jí)差異不顯著。

2.3 土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征

由圖3可知，隨著林齡的增加，落葉松人工林土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的MWD值和GMD值逐漸變小，上層土壤的MWD值和GMD值均大于下層。32 a落葉松人工林土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的MWD值顯著小于11 a和21 a落葉松人工林， 11 a與21 a落葉松人工林之間的MWD值差異不顯著（P＞0.05）。32 a落葉松人工林下層土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體GMD值顯著小于21 a，如圖3（a）所示。隨著落葉松人工林林齡的增加，恢復(fù)32 a落葉松人工林上層土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的MWD值顯著小于11 a和21 a，下層土壤的MWD值則差異不顯著。3個(gè)林齡落葉松人工林土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體GMD值無(wú)明顯差異。不同林齡落葉松人工林上層土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的MWD值和GMD值均大于下層。土壤大團(tuán)聚體比例減少降低了土壤團(tuán)聚體的MWD值與GMD值，如圖3（b）所示。

由圖4可知，＞0.25 mm土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體（WSA0.25）越大，說(shuō)明團(tuán)聚體穩(wěn)定性越好。PAD值則反映土壤對(duì)外界力量輸入時(shí)的抵抗維穩(wěn)的能力，值越小說(shuō)明穩(wěn)定性越高[24]。21 a和32 a落葉松人工林上層土壤的WSA0.25比11 a提高了1.91%和6.32%，下層則提高了2.90%和24.50%，同時(shí)上層的土壤＞0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量WSA0.25的占比高于下層土壤。土壤團(tuán)聚體破壞率PAD值在恢復(fù)32 a時(shí)顯著減小，與21 a相比在2個(gè)土層中分別降低了34.94%和57.51%。說(shuō)明隨著落葉松人工林林齡的增加提升了土壤水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體的含量，可對(duì)重度火燒生態(tài)系統(tǒng)土壤團(tuán)聚體的抗侵蝕能力進(jìn)行改善，且對(duì)土壤上層的提升作用高于下層。

2.4 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳特征

不同林齡落葉松人工林0～10 cm層土壤的有機(jī)碳含量高于10～20 cm層，如圖5所示。隨著落葉松人工林林齡的增加，土壤有機(jī)碳的含量呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，32 a和21 a的落葉松人工林＞0～10 cm層土壤有機(jī)碳相較于11 a的有機(jī)碳含量分別增加了153.10%和24.35%，增幅達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。32 a和21 a落葉松人工林＞10～20 cm層土壤有機(jī)碳含量比11 a分別增加了125.07%和17.36%，21 a和11 a 2個(gè)林齡之間無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

3個(gè)林齡落葉松人工林土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量處于16.35～99.09 g/kg，總體呈現(xiàn)出隨著粒級(jí)減小有機(jī)碳含量先降低后增大的趨勢(shì)，恢復(fù)11 a的落葉松人工林土壤≥0.25～0.5 mm粒級(jí)有機(jī)碳含量最大，21 a與32 a的是＜0.25 mm粒級(jí)土壤有機(jī)碳含量最大。在圖5（a）中，32 a落葉松人工林上層土壤各粒級(jí)有機(jī)碳含量均顯著高于21 a和11 a。32 a落葉松人工林土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量比11 a提高了77.35%～130.24%。圖5（b）中，下層各粒級(jí)土壤有機(jī)碳含量隨著林齡的增加而增大，到32 a時(shí)同樣是＜0.25mm粒級(jí)有機(jī)碳含量最大。32 a落葉松人工林土壤有機(jī)碳含量相較于11 a增加了77.75%～126.61%。同一土層中，＜0.25 mm粒級(jí)土壤有機(jī)碳含量隨著林齡的增加增幅較大，＞2 mm有機(jī)碳含量次之，≥0.25～0.5 mm提升最少，上層土壤粒級(jí)有機(jī)碳總體增幅大于下層。說(shuō)明重度火燒跡地在植被恢復(fù)過(guò)程中，隨著落葉松人工林林齡的增加，土壤有機(jī)碳含量增加，且上層增加較多。

2.5 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率

由圖6可知，不同林齡落葉松人工林各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率在5.02%～28.44%。在植被恢復(fù)過(guò)程中，≥1～2 mm粒級(jí)逐漸成為有機(jī)碳貢獻(xiàn)率的優(yōu)勢(shì)粒級(jí)，同時(shí)≥0.5～1 mm粒級(jí)的團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率顯著上升（P＜0.05）。0～10 cm土層中，11 a和21 a落葉松人工林土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率以＞5 mm、≥2～5 mm和≥1～2 mm為主，≥0.5～1 mm和＜0.25 mm次之，≥0.25～0.5 mm最小。32 a落葉松人工林以≥1～2 mm為主，≥2～5 mm與≥0.5～1 mm次之，＞5 mm最小。隨著林齡的增加，＞5 mm團(tuán)聚體的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率顯著降低，21 a和32 a落葉松人工林≥2～5 mm粒級(jí)顯著降低，＜0.25 mm粒級(jí)貢獻(xiàn)率則無(wú)顯著變化。

＞10～20 cm土層，與11 a落葉松人工林相比，21 a落葉松人工林土壤≥2～5 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率顯著減小，≥0.5～1 mm和≥0.25～0.5 mm團(tuán)聚體貢獻(xiàn)率顯著增加，其余粒級(jí)變化不顯著。32 a落葉松人工林土壤≥1～2 mm與≥0.5～1 mm粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率顯著上升。不同林齡落葉松人工林土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率均以＞0.25 mm為主，達(dá)到84%以上，說(shuō)明大興安嶺重度火燒跡地在種植落葉松人工林進(jìn)行恢復(fù)的過(guò)程中大團(tuán)聚體（＞0.25 mm粒級(jí)）含量（R0.25）是土壤有機(jī)碳的主要供應(yīng)來(lái)源。

3 討論

3.1 大興安嶺重度火燒跡地植被恢復(fù)后土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性變化

土壤團(tuán)聚體的組成及穩(wěn)定性是衡量土壤結(jié)構(gòu)好壞的重要指標(biāo)[25]。本研究發(fā)現(xiàn)，大興安嶺重度火燒跡地恢復(fù)的不同林齡落葉松人工林土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體與水穩(wěn)性團(tuán)聚體均以＞0.25mm粒級(jí)含量為主。隨著林齡的增加，落葉松人工林0～10 cm層土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體＞2 mm粒級(jí)含量呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，0.25～2 mm粒級(jí)含量顯著上升，＜0.25 mm粒級(jí)含量無(wú)顯著變化（P＜0.05），水穩(wěn)性團(tuán)聚體＞2 mm粒級(jí)含量逐漸降低，≥0.5～2 mm粒級(jí)含量提升顯著，＜0.5 mm粒級(jí)含量變化不顯著。任清勝等[9]研究發(fā)現(xiàn)大興安嶺重度火燒會(huì)顯著提高＞5 mm團(tuán)聚體的粒級(jí)含量。這是由于研究區(qū)域土壤為棕色針葉林土，含有較多的黏粒，以及鐵和鋁的氧化物[26]。當(dāng)發(fā)生重度火燒時(shí)，高溫使得鐵和鋁硅酸鹽含量發(fā)生變化，使得微團(tuán)聚體結(jié)合成大團(tuán)聚體以抵抗水的分解作用，導(dǎo)致大團(tuán)聚體含量增多[27]。隨著林齡的增加＞2 mm粒級(jí)含量顯著減小，可能是由于落葉松的側(cè)根發(fā)達(dá)，在生長(zhǎng)過(guò)程中，根系的穿插和擠壓破壞了受火燒板結(jié)的土壤，導(dǎo)致其大團(tuán)聚體含量減少。在重度火燒跡地上種植了32 a的落葉松人工林土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體＞0.25 mm粒級(jí)含量在下層中顯著高于11 a和21 a的林分，可能是因?yàn)殡S著林齡的增加，影響團(tuán)聚體形成與穩(wěn)定的膠結(jié)物質(zhì)的輸入，使得恢復(fù)32 a的土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性更高。

MWD值、GMD值與PAD值可以用來(lái)表征團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，一般情況下MWD值與GMD的值越大，PAD值越小，說(shuō)明土壤結(jié)構(gòu)好，穩(wěn)定性高。但也有學(xué)者認(rèn)為較高的MWD值是由于土壤中過(guò)高的大團(tuán)聚體含量以及不合理的粒級(jí)分配比例產(chǎn)生的，這種情況下反而會(huì)使得土壤變得板結(jié)，不利于土壤結(jié)構(gòu)的改良[28]。本研究發(fā)現(xiàn)隨著林齡的增加，上層土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體與水穩(wěn)性團(tuán)聚體的MWD值總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但＞0.25 mm粒級(jí)含量之間無(wú)顯著差異，說(shuō)明植被恢復(fù)是通過(guò)改變了土壤大團(tuán)聚體的粒級(jí)分配比例，使得大粒徑團(tuán)聚體逐漸向中粒徑和小粒徑團(tuán)聚體轉(zhuǎn)移，從而降低了土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性?；謴?fù)32 a時(shí)的PAD值顯著降低，說(shuō)明團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，抗侵蝕能力越強(qiáng)?？赡苁怯捎诨謴?fù)至32 a時(shí)，落葉松人工林生態(tài)系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，土壤有機(jī)質(zhì)、根系與微生物的分泌物等各種膠結(jié)物質(zhì)的輸入，提高了團(tuán)聚體的穩(wěn)定性以抵抗水的侵蝕。

3.2 大興安嶺重度火燒跡地植被恢復(fù)后土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳變化

土壤團(tuán)聚體對(duì)碳的物理固定及保護(hù)是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定碳庫(kù)的重要機(jī)制[29]。大興安嶺重度火燒跡地在植被恢復(fù)過(guò)程中，隨著落葉松人工林林齡的增加，上層土壤有機(jī)碳含量顯著升高，且上層土壤有機(jī)碳含量高于下層。上層土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量在恢復(fù)32 a時(shí)顯著升高（P＜0.05），隨著粒徑的減小團(tuán)聚體有機(jī)碳含量呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的變化趨勢(shì)與王冰等[30]研究結(jié)果一致。重度火燒發(fā)生時(shí)會(huì)通過(guò)氧化、揮發(fā)、灰分顆粒對(duì)流、可溶性離子淋溶和地表侵蝕等途徑降低土壤中的養(yǎng)分含量[31]。在植被恢復(fù)過(guò)程中，土壤有機(jī)碳的主要供應(yīng)來(lái)源是凋落物的分解[32]。當(dāng)重度火燒跡地恢復(fù)到32 a時(shí)，落葉松人工林郁閉度顯著上升，增加了可供分解的凋落物量，林下植被恢復(fù)也能提升對(duì)土壤供應(yīng)碳源的能力。同時(shí)植被的生長(zhǎng)可以攔截降雨，增加土壤水分，降低土壤礦化速率和侵蝕速率[33]，對(duì)有機(jī)碳含量進(jìn)行保護(hù)，增加了土壤有機(jī)碳含量。隨著粒徑的減小有機(jī)碳含量逐漸增大的原因可能是小粒徑團(tuán)聚體具有更大的比表面積，相較于大團(tuán)聚體能夠吸附較多的有機(jī)質(zhì)，提高有機(jī)碳的含量[34]。團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率可以明確植被恢復(fù)年限對(duì)于團(tuán)聚體有機(jī)碳產(chǎn)生的影響，隨著恢復(fù)年限的增加，逐漸以大團(tuán)聚體（＞0.25 mm）粒級(jí)有機(jī)碳貢獻(xiàn)率為主。說(shuō)明大團(tuán)聚體能夠存有更多的有機(jī)碳，提高土壤的供碳能力。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)大興安嶺重度火燒跡地上種植的落葉松人工林土壤團(tuán)聚體及有機(jī)碳分布特征研究發(fā)現(xiàn)，隨著落葉松人工林林齡的增加，0～10 cm層土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體與水穩(wěn)性團(tuán)聚體均以＞0.25 mm粒級(jí)含量為主。＞2 mm粒級(jí)含量顯著下降，≥0.25～2 mm粒級(jí)含量顯著上升，重度火燒跡地種植落葉松后顯著改變了土壤團(tuán)聚體的組成及分布。到目前為止，在1987年遺留的重度火燒跡地上種植了32 a的落葉松人工林土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量最高，0～10 cm層土壤有機(jī)碳含量高于10～20 cm層。團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率以≥2～5、≥1～2 mm粒級(jí)為主。隨著落葉松人工林林齡的增加提高了土壤有機(jī)碳含量，大團(tuán)聚體主導(dǎo)有機(jī)碳的儲(chǔ)存與供給。

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