固氮樹種馬占相思對(duì)巨尾桉人工林土壤團(tuán)聚體粒徑分布及穩(wěn)定性的影響

摘要： 土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)土壤結(jié)構(gòu)和土壤肥力的重要指標(biāo)。為探究固氮樹種馬占相思對(duì)巨尾桉人工林土壤團(tuán)聚體粒徑分布及穩(wěn)定性的影響，該文以17年生的巨尾桉純林（PP）與巨尾桉/馬占相思（固氮樹種）混交林（MP）為研究對(duì)象，采用干篩法和濕篩法分別測(cè)定0～10 cm和10～20 cm土層團(tuán)聚體粒徑分布及平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）、分形維數(shù)（Dm）、水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量（WSA）、團(tuán)聚體破壞率（PAD）和團(tuán)聚體穩(wěn)定性指數(shù)（ASI）等穩(wěn)定性指標(biāo)。結(jié)果表明：（1）與PP相比，MP的土壤理化性質(zhì)有不同程度的提升，其中以土壤pH、有機(jī)碳（SOC）及全氮（TN）最為顯著。（2）MP的土壤團(tuán)聚體粒徑分布優(yōu)于PP，差異主要體現(xiàn)在>2.00 mm和<0.25 mm粒徑中，均以大團(tuán)聚體（>0.25 mm）為主；相較于PP，MP的土壤團(tuán)聚體機(jī)械穩(wěn)定性僅在0～10 cm土層顯著提高，但其團(tuán)聚體水穩(wěn)定性在0～10 cm和10～20 cm土層均顯著提高。（3）Mantel分析結(jié)果顯示團(tuán)聚體穩(wěn)定性與TN相關(guān)性最強(qiáng)，通過RDA分析進(jìn)一步說明TN是驅(qū)動(dòng)其團(tuán)聚體穩(wěn)定性變異的最關(guān)鍵因子。綜上認(rèn)為，固氮樹種馬占相思對(duì)巨尾桉人工林土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性具有明顯改善作用，該研究結(jié)果為南亞熱帶桉樹人工林水土保持、養(yǎng)分管理及可持續(xù)經(jīng)營等提供了科學(xué)的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 土壤團(tuán)聚體， 機(jī)械穩(wěn)定性， 水穩(wěn)定性， 桉樹人工林， 固氮樹種

中圖分類號(hào)： Q948文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 1000-3142（2024）07-1245-12

Effects of nitrogen-fixing tree species Acacia mangium onparticle size distribution and stability of soil aggregatesin Eucalyptus grandis × urophylla plantations

ZHANG Wen1， LI Jiajun1， XIANG Mingzhu1， HUANG Haimei1， LI Changhang1， YAN Jinliu1，

GAO Guannü1， SU Xiaoyan1， YOU Yeming1，2， HUANG Xueman1，2*

（ 1. Guangxi Key Laboratory of Forest Ecology and Conservation， College of Forestry， Guangxi University， Nanning 530004， China;2. Guangxi Youyiguang Forest Ecosystem National Observation and Research Station， Youyiguan Forest Ecosystem Observation andResearch Station of Guangxi， Pingxiang 532600， Guangxi， China ）

Abstract： Soil aggregates are the basic unit of soil structure. The stability of soil aggregates is an important indicator for evaluating soil structure and soil fertility. In order to explore the effects of Acacia mangium on particle size distribution and stability of soil aggregates of Eucalyptus grandis × urophylla plantations， we measured the distribution and stability of aggregates indicators such as mean weight diameter （MWD）， geometric mean diameter （GMD）， mass fractal dimension （Dm）， water stable aggregates （WSA）， percentage of aggregates destruction （PAD） and aggregates stability index （ASI） in the 0-10 cm and 10-20 cm soil layers by the dry sieving method and the wet sieving method， and a pure plantation of E. grandis × urophylla （PP） and a mixed plantation containing E. grandis × urophylla and Acacia mangium （nitrogen-fixing tree species） （MP） were selected as the research objects. The results were as follows： （1） Compared with PP， the soil physicochemical properties of MP were improved in varying degrees， especially soil pH， organic carbon （SOC） and total nitrogen （TN）. （2） The particle size distribution of soil aggregates in MP was better than that of PP， and the differences mainly in the particle sizes of >2.00 mm and <0.25 mm， but both were dominated by large aggregates （>0.25 mm）. Compared with PP， the mechanical stability of aggregates in MP only increased significantly at 0-10 cm soil layer， but the water stability of aggregates in MP increased significantly at 0-10 cm and 10-20 cm soil layer. The mechanical stability and water stability of soil aggregates tended to decrease with the deepening of soil layer. （3） Mantel analysis showed that the stability of aggregates was significantly correlated with pH， SOC， TN， TP， BD and SP， and the stability of aggregates had the strongest correlation with TN. RDA analysis indicated that TN was the most critical factor driving the variation of stability aggregates. Our findings suggest that nitrogen-fixing tree species A. mangium can significantly improve proportion of macroaggregates （>0.25 mm） and the stability of soil aggregates in Eucalyptus plantations. This study can provide a theoretical reference for soil and water conservation， soil nutrient management and sustainable management of Eucalyptus plantations in the South Asian tropics.

Key words： soil aggregates， mechanical stability， water stability， Eucalyptus plantations， nitrogen-fixing tree species

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，有著協(xié)調(diào)土壤水肥氣熱、影響土壤酶的種類和活性以及維持和穩(wěn)定土壤疏松熟化層的作用（盧金偉和李占斌，2002；Six et al.， 2004）。一般認(rèn)為，>0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的數(shù)量是判定土壤肥沃的關(guān)鍵標(biāo)志之一，可以反映土壤的養(yǎng)分供給、通氣持水能力，決定土壤生產(chǎn)力水平和抗侵蝕能力（蔡立群等，2008；Delelegn et al.， 2017）。

土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性是影響土壤結(jié)構(gòu)的重要因素，也是土壤肥力和質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)（Six et al.， 2000；Bronick & Lal， 2005）。作為一種土壤物理特性，改善土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性有助于抵御土壤破壞，并在土壤受到不同破壞性物理應(yīng)力（包括降雨和地表徑流）時(shí)保持其特定的結(jié)構(gòu)（Besalatpour et al.， 2013；Li et al.， 2013）；提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性可以極大地改善土壤結(jié)構(gòu)和肥力，防止土壤退化引起的土壤侵蝕和其他環(huán)境問題（Zhu et al.， 2017）。土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性與土壤有機(jī)質(zhì)含量（Bronick & Lal， 2005）、土壤微生物數(shù)量和活性（Lin et al.， 2019）、土地利用方式、管理措施、氣候條件及植被類型等（董莉麗，2020）密切相關(guān)。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性的研究主要集中在團(tuán)聚體穩(wěn)定性量化理論與方法（Ding & Zhang， 2016；Aksakal et al.， 2020）和團(tuán)聚體穩(wěn)定性影響因素及其機(jī)制等（董莉麗，2020），涉及農(nóng)田、濕地、草原、森林等生態(tài)系統(tǒng)（劉亞龍等，2023）。團(tuán)聚體穩(wěn)定性的測(cè)定方法主要有干篩法、濕篩法和Le Bissonnais法等，干篩法用于評(píng)估團(tuán)聚體機(jī)械穩(wěn)定性，濕篩法用于評(píng)估團(tuán)聚體水穩(wěn)定性，而Le Bissonnais法則用于探究團(tuán)聚體破碎機(jī)制（董莉麗，2020）。濕篩法所得的大團(tuán)聚體比例往往會(huì)低于干篩法，兩種方法在團(tuán)聚體粒徑分布方面的差異可能主要在于兩種方法施加到土壤上的能量不同（Zhu et al.， 2021）以及團(tuán)聚體破裂的方式不同（王秀穎等，2011）。

桉樹（Eucalyptus）具有適應(yīng)性廣、抗逆性強(qiáng)、生長迅速等特點(diǎn)，在廣西、廣東、海南及福建等沿海省區(qū)被廣泛種植，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益（溫遠(yuǎn)光等，2018）。隨著桉樹人工林產(chǎn)業(yè)不斷地發(fā)展，各種生態(tài)問題逐漸顯現(xiàn)，如不合理的經(jīng)營措施（短周期、高次代純林連栽、大量施肥和使用除草劑等）導(dǎo)致的土壤退化、林地生產(chǎn)力下降、林下植物多樣性降低等（黃國勤和趙其國，2014；溫遠(yuǎn)光等，2018），嚴(yán)重制約了桉樹人工林的發(fā)展。基于上述背景，改善桉樹人工林生態(tài)環(huán)境狀況、減緩其土壤退化、維持且提高其土壤養(yǎng)分含量已成為研究熱點(diǎn)。已有的對(duì)桉樹人工林土壤的研究大多集中于土壤養(yǎng)分循環(huán)及調(diào)控機(jī)制（Huang et al.， 2017；唐健等，2021；邵文哲等，2022），但對(duì)團(tuán)聚體粒徑分布及穩(wěn)定性機(jī)制仍缺乏深入研究。因此，探究桉樹人工林土壤團(tuán)聚體粒徑分布及穩(wěn)定性對(duì)其土壤肥力維持及恢復(fù)具有重要意義。

Wang等（2022）的研究發(fā)現(xiàn)，隨著桉樹的連續(xù)種植，土壤退化加劇，抗侵蝕能力降低，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性下降；林立文等（2020）對(duì)比了杉木、馬尾松和桉樹等南亞熱帶地區(qū)5種典型人工林的土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性發(fā)現(xiàn)，桉樹人工林土壤結(jié)構(gòu)相對(duì)較差，團(tuán)聚體穩(wěn)定性最低。因此，尋找提高桉樹人工林土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的營林措施顯得尤為重要。前人研究表明，在退化林地引種固氮樹種，如旱冬瓜（Alnus nepalensis）、頂果木（Acrocarpus fraxinifolius）和降香黃檀（Dalbergia odorifera）等，可以顯著提升土壤有機(jī)質(zhì)、總氮和磷素有效性，有效改善林地土壤肥力狀況（李茂萍等，2022；李萌等，2022）； 莫雪青等（2022）研究發(fā)現(xiàn)，在桉樹人工林中引入固氮樹種后，土壤團(tuán)聚體的酶活性和化學(xué)計(jì)量比得到改善，土壤N、P限制得到緩解；Huang 等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，在桉樹人工林中引入固氮樹種改善了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤胞外酶活性，進(jìn)而增加了土壤碳儲(chǔ)量和惰性碳含量。然而，固氮樹種在改善土壤理化性質(zhì)的同時(shí)，能否提高桉樹人工林土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，其與土壤理化性質(zhì)之間有何關(guān)系，其影響機(jī)制及關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子是什么，我們對(duì)這些問題都缺乏深入的認(rèn)識(shí)。因此，本研究以中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心的巨尾桉（Eucalyptus grandis × urophylla）純林（pure plantation， PP）和巨尾桉（E. grandis × urophylla）/馬占相思（Acacia mangium）混交林（mixed plantation， MP）為研究對(duì)象，采用干篩和濕篩相結(jié)合的方法，綜合分析兩種林分的土壤團(tuán)聚體的粒徑分布及穩(wěn)定性特征，以期闡明固氮樹種馬占相思對(duì)巨尾桉人工林土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響機(jī)制及其關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子，為桉樹人工林土壤養(yǎng)分管理和可持續(xù)經(jīng)營提供理論基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)位于廣西憑祥市中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)（106°56′E、22°03′N）。憑祥市地處中國南部，地貌以山區(qū)丘陵地形為主，屬亞熱帶季風(fēng)型氣候，受太陽輻射熱能多，水熱資源豐富，干濕季節(jié)明顯，年均溫度21 ℃，年均降雨量1 400 mm，年均無霜期340 d；土壤類型以花崗巖風(fēng)化后形成的紅壤為主，土壤呈酸性，土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量中等偏低，磷、鉀養(yǎng)分含量不豐富，有效鋅、硼和鉬的含量不高。

選取17年生的巨尾桉純林（PP）和巨尾桉/馬占相思混交林（MP）作為研究對(duì)象，每種林分分別設(shè)置5個(gè)20 m × 20 m的獨(dú)立樣方。MP由相同樹齡的巨尾桉和馬占相思構(gòu)成，混交比例為1∶1，混交方式為行間混交。2種林分均是在2004年將1977年種植的馬尾松林皆伐后經(jīng)煉山整地后同時(shí)種植，在整個(gè)研究過程中均采用相似的林分管理制度。在造林前，每株施基肥500 g，并在前2年每半年人工除草和施肥1次，施肥總量為氮200 kg·hm-2、磷150 kg·hm-2、鉀100 kg·hm-2。樣地基本情況如表1所示。

1.2 樣品采集和處理

根據(jù)植物生長的特點(diǎn)，于2021年8月初植物生長旺季采集土壤樣品。以 0°為起始，每隔45°設(shè)置一條方向線，在每條方向線上距樣方中心點(diǎn)5 m處設(shè)置一個(gè)采樣點(diǎn)；清除土壤表面的凋落物、動(dòng)植物殘?bào)w、石塊等雜質(zhì)后，每個(gè)采樣點(diǎn)從土壤表層向下按照0～10 cm和10～20 cm分2層采集原狀土，將8個(gè)采樣點(diǎn)的土壤混合后保存于硬質(zhì)塑料盒內(nèi)，防止運(yùn)輸過程中土壤原有結(jié)構(gòu)被擠壓破壞。此外，還需用體積為100 cm3 的環(huán)刀分層采集土壤，用于測(cè)定土壤容重（bulk density， BD）和土壤孔隙度（soil porosity， SP）。土壤樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，剔除土壤內(nèi)砂石和動(dòng)植物殘?bào)w，一部分于常溫下晾干至田間含水量的20%，按其天然紋理掰成直徑約1 cm的小塊，用于土壤團(tuán)聚體指標(biāo)的測(cè)定；另一部分經(jīng)研磨過篩，用于土壤理化性質(zhì)的測(cè)定。

1.3 樣品測(cè)定方法

1.3.1 干篩法參考林立文等（2020）的方法，取500 g土樣，依次過孔徑為2.00、1.00、0.50 mm和0.25 mm的套篩后，測(cè)得>2.00 mm、1.00～2.00 mm、0.50～1.00 mm、0.25～0.50 mm和<0.25 mm粒徑團(tuán)聚體質(zhì)量，計(jì)算各粒徑團(tuán)聚體的百分比含量及團(tuán)聚體機(jī)械穩(wěn)定性指標(biāo)。

1.3.2 濕篩法參考Elliott（1986）的方法，將干篩法獲得的各粒徑團(tuán)聚體按比例配制50 g土樣用于濕篩。濕篩孔徑大小與干篩一致，在篩分之前，將土壤置于去離子水中浸泡30 min，之后啟動(dòng)團(tuán)粒分析儀，在振幅為38 mm、振動(dòng)頻率為30 times·min-1的設(shè)置下運(yùn)行30 min，待分析過程結(jié)束后，將各粒徑團(tuán)聚體轉(zhuǎn)入鋁盒，于105 ℃烘箱中烘干后測(cè)得各粒徑團(tuán)聚體質(zhì)量，計(jì)算各粒徑團(tuán)聚體的百分比含量及團(tuán)聚體水穩(wěn)定性指標(biāo)。

1.3.3 土壤理化性質(zhì)的測(cè)定參考《土壤農(nóng)化分析》對(duì)土壤理化性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定（鮑士旦，2000）。采用pH計(jì)測(cè)定土壤pH（1∶2.5土水比）；采用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重（BD）、土壤孔隙度（SP）；采用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)碳（soil organic carbon， SOC）；采用凱氏定氮法測(cè)定土壤全氮（total nitrogen， TN）；采用鉬銻抗比色法測(cè)定土壤全磷（total phosphorus， TP）。

1.4 數(shù)據(jù)處理和分析

單一指標(biāo)往往不能全面反映團(tuán)聚體穩(wěn)定性，為綜合評(píng)價(jià)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，以平均重量直徑（mean weight diameter， MWD）（Bravel，1950）、幾何平均直徑（geometric mean diameter， GMD）（Mazurak，1950）、分形維數(shù)（mass fractal dimension， Dm）（Tyler et al.， 1992；楊培嶺等，1993）、水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量（water stable aggregates， WSA）（冷暖等，2021）、團(tuán)聚體破壞率（percentage of aggregates destruction， PAD）（韋慧等，2022）和團(tuán)聚體穩(wěn)定性指數(shù)（aggregates stability index， ASI）（石輝，2006）作為評(píng)價(jià)團(tuán)聚體穩(wěn)定性的指標(biāo)。其中，MWD和GMD是表征土壤團(tuán)聚體直徑大小組成情況的綜合指標(biāo)，MWD和GMD越大表明團(tuán)聚體越穩(wěn)定；WSA表征水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的含量，WSA越高，說明團(tuán)聚體水穩(wěn)定性越強(qiáng)；Dm通常表示團(tuán)聚體的均勻程度，Dm越小表明大團(tuán)聚體比例越高，團(tuán)聚體穩(wěn)定性越好；PAD結(jié)合干濕篩法表征機(jī)械穩(wěn)定性大團(tuán)聚體（>0.25 mm）經(jīng)濕篩后破損為小團(tuán)聚體（<0.25 mm）的比例，PAD越小表明團(tuán)聚體越穩(wěn)定；ASI結(jié)合干濕篩法表征各粒徑機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體經(jīng)濕篩篩分后仍保存在原粒徑的概率，是表征團(tuán)聚體穩(wěn)定性的綜合指標(biāo)，ASI越大，團(tuán)聚體越穩(wěn)定。

計(jì)算公式如下：

（1）平均重量直徑（MWD，mm）與幾何平均直徑（GMD，mm）：

MWD=∑ni=1xiwi ①

GMD=exp∑ni=1（wilnxi）∑ni=1wi②

式中：xi為任一粒徑團(tuán)聚體的平均直徑（mm）；wi為第i粒徑團(tuán)聚體的質(zhì)量占總團(tuán)聚體的百分比（%）。

（2） 分形維數(shù)（Dm）： 分形維數(shù)計(jì)算方法參考Tyler等（1992）和楊培嶺等（1993）提出的方法。

logM（r<xi）MT=3-Dmlogxixmax ③

以logM（r<xi）MT為橫坐標(biāo)、logxixmax為縱坐標(biāo)進(jìn)行擬合，直線斜率K為（3-Dm），分形維數(shù)Dm=3-K。

式中： xi為任一粒徑團(tuán)聚體的平均直徑（mm）；M（r<xi）為小于第i粒徑團(tuán)聚體的質(zhì)量；MT為團(tuán)聚體總質(zhì)量（g）；xmax為團(tuán)聚體最大粒徑的平均直徑（mm）；Dm為分形維數(shù)。

（3）水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量（WSA）與團(tuán)聚體破壞率（PAD）：

WSA=WM>0.25MT ④

PAD=DM>0.25-WM>0.25DM>0.25 ⑤

式中： WM>0.25為濕篩>0.25 mm團(tuán)聚體質(zhì)量（g）；DM>0.25為干篩>0.25 mm團(tuán)聚體質(zhì)量（g）；MT為濕篩團(tuán)聚體總質(zhì)量（g）。

（4） 團(tuán)聚體穩(wěn)定性指數(shù)（ASI）： 采用石輝（2006）提出的轉(zhuǎn)移矩陣法，充分利用團(tuán)聚體分析所得的信息，通過計(jì)算機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化水穩(wěn)定性團(tuán)聚體過程中各粒徑團(tuán)聚體的保存概率，進(jìn)一步反映團(tuán)聚體穩(wěn)定性。假設(shè)將i個(gè)粒徑范圍的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體百分比構(gòu)成矩陣Mi，濕篩后對(duì)應(yīng)的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體百分比為矩陣Ni，每個(gè)粒徑在篩分時(shí)保存在原有粒徑的概率為X1、X2、…、Xi，可得MX=N，以各徑級(jí)保存概率Xi的和作為土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定指數(shù)ASI。

ASI=X1+X2+X3+…+Xi ⑥

式中： X為各粒徑團(tuán)聚體保存概率，由于<0.25 mm的徑級(jí)是最小的粒徑，在濕篩的過程中不可能再破壞為其下一個(gè)徑級(jí)，因此其保存概率為1。

采用Excel 2019和SPSS 25軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。運(yùn)用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較相同土層不同林分間土壤理化性質(zhì)、團(tuán)聚體粒徑分布及穩(wěn)定性特征的差異，顯著性水平設(shè)置為P<0.05。利用R 4.0.3的vegan程序包中的Mantel函數(shù)進(jìn)行Mantel檢驗(yàn)，分析土壤理化性質(zhì)與土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的相關(guān)性，顯著性水平設(shè)置為P<0.05。利用 Canoco 5軟件，以土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征為響應(yīng)變量、土壤理化性質(zhì)為解釋變量進(jìn)行冗余分析。利用Origin Pro 2023和R 4.0.3軟件繪圖， 圖表中所有結(jié)果均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，n=5。

2結(jié)果與分析

2.1 不同林分土壤理化性質(zhì)

由表2可知，相較于PP，在0～10 cm土層，MP的pH、SOC、TN和SP分別顯著提高了18.93%、63.17%、88.70%和11.63%（P<0.05）；在10～20 cm土層，MP的pH、SOC、TN分別顯著提高了19.71%、40.16% 和60.24%（P<0.05），而TP、BD分別顯著降低了31.25% 和9.52%（P<0.05）。

2.2 不同林分土壤團(tuán)聚體粒徑分布特征

由圖1可知，不同篩分方式下，兩種林分的土壤團(tuán)聚體粒徑分布特征各有差異，但均以大團(tuán)聚體（>0.25 mm）為主。

由表3可知，干篩條件下，PP和MP土壤團(tuán)聚體粒徑分布在0～10 cm和10～20 cm土層均以>2.00 mm粒徑團(tuán)聚體為主，占整個(gè)團(tuán)聚體含量的68.04%～75.66%。相較于PP，在0～10 cm土層中，MP的>2.00 mm粒徑團(tuán)聚體顯著提升（P<0.05），而0.50～1.00 mm粒徑團(tuán)聚體顯著降低（P<0.05）；在10～20 cm土層，MP的0.50～1.00 mm和0.25～0.50 mm粒徑團(tuán)聚體均顯著降低（P<0.05）。

由表4可知，濕篩條件下，PP和MP的土壤團(tuán)聚體粒徑分布在0～10 cm土層中，從大到小均依次為>2.00 mm、<0.25 mm、0.50～1.00 mm、1.00～2.00 mm、0.25～0.50 mm；相較于PP，MP的>2.00 mm和0.25～0.50 mm粒徑團(tuán)聚體均顯著提高（P<0.05），而<0.25 mm粒徑團(tuán)聚體顯著降低（P<0.05）。PP和MP的土壤團(tuán)聚體粒徑分布在10～20 cm土層呈現(xiàn)出不同的規(guī)律，PP占比最高的團(tuán)聚體粒徑為<0.25 mm，MP為>2.00 mm；相較于PP，MP的>2.00 mm和0.25～0.50 mm粒徑團(tuán)聚體均顯著提高（P<0.05），而<0.25 mm粒徑團(tuán)聚體顯著降低（P<0.05）。

2.3 不同林分土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征

干篩條件下，MP的MWD和GMD在0～10 cm土層顯著高于PP（P<0.05）（圖2：A，B）。濕篩條件下，MP的MWD、GMD和WSA在0～10 cm和10～20 cm土層均顯著高于PP（P<0.05），分形維數(shù)均顯著低于PP（P<0.05）（圖2：A，B，C；圖3：A）。

統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，MP的PAD在0～10 cm和10～20 cm土層均顯著低于PP（P<0.05）（圖3：B），而ASI顯著高于PP（P<0.05）（圖3：C），表明MP團(tuán)聚體綜合穩(wěn)定性顯著優(yōu)于PP。

2.4 土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性與理化性質(zhì)相關(guān)性分析

采用Mantel檢驗(yàn)對(duì)不同林分土壤理化性質(zhì)與團(tuán)聚體穩(wěn)定性的相關(guān)性進(jìn)行分析。圖4結(jié)果表明，pH、SOC、TN、TP、BD和SP與團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征均有不同程度的相關(guān)性。TN與團(tuán)聚體穩(wěn)定性相關(guān)性最強(qiáng)，而與PAD呈不顯著相關(guān)（P>0.05）；TP與團(tuán)聚體穩(wěn)定性相關(guān)性最弱，而與WSA呈顯著相關(guān)（P<0.05）。

以土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)為響應(yīng)變量、土壤理化性質(zhì)為解釋變量進(jìn)行冗余分析（RDA）。圖5結(jié)果表明，第一主軸和第二主軸分別解釋了土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性變異的92.75%和5.50%。第一主軸將PP與MP明顯分開，表明固氮樹種馬占相思的引入能顯著改變土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。TN（F=16.3，P=0.002）可以解釋團(tuán)聚體穩(wěn)定性變異的47.50%（表5），是驅(qū)動(dòng)團(tuán)聚體穩(wěn)定性變異的最關(guān)鍵因子。

3討論

3.1 固氮樹種馬占相思對(duì)巨尾桉人工林土壤團(tuán)聚體粒徑分布及穩(wěn)定性特征的影響

土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)有著良好的水分和空氣協(xié)調(diào)能力以及養(yǎng)分貯存能力，是最理想的土壤結(jié)構(gòu)。本研究中，干篩與濕篩測(cè)得的結(jié)果有所區(qū)別，2種林分的團(tuán)聚體機(jī)械穩(wěn)定性僅在0～10 cm土層有顯著差異，團(tuán)聚體水穩(wěn)定性在0～10 cm和10～20 cm土層均有顯著差異，說明巨尾桉純林引入固氮樹種后，團(tuán)聚體機(jī)械穩(wěn)定性得到一定改善，但更多的是促進(jìn)水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的形成，并使其具有較好的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體粒徑分布及水穩(wěn)定性；PAD與ASI從團(tuán)聚體破碎的角度進(jìn)一步表明團(tuán)聚體綜合穩(wěn)定性得到顯著提高。此外，隨著土層深度增加，團(tuán)聚體粒徑分布及穩(wěn)定性呈降低的趨勢(shì)，這與童晨暉等（2022）的研究結(jié)果基本一致，其原因主要?dú)w結(jié)于表層土壤相較于底層土壤具有更高的有機(jī)質(zhì)含量。

土壤團(tuán)聚體的形成過程是土壤顆粒在各種膠結(jié)物質(zhì)作用下團(tuán)聚以及團(tuán)聚體受外力破壞這兩個(gè)過程不斷平衡的結(jié)果（余潔等，2022）。林分類型對(duì)土壤團(tuán)聚體的形成有重要影響，本質(zhì)上是受土壤肥力、凋落物及根系等因素的綜合影響（楊洪炳等，2022）。本研究中，MP的土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性有較大改善，其原因可能有以下3個(gè)方面： （1）相對(duì)于PP，MP具有更豐富的植物多樣性，更高的地上生物量和枯落物量對(duì)降水和徑流有更好的截留作用（申衛(wèi)軍等，2001），有效減緩了降水引起的消散作用對(duì)團(tuán)聚體的破壞（韋慧等，2022）；（2）MP具有更高質(zhì)量和數(shù)量的凋落物，增加了土壤有機(jī)質(zhì)的輸入（Huang et al.， 2014），而土壤有機(jī)質(zhì)作為團(tuán)聚體重要的膠結(jié)物質(zhì)為大團(tuán)聚體的形成及穩(wěn)定起到了促進(jìn)作用（劉亞龍等，2023）；（3）與馬占相思混交種植后可能產(chǎn)生更多的根系分泌物和真菌菌根，有助于微團(tuán)聚體黏合成大團(tuán)聚體（Demenois et al.， 2018）。

3.2 土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性與土壤理化性質(zhì)關(guān)系

王磊等（2022）研究發(fā)現(xiàn)，與人工純林相比，混交林可以提高凋落物分解速率，增加土壤養(yǎng)分的歸還量，進(jìn)而引起土壤理化性質(zhì)的差異。本研究中，馬占相思與巨尾桉混交主要對(duì)pH、SOC和TN產(chǎn)生了顯著影響，這與Wang等（2010）的研究結(jié)果類似，固氮樹種在土壤C、N恢復(fù)方面有積極作用，與非固氮樹種相比，固氮樹種對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和總氮含量的提高具有更明顯的促進(jìn)作用，并且馬占相思在重建中國南方退化土地的碳氮循環(huán)方面更為有效。這可能是固氮樹種通過其根系與固氮菌共生的固氮作用來提高土壤氮含量，促進(jìn)桉樹人工林地上植被的生長，提高林地生產(chǎn)力，增加凋落物輸入量和凋落物質(zhì)量， 進(jìn)而改善土壤理化性質(zhì)（Kelty， 2006；Huang et al.， 2014；Huang et al.， 2017）。這一觀點(diǎn)也被Marron和Epron（2019）的研究證明，其在全球尺度上統(tǒng)計(jì)了34個(gè)實(shí)驗(yàn)人工林的148個(gè)案例，并通過薈萃分析發(fā)現(xiàn)固氮樹種混交林的生物量比非固氮樹種純林提高了18%。

Mantel檢驗(yàn)結(jié)果顯示，pH、SOC、TN和BD均與土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性存在較強(qiáng)的顯著相關(guān)性，說明固氮樹種馬占相思引起的土壤理化性質(zhì)變化對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性有著強(qiáng)烈的影響。pH的升高會(huì)加強(qiáng)土壤團(tuán)聚作用，尤其是影響大團(tuán)聚體的形成，進(jìn)而提高團(tuán)聚體穩(wěn)定性（徐海東等，2020）；BD是土壤結(jié)構(gòu)的綜合反映，BD越大，土壤越緊實(shí)，持水和通氣能力越弱，從而限制了微生物的活動(dòng)，不利于團(tuán)聚體膠結(jié)物質(zhì)的形成（劉亞龍等，2023）。土壤有機(jī)質(zhì)作為團(tuán)聚體膠結(jié)物質(zhì)，已被廣泛認(rèn)為是團(tuán)聚體穩(wěn)定性諸多影響因子中最重要的影響因子之一；有機(jī)質(zhì)可以促進(jìn)團(tuán)聚體的形成，而團(tuán)聚體又作為有機(jī)質(zhì)的儲(chǔ)存場(chǎng)所，有利于有機(jī)質(zhì)的累積，二者相互耦合（林立文等，2020）。但是，RDA結(jié)果表明，TN是影響團(tuán)聚體穩(wěn)定性的關(guān)鍵環(huán)境因子，解釋了團(tuán)聚體穩(wěn)定性變異的47.50%。先前的研究表明，由于TN并不會(huì)對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響，因此固氮樹種馬占相思可能是通過增加土壤N含量促進(jìn)巨尾桉人工林SOC積累，間接影響團(tuán)聚體穩(wěn)定性。首先，TN的增加可以改善桉樹人工林凋落物數(shù)量和凋落物N含量，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的輸入和養(yǎng)分歸還量的增加（莫雪青等，2022）；其次，結(jié)合生態(tài)化學(xué)計(jì)量理論（邢偉等，2015），TN的增加緩解了土壤N限制，尤其是在N限制的生態(tài)系統(tǒng)中；N有效性的增加導(dǎo)致微生物生物量及活性提升，促進(jìn)凋落物分解初期穩(wěn)定土壤有機(jī)質(zhì)的形成（Cotrufo et al.， 2013）。此外，Huang 等（2014）的研究表明，固氮樹種的引入提高了桉樹人工林土壤微生物生物量碳，而微生物生物量碳作為SOC形成的最重要前驅(qū)體（Liang et al.， 2017），是SOC的重要來源，其對(duì)SOC形成的貢獻(xiàn)可能在10%～27%之間（Fan et al.， 2021）。因此，巨尾桉人工林土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的變異是由固氮樹種馬占相思誘導(dǎo)的涉及生物和非生物因子的復(fù)雜生態(tài)過程相互作用引起的。

4結(jié)論

綜上所述，固氮樹種馬占相思與巨尾桉混交17年后，pH、SOC和TN等土壤理化性質(zhì)得到顯著改善。混交林土壤團(tuán)聚體機(jī)械穩(wěn)定性僅在0～10 cm土層顯著提升，而土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性在0～10 cm和10～20 cm土層均顯著提升，說明馬占相思對(duì)巨尾桉人工林土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的影響大于機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體。此外，土壤團(tuán)聚體機(jī)械穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性均有隨土層加深而降低的趨勢(shì)。土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性與土壤理化性質(zhì)存在較強(qiáng)的相關(guān)性，其中TN是驅(qū)動(dòng)團(tuán)聚體穩(wěn)定性變異的最關(guān)鍵因子。

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（責(zé)任編輯蔣巧媛王登惠）