团聚体是土壤结构的基本组成单元，良好的团聚体结构能够较好地解决土壤中水气矛盾，协调土壤供肥与保肥状况。适合植物生长的良好土壤结构主要取决于直径为1~10 mm的水稳性团聚体^[1]。水稳性团聚体比例的失调及稳定性的下降是土壤退化的首先表现形式，其数量和质量是评价土壤退化的一个重要指标^[2]。同时，水稳性团聚体也是反映土壤抗蚀性的最佳指标，提高土壤团聚体的水稳性有助于增强土壤的抗侵蚀能力^[3]。土壤有机碳作为水稳性团聚体形成的主要胶结剂，对团聚体结构和稳定性具有重要影响，且研究表明土壤的有机碳库储量与水稳性团聚体有着密切关系^[4]。因此，研究土壤水稳性团聚体及其有机碳分布特征，对侵蚀退化地的生态修复与重建具有重要的理论和实践意义。

在红壤退化地，植被恢复是提高林地碳密度、增加碳汇的一项重要措施^[5]。随着植被的恢复，生物归还量增多，有机碳含量增加，可促进水稳性团聚体的形成，有利于土壤结构的改善和生态功能的恢复。谢锦升等^[6]研究表明，裸地植被恢复后表层土壤水稳性大团聚体有机碳含量占总有机碳的比例从15%提高到32%~42%。不同植被覆盖对土壤水稳性团聚体分布及其有机碳含量有显著影响^[7]。WICK et al^[8]研究也发现植被恢复后土壤有机碳含量提高，但其在大团聚体中增加, 在微团聚中减少，而DEXTER et al^[9]认为有机碳含量在微团聚体中也会增加，这可能受有机碳质量的影响。然而, 目前大多数研究主要集中在不同耕作方式、土地利用方式、施肥处理等对土壤团聚体的影响，而有关红壤退化地植被恢复后土壤水稳性团聚体响应的研究较少。因此，文中以南方红壤退化地典型植被恢复类型为研究对象，分析土壤水稳性团聚体及其有机碳分布特征，旨在从微观角度了解不同植被恢复类型的土壤特性和生态功能，试图探讨森林植被恢复对土壤结构及土壤性质的影响，为退化地植被恢复类型的选择提供理论依据。

试验地位于中国科学院江西省千烟洲红壤丘陵综合开发试验站，地理位置东经115°04′13″，北纬26°44′48″。该试验地属于红壤丘陵地貌，土壤为红砂岩发育的红壤，海拔约100 m，属亚热带湿润季风气候，年平均降水量1 489 mm，年平均气温17.9 ℃，年平均日照时间1 406 h。由于人类长期不断开发与破坏，该试验地水土流失加重，以中亚热带常绿阔叶林为主的原生植被于建站初期已退化成灌草丛，现植被以人工林为主，基本情况见表 1。

马尾松与阔叶复层林(Pinus massoniana-broadleaved multiple layer forest，PB)：1984年采用马尾松成排挖穴种植，挖穴尺寸为50 cm×50 cm×50 cm，造林前样地较裸露，有稀疏乔灌(灌木为主)，前期在春、夏季以除杂草方式，每年抚林2次，期间未施肥和疏枝。现乔木主要为马尾松(Pinus massoniana Lamb.)、枫香(Liquidambar formosana Hance)、黄瑞木[Adinandra millettii (Hook. et Arn.) Benth. et Hook.f.ex Hance]、白栎(Quercus fabri Hance)、三角槭(Acer buergerianum Miq.)。总保留密度1 875株·hm^-2，其中马尾松保留密度1 025株·hm^-2，平均树高18.9 m，平均胸径18.0 cm；其他乔木保留密度850株·hm^-2，平均树高10.4 m，平均胸径8.0 cm。林下植被主要为秤星树[Llex asprella (Hook. et Arn.) Champ. Ex Benth.]、三叶赤楠[Syzygium grijsii (Hance) Merr. etPerry]、檵木[Loropetalun Chinense (R. Brown) Oliv.]、淡竹叶(Lophatherum gracile)、菝葜(Smilax China L.)等。

木荷×马尾松混交林(Schima superba-Pinus massoniana mixed forest，SP)：1984年采用木荷与马尾松隔排挖穴种植，挖穴尺寸为50 cm×50 cm×50 cm，造林前样地较裸露，有稀疏低矮马尾松，前期在春、秋、冬季以砍伐灌木和杂草方式，每年抚林2~3次，期间未施肥和疏枝。现乔木主要为木荷(Schima superba Gaertn. Et Champ.)与马尾松。总保留密度1 780株·hm^-2，其中, 木荷保留密度1 027株·hm^-2，平均树高20.2 m，平均胸径15.6 cm；马尾松保留密度753株·hm^-2，平均树高22.0 m，平均胸径19.8 cm。林下植被主要为白栎、青冈栎[Cyclobalanopsis glauca (Thunb.) Oerst.]、黄瑞木、淡竹叶、金银花(Lonicera Japonica Thunb.)、海金沙[Lygodium japonicum (Thunb.) Sw.]、鳞毛蕨(Dryopteris Adanson)等。

阔叶林(broad-leaved forest，BF)：1984年采用枫香、鹅掌楸(Liriodendron chinense Sarg.)、香椿[Toona sinensis (A.Juss.) Roem]、厚朴(Magnolia officinalis Rehd. Et Wils.)挖穴套种，挖穴尺寸为50 cm×50 cm×50 cm，造林前样地较裸露，有稀疏低矮马尾松、枫香、木荷、樟树[Cinnamomum camphora (L.) Presl]，前期抚育管理措施与SP一致。现乔木主要为枫香、鹅掌楸、青冈栎、樟树、厚朴。保留密度889株·hm^-2，平均树高18.9 m，平均胸径15.8 cm。林下植被主要为黄瑞木、香椿、石斑木[Rhaphiolepis indica (L.) Lindl.ex Ker]、三叶赤楠、秤星树、桂花[Osmanthus fragrans (Thunb.) Lour.]、深山含笑(Michelia maudiae Dunn)、檵木、麦冬[Ophiopogon japonicus (Linn.f) Ker-Gawl]等。

2014年4月，在PB、SP和BF三种植被恢复类型中分别建立3块标准地(20 m×20 m)。每块标准地按“S”型挖5个土壤剖面，按0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm、40~60 cm四个层次用自封袋分层取样，测定土壤总有机碳。同时，用不锈钢饭盒分层取样，测定土壤团聚体相关指标。

水稳性团聚体筛分依据ELLIOTT^[10]方法稍作修改：将饭盒采回的原状土在室内沿着土壤自然结构脆弱带轻轻掰成直径约为1 cm的小块，放于室温下风干；采用四分法取200 g风干土样，用震击式标准振筛机筛分5 min，得到不同粒径的团聚体(＞2.00 mm、1.00~2.00 mm、0.50~1.00 mm、0.25~0.50 mm、0.05~0.25 mm、＜0.05 mm)。把上述团聚体按照各自比例配成100 g混合样品，置于顶端2 mm的筛子上，用水浸泡5 min，用团聚体筛分仪筛分30 min(上下振幅3 cm，频率30次·min^-1)，得到相同粒径的团聚体，再置于60 ℃下烘干、称重(扣除沙子的总量)。土壤总有机碳和团聚体有机碳测定采用重铬酸钾氧化－外加热法。

数据采用Microsoft Excel 2003和SPSS 19.0软件进行统计与分析，方差显著性水平为0.05。

PB水稳性团聚体含量在各土层均表现出随团聚体粒径减小呈先减后增再减再增趋势(“W”字分布)；SP和BF在0~10 cm土层的变化趋势与PB相似，而在其他土层则呈先增后减再增趋势(“N”字分布)(图 1)。0~10、10~20和20~40 cm土层，PB中粒径＞2.00 mm的水稳性团聚体含量显著高于其他两种类型，分别是SP的3.09、5.84和4.40倍，是BF的1.75、3.52和4.21倍；而粒径＜0.05 mm的水稳性团聚体含量则相反，以SP最大，BF次之，PB最小。SP和BF同一土层的水稳性团聚体含量以粒径＜0.05 mm所占比例最大，分别为37.04%~51.48%和27.01%~44.41%；PB中0~10、10~20 cm土层仍以粒径＞2.00 mm的水稳性团聚体含量所占比重较大，而在20~40、40~60 cm土层则以粒径＜0.05 mm的占优势。大粒径团聚体在湿筛中大量减少，表明其在水的浸润中更易受到影响。由于小粒径团聚体孔隙小、弯曲程度大，使其内聚力大于大粒径团聚体，致使小粒径团聚体稳定性更强^[12]。另外，作用于小粒径团聚体的介质多为持久介质，作用于大粒径团聚体的则多为瞬时介质或暂时介质，这也是小粒径团聚体稳定性较强的缘故。

	图 1 不同植被恢复类型土壤水稳性团聚体分布 Fig. 1 Distribute of water stable aggregates in different vegetation restoration types 注：图中不同字母表示不同植被恢复类型间存在显著性差异。 Note:different letters indicate significant differences between vegetation restoration types (P < 0.05).
图选项

水稳性大团聚体(粒径＞0.25 mm)的数量可表征土壤抗侵蚀的能力。PB和BF中表层土壤(0~10 cm)水稳性大团聚体含量随土层的加深而减少，而SP则在10~20 cm土层降到最低(40.50%)，随后又呈增加趋势。不同植被恢复类型粒径＞0.25 mm的土壤水稳性团聚体总含量在0~10、10~20、20~40 cm土层均表现为PB＞BF＞SP，可能是由于PB凋落物中，针叶含有疏水性的树脂等使水的浸润速度受到影响，从而有利于团聚体内空气逐渐释放，加强了团聚体抗侵蚀能力；而在40~60 cm土层，3种植被恢复类型该粒径的水稳性团聚体含量差异不显著，其变化范围为48.80%~51.64%。另外，不同植被恢复类型表层土壤水稳性大团聚体含量为56.03%~72.40%，低于刘晓利等^[1]研究中科院红壤生态实验站林地的下限值(72.8%)，主要是该地曾遭受严重水土流失，经30 a的治理和恢复，森林植被覆盖率虽有明显增加，但与退化前的中亚热带常绿阔叶林的土壤条件相比，其土壤结构与功能仍差距甚大。

不同植被恢复类型下土壤总有机碳含量表现出PB＞SP＞BF(图 2)。0~10 cm土层，PB土壤总有机碳含量显著高于BF；10~20 cm土层，PB土壤总有机碳含量与SP、BF的差异显著；20~40 cm土层，各植被恢复类型土壤总有机碳含量均存在显著性差异；40~60 cm土层，PB、SP与BF间的土壤总有机碳含量差异显著。从垂直剖面上看，土壤总有机碳含量随土层的加深呈逐渐降低趋势，且40~60 cm土层的总有机碳含量比0~10 cm土层下降了66.81%~75.10%，同时，不同植被恢复类型间的土壤总有机碳含量差异随深度的增加逐渐减小。

	图 2 不同植被恢复类型土壤总有机碳分布 Fig. 2 Distribution of soil total organic carbon in different vegetation restoration types 注：图中不同字母表示不同植被恢复类型间存在显著性差异。 Note:different letters indicate significant differences between vegetation restoration types (P < 0.05).
图选项

以马尾松针叶林为优势树种的PB土壤有机碳含量高于SP和BF，与以往研究的阔叶林或混交林有机碳含量大于针叶林的结果^[13]有所差异。从试验地情况可看出，PB保留密度最高，其林下植被层的地上、地下生物量和灌木层盖度是SP的1.73、1.23和4.00倍，有研究显示土壤有机碳含量和植被盖度具有显著正相关关系，林分密度通过影响凋落物的归还量对土壤有机碳产生显著差异^[14-15]；而相对于BF，PB保留密度、凋落物量分别是其2.11和1.46倍，凋落物的增加有利于有机碳的积累，减少碳的流失。从坡度上看，PB试验样地坡度较BF更缓，坡度对坡面物质分布的稳定性有着一定的影响，会引起坡面物质的再分布；从坡向上看，不同坡向的坡面通过影响其水热状况、土壤层次结构而引起土壤有机碳分解和迁移的差异^[16]，PB为南向，相对密集的植被使其较高的土温更趋于稳定，同时丰富的林下植被层和凋落物覆盖也使其保持了较高的土壤含水量，这些条件均有利于微生物生长和繁殖，进而加速了有机碳的分解和向土壤的迁移。

0~10 cm土层，PB土壤水稳性团聚体有机碳含量随团聚体粒径的减小呈“N”字分布，SP和BF则均呈“W”字分布；PB土壤水稳性团聚体有机碳含量总体显著高于SP和BF，在不同粒径中分别是SP和BF的1.17~1.40倍和1.29~1.66倍，而SP与BF差异不显著(图 3)。10~20 cm土层，PB土壤水稳性团聚体有机碳含量随着团聚体粒径的减小，其变化趋势与0~10 cm土层相同，而SP和BF则呈先降后升的趋势(“V”字分布)；PB土壤水稳性团聚体有机碳含量依然显著高于SP和BF，在不同粒径中分别比SP和BF高出35.0%~59.66%和40.77%~68.78%，而SP与BF间差异不显著。20~40 cm土层，各植被恢复类型土壤水稳性团聚体有机碳含量均随团聚体粒径的减小呈“N”字分布，且大小顺序依次为：PB＞SP＞BF。40~60 cm土层，PB和SP土壤水稳性团聚体有机碳含量随团聚体粒径的减小呈“V”字分布，而BF则直接降低；3种植被恢复类型土壤团聚体有机碳含量高低顺序与20~40 cm土层相同，即PB最高，SP次之，BF最低。这与土壤总有机碳以PB最高表现一致，不同植被恢复类型通过改变凋落物与其所处的环境来影响土壤的物理性状和微生物的活性，进而影响土壤有机碳在各粒径团聚体的分布。

	图 3 不同植被恢复类型土壤水稳性团聚体有机碳含量 Fig. 3 Organic carbon content of soil water stable aggregate in different vegetation restoration types 注：图中不同字母表示不同植被恢复类型间存在显著性差异。 Note:different letters indicate significant differences between vegetation restoration types (P < 0.05).
图选项

从土壤的垂直剖面上看，水稳性团聚体有机碳含量亦随土层的加深而降低，因凋落物分解形成有机质后首先进入表层土壤，为微生物生长繁殖提供了大量能源，有利于提高土壤微生物活性，从而增强团聚体内部之间的粘结力，进而促进微粒有机质的形成^[17]，且前期研究发现该试验地的植物细根多分布在土壤表层，也使有机碳在上层土壤团聚体中含量更高，而深层土壤有机碳则主要来源表层腐殖质的淋溶下渗、植被根系及其分泌物等，故有机碳含量降低。随团聚体粒径的减小，其有机碳含量由升到降的转折点均出现在1.00~2.00 mm粒径上，由降到升则出现在0.05~0.25 mm粒径上。PB、SP和BF底层(40~60 cm)土壤水稳性团聚体有机碳含量相对于表层(0~10 cm)，在不同粒径中下降的幅度分别为57.50%~64.40%、50.43%~59.67%和55.80%~67.74%，且3种植被恢复类型均在粒径＞2.00 mm的下降幅度最小。

各植被恢复类型土壤水稳性大团聚体有机碳含量总体高于微团聚体，说明有机碳对于水稳性大团聚体的形成具有积极作用，而微团聚体因粘粒对有机碳的物理保护作用或铁铝氧化物胶体对有机碳的化学保护作用，成为有机碳长期固存的场所^[18]。闫靖华等^[19]研究也表明连续人工种植后土壤增碳显著提高了粒径＞0.25 mm水稳性团聚体中有机碳的含量，原因在于大团聚体既可通过微团聚体与微团聚体胶结，又可通过与周围粒子胶结形成，因此，大团聚体有机碳含量更高^[4]。但谢贤健^[4]认为小粒径团聚体由于比表面积更大，能够吸附的有机物更多，而表现出其有机碳含量更高，由于其研究的林地在耕作过程中受人为扰动因素影响较大，大团聚体易破碎，改变了土壤结构，同时加速了有机碳的周转及消耗。有研究表明破碎的大团聚体所释放的CO₂比完整的大团聚体所释放的CO₂多34%~61%，大团聚体所保护的有机碳可能源于微生物及大团聚体所包囊的微生物降解产物^[20]。刘恩科等^[21]研究也表明，未被扰动的土壤其大团聚体是有机碳存储的主要场所，保护大团聚体稳定性对保持土壤肥力具有重要意义。

土壤团聚体有机碳含量对总有机碳的贡献率能够反映不同粒径团聚体中有机碳的相对数量。由图 4可看出，PB土壤水稳性团聚体有机碳贡献率在各土层均表现为随团聚体粒径的减小呈“W”字分布，这与团聚体含量的分布规律相一致；SP团聚体有机碳贡献率在0~10 cm土层随粒径减小，其变化趋势与PB相似，而在其他3个土层则均呈“N”字分布；BF团聚体有机碳贡献率在0~10 cm土层随粒径减小呈“V”字分布，而在其他3个土层与PB一致，即呈“N”字分布。PB中粒径＞2.00 mm的团聚体有机碳贡献率显著高于其他两种类型，在不同土层中分别是SP和BF的3.43~6.19倍和2.12~4.04倍。PB土壤团聚体有机碳贡献率在0~10 cm、10~20 cm和20~40 cm土层以粒径＞2.00 mm最大，在40~60 cm土层以粒径＜0.05 mm最大；SP在各土层中均以粒径＜0.05 mm最大，团聚体有机碳贡献率在33.39%~47.49%之间；BF在0~10 cm土层以粒径＞2.00 mm最大，在其他土层以粒径＜0.05 mm最大。这与李娟等^[22]研究的乔木林土壤团聚体贡献率以粒径为2.00~5.00 mm最大的结果不完全一致，主要是其采用的是干筛法分离团聚体，而文中采用的是湿筛法，湿筛过程会加速胶结物质的分解，使大团聚体分解为小粒径团聚体，导致对有机碳的物理保护作用减弱，团聚体稳定性下降。

	图 4 不同植被恢复类型土壤水稳性团聚体有机碳对总有机碳贡献率 Fig. 4 Contribution rate of organic carbon of soil water stable aggregate to total organic carbon in different vegetation restoration types
图选项

不同类型团聚体有机碳贡献率均以粒径0.05~0.25 mm最小，PB、SP和BF不同土层该粒径团聚体有机碳贡献率分别仅为3.06%~7.37%、4.77%~7.93%和2.53%~5.40%，主要是由于该粒径的水稳性团聚体含量较低，使其有机碳在该粒径中所占比例较低，这与李丛蕾等^[11]研究的改良剂对土壤团聚体有机碳贡献率的结果一致。随着土层深度的增加，各类型粒径0.50~1.00 mm的团聚体有机碳贡献率均呈先增后减趋势，而在其他粒径中规律不明显；在40~60 cm土层，不同粒径团聚体有机碳贡献率在各类型间差异均不显著。

试验地为红砂岩发育的红壤，土层较薄，有机碳含量在20 g·kg^-1以下，当降雨淋洗时，其所富含的铁铝氧化物不易溶解，而是在结晶中将粘粒包裹，形成团粒，因此，在有机碳含量相对偏低的土壤，弱结晶氧化铁含量对团聚体的稳定性具有重要的作用^[23]。SIX et al^[24]也曾指出，在相同有机碳水平下，热带土壤的团聚体稳定性高于温带，原因在于热带土壤所富含的铁铝氧化物与矿物颗粒交互作用，形成无机矿质复合体，促进团聚体的形成和稳定。SPACCINI et al^[25]认为土壤质地对土壤物理性质和结构也能够产生明显影响，粘粒含量高的土壤其大团聚体数量及稳定性更高。可见，团聚体是众多因素共同作用的结果，其形成机制还有待进一步深入研究。

森林植被恢复尤其是其林下土壤生态功能的恢复，其过程相当漫长，该红壤退化地虽植被覆盖率有大幅增加，但其土壤水稳性团聚体状况仍然较差，土壤团聚过程甚是缓慢，土壤结构和质量也有待进一步改善。马尾松与阔叶复层林因保留密度大、灌木(草)层盖度高，表现出更高的团聚体有机碳含量和更好的水稳性团聚状况，表明其对土壤结构改善与功能恢复效果更好，因此，在红壤退化地植被恢复初期，可以通过增加林分生物量和林下植被覆盖等方式以加速其生态恢复进程。