黔中不同發(fā)育階段馬尾松人工林土壤團聚體及碳氮含量特征

摘 要：【目的】探討不同發(fā)育階段對馬尾松人工林土壤團聚體及養(yǎng)分含量的影響，為馬尾松人工林合理利用土壤提供參考依據(jù)。【方法】采用時空替代法，以黔中不同發(fā)育階段（幼齡林→中齡林→近熟林→成熟林→過熟林）的馬尾松人工林為研究對象，基于團聚體粒徑分組對0～80 cm土層內(nèi)團聚體的質(zhì)量分數(shù)、穩(wěn)定性（平均質(zhì)量直徑MWD、平均幾何直徑GMD）、C、N含量以及相互間的關系進行分析?！窘Y(jié)果】1）不同發(fā)育階段0～80 cm土層內(nèi)團聚體質(zhì)量分數(shù)均表現(xiàn)為大團聚體（45.57%～91.20%）>微團聚體（7.24%～32.87%）>粉黏團聚體（1.09%～21.56%），大團聚體質(zhì)量分數(shù)整體隨土層加深而降低，微團聚體和粉黏團聚體則升高，在發(fā)育的后期大團聚質(zhì)量分數(shù)較低，而微團聚體和粉黏團聚體則相反；2）不同發(fā)育階段0～80 cm土層內(nèi)MWD和GMD的范圍分別為0.57～1.04和0.30～0.92 mm，團聚體穩(wěn)定性隨土層加深而降低，在幼齡林至近熟林階段無顯著差異，在成熟林階段顯著降低，在過熟林階段有一定升高；3）不同發(fā)育階段大團聚體、微團聚體、粉黏團聚體C、N的平均含量分別為18.47～32.61、1.20～1.98、21.99～38.42、1.12～1.80、14.49～29.39和0.94～2.45 g·kg-1，各團聚體C、N基本隨土層的加深而降低，大團聚體和微團聚體C、N隨正向發(fā)育先升高后降低，粉黏粒團聚體C降低，N則呈現(xiàn)波動的趨勢；4）大團聚體質(zhì)量分數(shù)、各團聚體C、N分別與MWD和GMD之間呈極顯著正相關，同一團聚體C與N之間、不同團聚體C與C、C與N、N與N之間也呈極顯著正相關?！窘Y(jié)論】在黔中馬尾松人工林發(fā)育的后期，土壤團聚體的穩(wěn)定性及對養(yǎng)分的固持能力降低。

關鍵詞：水穩(wěn)性團聚體；團聚體養(yǎng)分；馬尾松人工林；林齡；土壤結(jié)構；粒徑分組

中圖分類號：S714.2 文獻標志碼：A 文章編號：1673-923X（2024）06-0145-11

基金項目：貴州省科技廳計劃項目（黔科合基礎-ZK〔2022〕一般241）。

Distribution characteristics of soil aggregate and its carbon and nitrogen in Pinus massoniana plantation with different development stages in central Guizhou province

LIU Na1，2， YANG Guangneng1， ZHOU Hua1，2， DING Fangjun1， YANG Yongyan1， PENG Li3

（1. Guizhou Academy of Forestry， Guiyang 550005， Guizhou， China； 2. Guizhou Liping Rocky Desevtification Ecosystem National Observation and Research Station， Liping 557300， Guizhou， China； 3. Forestry Bureau of Changshun， Changshun 550700， Guizhou， China）

Abstract：【Objective】Investigate the effects of development stages on soil aggregate and its nutrient contents of Pinus massoniana plantation so as to provide a insights for the rational use of soil in P. massoniana plantation.【Method】Using the method of space instead of time， P. massoniana plantation at different development stages in central Guizhou province （young-aged forest→middleaged forest→near-mature forest→mature forest→overripe forest） was selected as research material， and then based on the method of aggregate size fractionation， the composition， stability， carbon and nitrogen concentrations of soil aggregate and their correlation with each other were analyzed.【Result】1） The mass percentage of aggregate in the 0-80 cm soil layer at different development stages was as macroaggregate （45.57%-91.20%）>microaggregate （7.24%-32.87%）>slit-clay aggregate （1.09%-21.56%）， the mass percentage of macroaggregate decreased with the deepening of the soil layer， while the microaggregate and slit-clay aggregate increased， the mass percentage of macroaggregate decreased in the later development stages， while the microaggregate and silt-clay aggregate was the opposite； 2） The values of MWD and GMD in the 0-80 cm soil layers at different development stages were 0.57-1.04 and 0.30-0.92 mm， respectively， the MWD and GMD decreased significantly with deepening of the soil layer， there was no significant difference in MWD and GMD from young-aged to near-mature stage， which decreased significantly in mature stage and increased to some extent in overripe stage； 3） The average contents of C and N in macroaggregate， microaggregate and silt-clay aggregate at different development stages were 18.47-32.61， 1.20-1.98， 21.99-38.42， 1.12-1.80， 14.49-29.39 and 0.94-2.45 g？kg-1， respectively， the contents of C and N in each aggregate basically decreased with the deepening of soil layer， the contents of C and N in macroaggregate and micro-aggregate first increased and then decreased with forward development， while the contents of C in slit-clay aggregate decreased， N contents showed a fluctuating trend； 4） The mass percentage of macroaggregate， C and N contents in each aggregate were positively correlated with MWD and GMD， there were significant positive correlation between C and N of the same aggregates， as well as C and C， C and N， N and N of different aggregates.【Conclusion】In the later development stages of P. massoniana plantation in central Guizhou province， the stability and the nutrients contents of soil aggregates decreased.

Keywords： soil water-stable aggregate； aggregate nutrients； Pinus massoniana plantation； forest age； soil structure； particle size grouping

土壤團聚體是土壤結(jié)構的基本單元，是由不同大小的土壤礦物顆粒在有機和無機的共同作用下形成的大小不一的多孔介質(zhì)結(jié)構體[1]。土壤團聚體的數(shù)量和分布不僅能衡量土壤結(jié)構的優(yōu)劣，還能反映出土壤養(yǎng)分供給與轉(zhuǎn)化的能力[2]。在土壤的團聚過程中，養(yǎng)分（主要是有機質(zhì)）是最主要的有機膠結(jié)物質(zhì)，團聚體是養(yǎng)分儲存和積累的載體，它們之間的關系類似磚與房子[3]。由于不同粒徑團聚體在形成時的機制不同，使它們與有機碳等養(yǎng)分結(jié)合的數(shù)量、質(zhì)量和強度有所差異，在對養(yǎng)分的維持、轉(zhuǎn)化和供給方面所發(fā)揮的作用不同[4]。可見，了解土壤團聚體組成及有機碳氮分布對掌握土壤結(jié)構及養(yǎng)分固持具有重要意義。

造林是影響土壤團聚體的自然要素之一，通過改變地上植被生物量、地表凋落物輸入和地下根系生長等調(diào)控團聚體的結(jié)構，影響?zhàn)B分的輸入和輸出[5-6]。馬尾松Pinus massoniana是南方常見的造林恢復樹種，在第九次全國森林資源清查中重要值排名第三，林分面積排名第六，在提供森林資源和生態(tài)服務方面發(fā)揮著重要的作用。但是馬尾松人工林經(jīng)營帶來的土壤退化、生產(chǎn)力低下和穩(wěn)定性降低等問題也制約著馬尾松人工林的可持續(xù)發(fā)展[7]。馬尾松人工林植物-土壤系統(tǒng)的改變所帶來的環(huán)境效應在全球變化生態(tài)學的研究中備受關注[8]，尤其是在當前“雙碳”目標背景下，如何經(jīng)營好馬尾松人工林使其發(fā)揮好水土保持及固碳釋氧功能是林業(yè)普遍關注和亟待解決的問題。土壤團聚體與土地利用方式密切相關，研究團聚體組成及其養(yǎng)分效應是了解土壤結(jié)構和養(yǎng)分固持能力的重要手段[1]。目前，已有學者對馬尾松人工林不同物種調(diào)控[9]、不同采伐強度[10]及不同大小林窗[11]下團聚體中有機碳的分布進行了研究，對不同林齡馬尾松人工林團聚體的相關研究也有報道[12-13]，但這些研究只關注有機碳，對認識不同發(fā)育階段下團聚體的養(yǎng)分效應依然有限。因此，本研究以黔中不同發(fā)育階段的馬尾松人工林為對象，分析0～80 cm土層內(nèi)土壤團聚體的組成、穩(wěn)定性、C、N養(yǎng)分含量，探討土壤團聚體指標之間的相關性，分析發(fā)育階段及土層深度對團聚體結(jié)構及養(yǎng)分賦存的影響，為馬尾松人工林合理利用土壤提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域自然概況

研究區(qū)域位于貴州省黔南州長順縣廣順國有林場，地理位置為106°18′16″～106°23′01″E、26°04′54″～26°10′35″N，平均海拔1300 m，屬中亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，雨熱同季，冬無嚴寒，夏無酷暑，年均溫13.5～18.5 ℃，相對濕度81%，無霜期275 d，年降水量1 250～1 400 mm。林場內(nèi)地貌大部分屬巖溶區(qū)，土壤為山地黃棕壤、黃壤和石灰土，用材樹種主要有馬尾松、杉木Cunninghamia lanceolata和濕地松Pinus elliottii等，面積在67 hm2左右。

1.2 樣地設置與調(diào)查

通過前期對黔中地區(qū)國有林場的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)在長順縣廣順國有林場內(nèi)具有各個發(fā)育階段的馬尾松人工林，并確定在該林場設置標準樣地。按照空間替代時間的方法，選擇林場內(nèi)位置相對集中、立地條件基本一致的林分設置幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林及過熟林5個發(fā)育階段，齡級按照“主要樹種齡級與齡組的劃分”確定，每個階段各設置3個樣地，共15個樣地，并于2022年10月進行樣地調(diào)查。每個樣地為20 m×20 m，對樣地內(nèi)對所有喬木進行調(diào)查，記錄樣地內(nèi)每株喬木的植物名錄、高度和胸徑。在每個樣地內(nèi)選擇胸徑處于平均水平的喬木3～5株，采用樹木生長錐取樹芯測定樣地的平均林齡，同時在每個樣地隨機設置3個0.5 m×0.5 m的凋落物框，收集其中全部凋落物帶回實驗室烘干、稱質(zhì)量，獲得枯落物生物量，各樣地的基本信息見表1。

1.3 樣品采集與處理

在每個樣地的中心，挖出一個完整的土壤剖面，以20 cm為一層進行取樣，共取4層，每層取1.5 kg左右的土壤裝入自封袋。將土樣帶回實驗室后，挑揀出其中肉眼可見的石礫和根系，置于室內(nèi)自然陰干。風干后的土壤過2 mm孔徑篩，裝袋，貼上標簽備測。

土壤團聚體的分離步驟[14]如下：1）稱取風干后過2 mm孔徑篩的土壤50 g，精確到0.01 g；2）將稱取好的土壤放置到0.25 mm孔徑篩上，將篩放置在干凈的容器中；3）向容器中加蒸餾水直至沒過篩2 cm，靜置5 min；4）在2 min內(nèi)輕輕地上下?lián)u動篩子約50下，注意，向上不要超過水面，向下不要碰到容器底部；5）將篩子移走，將篩上的土壤置于預先稱質(zhì)量的樣品管中，獲得大團聚體（0.25～2 mm）；6）再取一個干凈的容器，將0.053 mm孔徑篩置于其上，輕輕地將第4）步中的污水倒在篩上；7）重復步驟4），完成后將篩子移走，將篩上的土壤置預先稱過質(zhì)量的樣品管中，獲得微團聚體（0.053～0.25 mm）；8）將剩余的污水倒入1 L的離心管中（預先稱質(zhì)量），在3 220 RCF下離心15 min；9）倒掉上清液，獲得粉黏粒團聚體（<0.053 mm）；10）將分離后的團聚體在50 ℃烘箱中烘至恒質(zhì)量后稱質(zhì)量，裝袋，貼上標簽備測。

采用重鉻酸鉀外加熱法測定團聚體有機碳含量；采用硫酸-加速劑消解凱氏法測定團聚體全氮含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)在Excel 2016軟件中進行整理，在SPSS 19.0軟件中進行分析，采用雙因素方差分析發(fā)育階段和土層深度對團聚體質(zhì)量分數(shù)的影響，采用單因素方差分析同一土層不同發(fā)育階段間及同一發(fā)育階段不同土層間團聚體C、N含量及MWD與GMD指標間的差異性，用Duncan法進行多重比較（α=0.05），文中數(shù)據(jù)表示為平均值±標準差，在Origin 2021軟件中繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同發(fā)育階段和土層深度下土壤團聚體組成和穩(wěn)定性的變化特征

由雙因素方差分析結(jié)果可知（表2），發(fā)育階段和土層深度對團聚體組成具有顯著影響（P<0.01），而發(fā)育階段和土層深度的交互作用對團聚體的組成無顯著影響（P>0.01）。不同發(fā)育階段0～80 cm土層內(nèi)大團聚體質(zhì)量分數(shù)在45.57%～91.20%，微團聚體為7.24%～32.87%，粉黏團聚體為1.09%～21.56%（圖1），在各階段的土層中均表現(xiàn)為大團聚體>微團聚體>粉黏團聚體。大團聚體質(zhì)量分數(shù)隨著土層深度的增加而降低，微團聚體含量和粉黏團聚體含量則隨著土層的增加而增加（近熟林除外）。從發(fā)育階段來看，成熟林與過熟林階段大團聚體質(zhì)量分數(shù)低于幼齡至近熟林階段，而微團聚體與粉黏團聚體則相反。

采用MWD和GMD表征土壤團聚體的穩(wěn)定性，兩個參數(shù)的值越大，表明土壤團聚體的穩(wěn)定性越高，各發(fā)育階段土壤MWD和GMD如表3所示。在土壤剖面上，土壤團聚體穩(wěn)定性隨著土層加深而降低，且在各發(fā)育階段，0～20 cm土層團聚體穩(wěn)定性顯著高于60～80 cm層；在發(fā)育過程中，從幼齡林至近熟林土壤團聚體穩(wěn)定性在0～80 cm土層內(nèi)無顯著差異性，發(fā)育至成熟林土壤團聚體穩(wěn)定性顯著降低，至過熟林0～20 cm層及40～60 cm團聚體穩(wěn)定性顯著提高，而在20～40 cm和60～80 cm層團聚體穩(wěn)定性增加但差異不顯著。

2.2 不同發(fā)育階段和土層深度下各粒徑團聚體C、N養(yǎng)分含量變化特征

各粒徑團聚體C、N含量的動態(tài)變化如圖2所示，不同發(fā)育階段和不同土層下各團聚體的平均值見表4。由圖2可知，除幼齡林外，其余各階段大團聚體C、N含量隨著土層的加深而降低，且在0～20 cm層顯著高于其他土層。從發(fā)育階段來看，大團聚體C、N平均含量隨著發(fā)育正向進行呈先增加后降低的趨勢（表4）。但大團聚體C在0～20 cm土層中具有差異性，表現(xiàn)為中齡林至成熟林顯著高于幼齡林和過熟林；而大團聚體N在不同土層間都具有差異性，在0～20 cm層，近熟林和成熟林顯著高于過熟林，在20～60 cm這兩層，成熟林顯著低于中齡林和近熟林，在60～80 cm層，近熟林顯著高于幼齡林、成熟林和過熟林。

微團聚體C、N平均含量隨著土層深度的增加而降低（表4）。除幼齡林和過熟林外，微團聚體C在0～20 cm層顯著高于其他土層，而微團聚體N則在所有發(fā)育階段下皆表現(xiàn)為0～20 cm顯著高于其他土層。從發(fā)育階段來看，微團聚體C平均值隨著發(fā)育階段呈先增加后降低再增加的趨勢，微團聚體N則表現(xiàn)為先增加后降低。除40～60 cm層外，微團聚體C在各發(fā)育階段之間具有顯著差異性，在0～20 cm層，近熟林顯著高于幼齡林、成熟林和過熟林，在20～40 cm，成熟林顯著低于近熟林和過熟林，在60～80 cm，成熟林顯著低于近熟林。微團聚體N在20～40 cm層和60～80 cm層具有差異性，表現(xiàn)為近熟林顯著高于成熟林和過熟林。

粉黏團聚體C、N平均含量隨著土層深度增加而降低，粉黏團聚體C在0～20 cm層顯著高于其他土層。從發(fā)育階段來看，粉黏團聚體C平均值隨著發(fā)育階段表現(xiàn)為先降低再增加，粉黏團聚體N則表現(xiàn)為先增加后降低再增加。粉黏團聚體C、N在0～40 cm土層間均具有顯著差異性，黏粉團聚體C在幼齡林和中齡林顯著高于成熟林和過熟林；在0～20 cm層，團聚體N在中齡林和近熟林階顯著高于成熟林，在20～40 cm層，則是中齡林階段顯著高于其他階段。

綜合分析可知，發(fā)育階段和土層深度對不同粒徑團聚體C、N含量具有顯著影響。在土壤剖面上，不同粒徑團聚體C、N含量基本隨著土層深度的增加而降低，且表層大多顯著高于其他土層。在發(fā)育過程中，不同粒徑團聚體C、N含量隨著發(fā)育階段的變化趨勢并不完全一致，大團聚體和微團聚C、N隨著發(fā)育階段先升高后降低，粉黏團聚體C隨著林分發(fā)育含量逐漸降低，粉黏團聚體N隨著林分發(fā)育含量上下波動?？偟膩碚f，各團聚體養(yǎng)分在發(fā)育的中期（近熟林）含量顯著高于其他階段，且對0～40 cm層團聚體C、N含量影響較大，對40～80 cm層含量影響較小。

2.3 土壤團聚體指標之間的相關性

不同團聚體指標之間的Pearson相關系數(shù)（P=0.01）如圖3所示。由圖3可知，大團聚體質(zhì)量分數(shù)與微團聚體和粉黏團聚體質(zhì)量分數(shù)間呈極顯著負相關，微團聚體與粉黏團聚質(zhì)量分數(shù)呈極顯著正相關。大團聚體質(zhì)量分數(shù)與各團聚體C、N含量及團聚體穩(wěn)定性指標之間皆呈極顯著正相關，而微團聚體和粉黏團聚體質(zhì)量分數(shù)則與這些指標呈極顯著負相關。各粒徑團聚體C與N含量之間呈極顯著正相關，其中大團聚體C與N之間相關性最高（0.95），不同粒徑團聚體的C與C、C與N、N與N之間呈極顯著正相關，其中以微團聚體C與大團聚N之間相關性最高（0.95）。團聚體C、 N與MWD及GMD兩兩之間呈正相關關系，其中又以微團聚體N與MWD和GMD之間的正相關性最強，相關系數(shù)分別為0.61、0.69。

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

3.1.1 發(fā)育階段和土層深度對土壤團聚體組成和穩(wěn)定性的影響

土壤團聚體的組成和穩(wěn)定性是評價土壤結(jié)構穩(wěn)定性和質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標，其中大團聚體的含量越高，土壤結(jié)構穩(wěn)定性越好[15]。本研究結(jié)果表明，黔中馬尾松人工林各發(fā)育階段的各土層內(nèi)團聚體質(zhì)量分數(shù)均表現(xiàn)為大團聚體>微團聚體>粉黏團聚體，這表明黔中馬尾松人工林水穩(wěn)性團聚體主要由大團聚體組成，這與其他人工林的研究結(jié)論相同[15-17]。正是由于團聚體在各個粒徑間的分配不同，引起團聚體穩(wěn)定性的差異。本研究不同發(fā)育階段馬尾松人工林0～80 cm土層MWD的范圍為0.57～1.04 mm，低于廬山馬尾松天然林（0.84～1.61 mm）[18]。土壤團聚體的穩(wěn)定性主要由大團聚質(zhì)量分數(shù)決定，而在大團聚體形成的過程中細根起到了重要作用，它的絲狀結(jié)構在物理上使較大的土壤顆粒和微團聚體緊密結(jié)合，同時根系分泌物作為瞬時黏合劑將兩者黏合在一起[19]。此外，新鮮輸入的有機物（植物殘體）為大團聚體的形成提供了有機黏結(jié)介質(zhì)，團聚體穩(wěn)定性隨土壤深度而降低正是根系和有機碳含量在土壤剖面上的分布不同所致。本研究中，土壤團聚體穩(wěn)定性隨著發(fā)育階段正向進行先增加后降低再增加。這是因為在馬尾松林發(fā)育的早期階段，林分郁閉度較小，林下光照較為充足，使得灌草植物豐富，灌草根系對土壤的穿插和纏結(jié)及分泌的多種根系分泌物直接促進了大團聚體的形成；而在發(fā)育的后期，林分逐漸郁閉，枯落物量增加，土壤容重增大，不利于大團聚體的形成，導致團聚體穩(wěn)定性顯著降低。本研究在過熟林階段團聚體穩(wěn)定性有所增加，可能是因為過熟林曾進行過間伐管理措施，這也表明在馬尾松林發(fā)育的后期，進行合適的人工管理有助于改良土壤團聚結(jié)構，提高土壤穩(wěn)定性，防止土壤退化。

3.1.2 發(fā)育階段和土層深度對土壤團聚體C、N含量的影響

不同粒徑團聚體對養(yǎng)分保持和供應的能力不同，以往的研究關于養(yǎng)分在不同粒徑團聚體中的分配特征存在不同的結(jié)論。一是小粒徑團聚體對養(yǎng)分的富集能力強[20-21]，主要依據(jù)是團聚體粒徑越小，比表面積越大，吸附的有機碳量越多；另一種是大粒徑團聚體對養(yǎng)分的富集能力強[15，22]，主要認為較大粒徑的團聚體是由較小粒徑的團聚體加上有機膠結(jié)物質(zhì)而形成的；也有觀點認為有機碳含量在兩端低中間高[23]。在本研究中，C、N在不同粒徑團聚體中的分配沒有統(tǒng)一模式，有機碳的分配特征支持第二和第三種觀點，全氮的分配特征支持第一和第二種觀點。不同研究得出的結(jié)論具有較大差異，這可能與氣候、地貌、成土母質(zhì)化學性質(zhì)、土壤類型、植被條件和人為活動等因素相關[20，24]。

林分發(fā)育通過改變地上植被覆蓋進而影響凋落物的輸入，改變土壤的物理、化學和生物性質(zhì)，使養(yǎng)分在團聚體中重新組合和分配[5]。關于植被發(fā)育過程中團聚體養(yǎng)分的變化特征具有不同的研究結(jié)果，孫嬌等[23]的研究表明，隨著恢復年限增加，陜北黃土丘陵區(qū)刺槐林各粒徑團聚體C、N含量總體上顯著增加；韓貞貴等[13]對黔中不同林齡的馬尾松人工林的研究結(jié)果表明，團聚體C隨著林齡增加而降低。本研究結(jié)果表明，大團聚體和微團聚體C、N含量在幼齡林至近熟林階段逐漸升高，在成熟林至過熟林含量逐漸降低（大團聚體N除外）。造林帶來的植被生物量增加引起凋落物輸入增加從而促進養(yǎng)分的積累，但植被生物量的增加也會增強對土壤養(yǎng)分的需求，因此，土壤養(yǎng)分的固持水平取決于有機輸入與輸出之間的平衡[25]。對馬尾松林林分生產(chǎn)力的研究表明，從幼齡林至近熟林階段林分的凈初級生產(chǎn)力是一個上升的過程，之后逐漸降低[26]；此外，對馬尾松林土壤微生物多樣性的研究表明，當馬尾松人工林林分生長至25 a以后，微生物群落結(jié)構的穩(wěn)定性和代謝功能均降低[27]?？梢姡瑥挠g至近熟林，林分發(fā)育對土壤養(yǎng)分庫的影響為正效應，會逐漸促進土壤團聚體的形成并增強對養(yǎng)分的固持，而發(fā)育至成熟林后，由于植被對土壤養(yǎng)分的需求增加，林分郁閉使微生物代謝活性下降等，林分發(fā)育對土壤養(yǎng)分庫產(chǎn)生零效應甚至負效應。粉黏團聚體C含量隨著林分的正向發(fā)育而降低，N含量則呈現(xiàn)波動趨勢，這也表明不同粒徑團聚體對發(fā)育階段的響應并不一致。不同粒徑的團聚體不僅在養(yǎng)分含量方面具有差異，在保存的穩(wěn)定性方面也具有差異。一般認為大粒徑團聚體是由根系和菌絲膠結(jié)形成，以物理保護為主，周轉(zhuǎn)較快，為植物生長提供有效養(yǎng)分；而小粒徑團聚體則是由土壤礦物顆粒通過各種化學作用形成，以化學保護為主，提供養(yǎng)分的長期保存[28]。在馬尾松林發(fā)育的過程中，各粒徑團聚體養(yǎng)分在發(fā)育后期都有所下降，這表明無論是短時的養(yǎng)分供給還是長期的養(yǎng)分固持功能在林分發(fā)育的后期都減弱。而從土壤剖面來看，各土層深度內(nèi)團聚體C、N含量差異明顯，表層土壤團聚體中C、N含量為其他土層的數(shù)倍，具有明顯表聚效應。這是因為表層土壤直接接受來自凋落物層的營養(yǎng)輸入，土壤的養(yǎng)分狀況、微生物多樣性和酶活性均隨著土層的加深而降低[29]，這也使不同發(fā)育階段間團聚體的養(yǎng)分效應差異性多表現(xiàn)在表層或亞表層，而對深層土層的影響較小。

3.1.3 土壤團聚體指標之間的相關性分析

本研究中，大團聚體的質(zhì)量分數(shù)與MWD和GMD呈正相關，而微團聚體與粉黏團聚體則與之呈負相關。各團聚體C、N之間具有強烈的正向相關關系，這是因為氮素主要來自植物分解和合成時形成的有機質(zhì)。其中，大團聚體C、N之間的耦合性最強，表明大團聚體中C、N對環(huán)境變化響應幾乎一致。此外，不同粒徑團聚體C、N兩兩之間也呈極顯著正相關，團聚體的形成是由膠結(jié)物質(zhì)驅(qū)動著“土壤礦物顆粒→有機、無機復合體→微團聚體→大團聚體”的自組織形成過程[5]。因此，不同層次團聚體中C、N具有同消同漲的趨勢，團聚體的養(yǎng)分變化與團聚體粒徑結(jié)構緊密相關，表現(xiàn)為各團聚體C、N含量皆與MWD和GMD間呈極顯著正相關，這是養(yǎng)分含量與團聚體穩(wěn)定性間正向促進的重要證據(jù)。

3.2 結(jié) 論

1）黔中不同發(fā)育階段馬尾松人工林土壤團聚體以大團聚體為主，團聚體穩(wěn)定性隨著土層深度的增加而降低，隨著發(fā)育的正向進行先增加后降低，表明在馬尾松人工林發(fā)育的后期土壤團聚體的結(jié)構有所退化。

2）C、N含量在不同粒徑團聚體、不同土層深度和不同發(fā)育階段間的分布情況不同。從粒徑大小來看，C、N在各團聚體中分配格局不完全相同；從土層深度來看，各粒徑團聚體C、N隨著土層的加深基本呈降低趨勢且有表聚性；從發(fā)育階段來看，大團聚體和微團聚體C、N隨著林分正向發(fā)育先增加后降低，粉黏團聚體C逐漸降低，N則呈現(xiàn)波動趨勢。在馬尾松人工林發(fā)育的后期，各團聚體對C、N的固持能力有所下降。

3）大團聚體質(zhì)量分數(shù)與MWD、GMD及各團聚體C、N含量之間呈極顯著正相關，微團聚體和粉黏團聚體則與這些指標呈負相關；同一團聚體C與N之間、不同團聚體C與C、C與N、N與N之間皆呈極顯著正相關，各團聚體C、N與MWD、GMD兩兩之間呈極顯著正相關。這表明：團聚體養(yǎng)分與團聚體穩(wěn)定性之間相互促進、相互增強。

本研究僅對團聚體中C、N養(yǎng)分進行了研究，不能全面地反映出馬尾松林發(fā)育過程中團聚體對養(yǎng)分的固持情況。在未來的研究中應加強對其他大量元素及微量元素的研究，同時考慮微生物和酶在團聚體中的分布和活性，進一步揭示馬尾松林發(fā)育過程中團聚體結(jié)構與功能之間的反饋機制。

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[本文編校：吳 彬]