區(qū)曉琳 陳志彪? 陳志強(qiáng) 陳海濱 任天婧

（1 濕潤(rùn)亞熱帶山地生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，福州 350007）

（2 福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，福州 350007)

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，通常由不同尺度礦物顆粒和膠體物質(zhì)共同參與發(fā)生凝聚膠結(jié)作用結(jié)合形成大小不一的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)體。土壤團(tuán)聚體是土壤碳、氮、磷等養(yǎng)分的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化場(chǎng)所以及土壤微生物的生存環(huán)境，對(duì)調(diào)控植物生長(zhǎng)、降低水力侵蝕、提高土壤肥力水平等有重要作用［1］。由于不同粒徑團(tuán)聚體形成方式和膠結(jié)物質(zhì)不同，它們對(duì)有機(jī)碳、氮和磷的吸附形態(tài)以及穩(wěn)定性存在差異，導(dǎo)致對(duì)養(yǎng)分固定及轉(zhuǎn)化能力的不同［2-3］，影響著土壤養(yǎng)分地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程。生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)作為對(duì)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)研究的重要工具，是分析多重元素，尤其是結(jié)構(gòu)性元素（C）與限制性元素（N、P）之間的平衡關(guān)系以及生態(tài)系統(tǒng)交互影響的理論依據(jù)［4-5］，對(duì)植物、凋落物、土壤及微生物等碳氮養(yǎng)分循環(huán)、養(yǎng)分限制、碳固定以及森林演替等起指示性作用［6］。土壤作為一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，土壤中碳、氮、磷元素是植物生長(zhǎng)重要的養(yǎng)分來(lái)源，主要儲(chǔ)存在不同粒徑團(tuán)聚體內(nèi)，植被狀況對(duì)團(tuán)聚體養(yǎng)分固持與循環(huán)的影響不容忽視。目前，關(guān)于不同植被狀況下團(tuán)聚體研究以團(tuán)聚體形成機(jī)制、穩(wěn)定性、養(yǎng)分尤其是碳氮固存較多［7-8］，對(duì)植被恢復(fù)過(guò)程中土壤團(tuán)聚體中碳、氮、磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征的研究相對(duì)較少。

由于地理環(huán)境以及植被破壞的影響，福建省長(zhǎng)汀縣水土流失區(qū)成為我國(guó)中亞熱帶花崗巖紅壤生態(tài)系統(tǒng)脆弱區(qū)的典型代表。境內(nèi)陡坡丘陵山地集中分布，土壤抗蝕性極差，且保水保肥能力低下，植被的自然恢復(fù)較為困難，且稀疏的植被覆蓋加劇土壤侵蝕發(fā)生，面蝕、溝蝕和崩崗等侵蝕地貌廣泛分布［9］。植被恢復(fù)是實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)的重要對(duì)策，由于惡劣的生態(tài)環(huán)境，自然植被恢復(fù)過(guò)程存在較大的困難，采用人工植被恢復(fù)措施是加快生態(tài)恢復(fù)過(guò)程的重要手段。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，該地區(qū)相關(guān)部門相繼實(shí)施一系列以喬-灌-草恢復(fù)植被措施，經(jīng)過(guò)30多年恢復(fù)，該區(qū)生態(tài)恢復(fù)成效顯著。植被恢復(fù)必然導(dǎo)致侵蝕紅壤中碳氮磷元素的輸入/輸出產(chǎn)生深刻的影響，通過(guò)生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征可表征該地區(qū)養(yǎng)分循環(huán)特征。目前，已有學(xué)者針對(duì)植被恢復(fù)過(guò)程土壤碳礦化［10］以及生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征［11］等進(jìn)行比較系統(tǒng)的研究，土壤團(tuán)聚體方面亦有研究［12］，但對(duì)植被恢復(fù)對(duì)侵蝕退化地土壤團(tuán)聚體碳、氮、磷及其化學(xué)計(jì)量特征的認(rèn)識(shí)尚淺。因此，本文通過(guò)化學(xué)計(jì)量學(xué)理論，以福建省長(zhǎng)汀縣典型侵蝕退化紅壤區(qū)中不同植被恢復(fù)年限侵蝕坡地為研究對(duì)象，探討植被恢復(fù)過(guò)程中不同粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮和全磷含量變化及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征，分析植被恢復(fù)與侵蝕紅壤團(tuán)聚體養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量特征的關(guān)系，對(duì)于揭示紅壤侵蝕區(qū)植被恢復(fù)過(guò)程中土壤團(tuán)聚體中碳、氮、磷的平衡關(guān)系以及土壤團(tuán)聚體碳氮“匯”功能變化有重要指示性意義，為定量評(píng)價(jià)紅壤區(qū)生態(tài)恢復(fù)效果提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于閩西南長(zhǎng)汀縣河田鎮(zhèn)朱溪小流域（116°23′30″—116°30′30″E，25°38′15″—25°42′55″N），屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，年均氣溫18.5 ℃，年均降雨量1 710 mm，年均蒸發(fā)量1 403 mm，年均無(wú)霜期260 d，大于等于10 ℃積溫4 100～4 650 ℃。土壤類型以燕山運(yùn)動(dòng)晚期中粗晶花崗巖風(fēng)化發(fā)育形成的紅壤、侵蝕性紅壤為主，粗砂粒含量較高，抗蝕性極差；由于長(zhǎng)期的土壤侵蝕和人為干擾，常綠闊葉林為主的地帶性植被遭到嚴(yán)重破壞，幾乎被馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）次生林替代。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，研究區(qū)采取種植生態(tài)（林）草植被恢復(fù)措施，在保留“老頭松”的基礎(chǔ)上，補(bǔ)植木荷（Schima superba Gardn.et Champ.）、楓香（Liquidambar formosana Hance.）、胡枝子（Lespedeza bicolor Turcz.）等鄉(xiāng)土樹種，輔植寬葉雀稗（Paspalum wettsteinii Hackel.）、香根草（Vetoveria zizanioides Linn.）及百喜草（Paspalum natatu Flugge.）等草本植物。

在全面野外勘查的基礎(chǔ)上，依據(jù)典型性和代表性為原則，考慮成土母質(zhì)和立地條件等綜合因素，選取未治理地（0 a）作為對(duì)照，恢復(fù)年限分別為5 a、10 a、15 a、30 a以及80 a（該樣地為次生林，樹齡約為70～90 a，平均為80 a），共計(jì)6處典型樣地。除恢復(fù)80 a樣地外，其余5個(gè)樣地在植被恢復(fù)前，土壤母質(zhì)均為花崗巖，土壤A層剝蝕殆盡，B層厚度僅為5～10 cm，地形條件、侵蝕狀況和人為擾動(dòng)均相似。未治理地（恢復(fù)0 a）雖經(jīng)過(guò)幾十年時(shí)間自然恢復(fù)，地表土依然裸露，植被稀少，淺溝發(fā)育，坡面侵蝕嚴(yán)重；恢復(fù)5 a樣地坡頂部分基巖裸露，凋落物較少，植被以馬尾松、胡枝子、楓香和芒萁為主；恢復(fù)10 a和15 a樣地地表由芒萁覆蓋，凋落物厚度分別為0～3 cm、0～5 cm，植物群落以馬尾松、黃檀（Dalbergia hupeana Hance.）、芒萁（Dicranopteris dichotoma（Thunb.）Bernh.）、金茅（Eulalia speciosa）、五節(jié)芒（Miscanthus floridulus（Labill.）Warb.）為主；恢復(fù)30 a樣地林下植被稀少，凋落物厚度3～8 cm，植物群落以杉木、馬尾松、胡枝子和芒萁為主；恢復(fù)80 a樣地林下小型灌木較多，凋落物厚度3～10 cm，植物群落以馬尾松、楓香、荷花玉蘭（Magnolia grandiflora Linn.）等為主。各樣地基本理化性質(zhì)見表1。

表1 不同恢復(fù)年限樣地基本狀況Table 1 Basic situations of six plots different in restoration history

1.2 樣品采集與測(cè)定

2015年8月上旬進(jìn)行野外調(diào)查與采樣，為降低天氣因素對(duì)土壤狀況擾動(dòng)，采樣前15天，天氣均以晴天和多云為主，氣溫在23～36℃之間。在每個(gè)樣地內(nèi)設(shè)置3個(gè)20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)樣方，相鄰樣方間距約10 m，近等高線平行布設(shè)樣方。樣方內(nèi)按“S”形設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn)，并分0～20 cm和20～40 cm兩個(gè)土層采集原狀土樣，同一土層的5點(diǎn)土樣等量混合裝入1個(gè)硬質(zhì)塑料盒內(nèi)，共采集原狀土樣36份。原狀土樣在室內(nèi)自然風(fēng)干后，沿自然結(jié)構(gòu)輕輕掰成直徑約1 cm的小土塊，除去植物殘?bào)w、礫石等雜物，采用四分法，取四分之一土樣，用于土壤理化性質(zhì)的測(cè)定，剩余的原狀土樣采用沙諾維夫干篩法分離出＞5 mm、2～5 mm、1～2 mm、0.5～1 mm、0.25～0.5 mm、＜0.25 mm 共6級(jí)土壤團(tuán)聚體組成后，分別研磨過(guò)0.149 mm篩，用于有機(jī)碳、全氮和全磷的測(cè)定。

土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定；土壤含水量采用鋁盒烘干法測(cè)定；土壤pH按水土2.5︰1采用STARTER 300便攜式酸度計(jì)測(cè)定。土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳和全氮采用碳氮元素分析儀（Elemantar vario MAX, 德國(guó)）測(cè)定；全磷用硫酸-高氯酸消煮定容及過(guò)濾，提取待測(cè)液后采用連續(xù)流動(dòng)分析儀（Skalar san++, 荷蘭）測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

土壤碳氮比（C︰N）、碳磷比（C︰P）和氮磷比（N︰P）均采用質(zhì)量比。數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2003初步整理后，統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 19.0進(jìn)行，采用單因素方差分析（One-Way ANOVA）確定不同恢復(fù)年限各粒徑土壤團(tuán)聚體化學(xué)計(jì)量變化特征，顯著性檢驗(yàn)采用Duncan 新復(fù)極差法（顯著性水平設(shè)為α=0.05），利用Pearson 相關(guān)系數(shù)評(píng)價(jià)土壤團(tuán)聚體養(yǎng)分及其化學(xué)計(jì)量特征之間相關(guān)程度，圖表制作通過(guò)Origin 9.0完成，圖表數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié) 果

2.1 植被恢復(fù)過(guò)程土壤團(tuán)聚體養(yǎng)分含量變化

侵蝕退化生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)植被恢復(fù)后，土壤團(tuán)聚體中的養(yǎng)分貯量出現(xiàn)不同程度的增加。由圖1可知，土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮和全磷含量變化范圍分別為2.06～27.71 g·kg-1、0.50～2.12 g·kg-1和0.034～0.189 g·kg-1。各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮和全磷含量總體表現(xiàn)為隨植被恢復(fù)年限增加呈顯著增加趨勢(shì)；隨團(tuán)聚體粒徑減小，有機(jī)碳、全氮和全磷含量總體上表現(xiàn)為增長(zhǎng)趨勢(shì)。

0～20 cm土層中，在植被恢復(fù)過(guò)程中，各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量表現(xiàn)為隨著恢復(fù)年限的增加呈顯著升高的趨勢(shì)，到恢復(fù)80 a時(shí)，各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量增加了4.93倍～6.27倍。有機(jī)碳含量隨團(tuán)聚體粒徑減小表現(xiàn)為顯著增加特點(diǎn)（除恢復(fù)0 a 各粒徑有機(jī)碳變化不明顯外，其他隨著年限的增加，各粒徑間的有機(jī)碳含量越來(lái)越顯著），其中＜0.25 mm粒徑有機(jī)碳含量是＞5 mm粒徑的1.66倍～3.31倍。團(tuán)聚體全氮含量亦表現(xiàn)為隨植被恢復(fù)年限增加呈增加趨勢(shì)，其中恢復(fù)80 a是恢復(fù)0 a的2.44倍～3.42倍。除恢復(fù)0 a和5 a 全氮含量隨粒徑減小而增加不顯著外，其他年限團(tuán)聚體全氮含量均表現(xiàn)出隨著粒徑減小而顯著增加特點(diǎn)（P＜0.05）。全磷含量在植被恢復(fù)過(guò)程呈升高趨勢(shì)，變化大小則表現(xiàn)為80 a ＞30 a ＞15 a ＞10 a ＞0 a ＞5 a。除了恢復(fù)前15 a的全磷含量隨粒級(jí)減小變化不明顯外（P＞0.05），其他年限各粒級(jí)團(tuán)聚體全磷含量則隨粒級(jí)減小略有增加趨勢(shì)，其中＜ 0.25 mm粒徑團(tuán)聚體全磷含量顯著高于＞1 mm粒徑（P＜0.05）。

20～40 cm土層亦受到植被恢復(fù)的影響，土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮含量分配特征與表層0～20 cm相似，但含量大小和增加幅度明顯低于表層，0～20 cm土層的團(tuán)聚體全磷含量亦略高于20～40 cm土層，三者均表現(xiàn)出養(yǎng)分的表層富集特征?；謴?fù)前15 a各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量隨年限增加而無(wú)顯著增加（P＞0.05），恢復(fù)30 a和80 a則表現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)。各粒級(jí)有機(jī)碳含量隨粒徑減小而顯著增加（恢復(fù)0 a除外）。團(tuán)聚體中的全氮含量表現(xiàn)為在植被恢復(fù)前、中期間（恢復(fù)30 a之前）無(wú)明顯差異（P＞0.05），恢復(fù)80年則呈顯著升高趨勢(shì)。植被恢復(fù)過(guò)程中，各粒級(jí)團(tuán)聚體全磷含量呈增加趨勢(shì)，變化的大小順序?yàn)?0 a ＞10 a ＞30 a ＞15 a ＞0 a ＞5 a。隨粒徑減小其全磷含量略有升高，但粒徑間無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

2.2 植被恢復(fù)過(guò)程土壤團(tuán)聚體生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

由圖2可知，植被恢復(fù)過(guò)程中，各粒徑團(tuán)聚體C︰N變化范圍為3.06～13.05，隨植被恢復(fù)年限增加，各粒級(jí)C︰N總體呈升高趨勢(shì)，隨粒徑減小總體上呈增加特點(diǎn)。0～20 cm土層中，團(tuán)聚體C︰N變化范圍為4.49～13.05，隨恢復(fù)年限增加，各粒徑C︰N呈顯著升高趨勢(shì)，到恢復(fù)80 a時(shí)，C︰N升高了1.84倍～2.32倍。隨團(tuán)聚體粒徑減小，C︰N呈顯著升高趨勢(shì)（P＜0.05），其中＜0.25 mm粒徑的C:N是＞5 mm粒徑的1.24倍～1.86倍。相對(duì)于0～20 cm土層，20～40 cm土層的團(tuán)聚體C︰N值略低，在3.06～11.72之間。在植被恢復(fù)過(guò)程中，團(tuán)聚體C︰N表現(xiàn)為升高→降低→升高的趨勢(shì)，其中恢復(fù)80 a的C︰N值最高，恢復(fù)15 a的C︰N值最低，恢復(fù)80 a的C︰N是恢復(fù)15 a的1.65倍～2.25倍。團(tuán)聚體C︰N隨粒徑減小總體呈升高趨勢(shì)，除恢復(fù)0 a各粒徑團(tuán)聚體C︰N無(wú)顯著差異（P＜0.05），其他恢復(fù)年限中＜0.25 mm粒徑的C︰N均顯著高于＞5 mm粒徑（P＜0.05）。

由圖3可知，植被恢復(fù)過(guò)程中，各粒徑團(tuán)聚體C︰P變化范圍為21.4～185.6，表層0～20 cm各粒徑團(tuán)聚體C︰P明顯高于20～40 cm土層。隨恢復(fù)年限增加，各粒級(jí)的C︰P總體上表現(xiàn)呈升高→降低→升高趨勢(shì)，隨粒徑減小，C︰P總體上呈增加趨勢(shì)。0～20 cm土層，C︰P的變化范圍為51.16～185.6，各恢復(fù)年限的土壤團(tuán)聚體C︰P表現(xiàn)為80 a＞5 a＞10 a＞15 a＞30 a＞0 a，恢復(fù)80 a是恢復(fù)0 a的1.68倍～2.78倍。在不同恢復(fù)年限各粒徑中，除恢復(fù)30 a團(tuán)聚體C︰P隨粒徑減小無(wú)顯著差異（P＞0.05），其他恢復(fù)年限的團(tuán)聚體C︰P隨粒徑減小則呈顯著增加趨勢(shì)（P＜0.05）。20～40 cm土層的總體上各粒徑團(tuán)聚體C︰P低于0～20 cm，其變化范圍為21.40～158.90，團(tuán)聚體C︰P表現(xiàn)為80 a ＞5 a ＞0 a＞30 a＞10 a＞15 a，其中恢復(fù)80 a是15 a的2.46 倍～2.94倍。除恢復(fù)0 a和15 a中團(tuán)聚體C︰P在各粒徑中無(wú)顯著差異外（P＞0.05），其余年限的團(tuán)聚體C︰P則隨粒徑減小總體上呈顯著增加趨勢(shì)（P＜0.05）。

圖1 植被恢復(fù)過(guò)程土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮和全磷含量分布特征Fig. 1 Distribution characteristics of organic carbon, total nitrogen and total phosphorus contents in soil aggregates relative to vegetation restoration process

由圖4可知，植被恢復(fù)過(guò)程中，各粒級(jí)團(tuán)聚體N:P變化范圍為5.62～18.20，兩土層間團(tuán)聚體N︰P變化不大。隨著恢復(fù)年限增加，團(tuán)聚體N︰P呈增加→減小→增加趨勢(shì)，恢復(fù)5 a時(shí)，團(tuán)聚體N︰P最高，恢復(fù)30 a時(shí)N︰P最低。隨粒徑減小，團(tuán)聚體N︰P總體上呈先減小后增加的趨勢(shì)，但各粒徑間無(wú)顯著差異（P＞0.05）。0～20 cm土層內(nèi)，N︰P變化范圍為7.18～18.20，恢復(fù)5 a中各粒徑團(tuán)聚體N︰P顯著高于其他年限（P＜0.05），是恢復(fù)30 a的1.91倍～2.45倍。20～40 cm土層的N︰P值和分布特征及大小與0～20 cm土層相似，N︰P的變化范圍在5.62～15.13，恢復(fù)5 a是30 a的1.67倍～2.09倍。兩個(gè)土層中，不同恢復(fù)年限各粒級(jí)隨粒徑減小N︰P無(wú)顯著變化（P＞0.05）。

2.3 植被恢復(fù)過(guò)程土壤團(tuán)聚體養(yǎng)分及化學(xué)計(jì)量特征的關(guān)系

圖2 植被恢復(fù)過(guò)程土壤團(tuán)聚體C:N化學(xué)計(jì)量特征Fig. 2 Stoichiometric characteristics of C:N in soil aggregates relative to vegetation restoration process

圖3 植被恢復(fù)過(guò)程土壤團(tuán)聚體C︰P化學(xué)計(jì)量特征Fig. 3 Stoichiometric characteristics of C:P in soil aggregates relative to vegetation restoration process

為進(jìn)一步了解土壤團(tuán)聚體養(yǎng)分及化學(xué)計(jì)量的相互影響，對(duì)植被恢復(fù)過(guò)程中侵蝕紅壤團(tuán)聚體養(yǎng)分及化學(xué)計(jì)量進(jìn)行相關(guān)性分析（表2）。結(jié)果表明，土壤與團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮和全磷存在不同相關(guān)程度，土壤C、N、P元素分別與團(tuán)聚體中C、N、P呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)范圍分別為0.83～0.93、0.84～0.92、0.67～0.75。隨粒徑的減小，土壤與各粒徑團(tuán)聚體C、N元素的相關(guān)程度總體上呈升高趨勢(shì)，土壤與各粒徑團(tuán)聚體P元素則隨粒徑減小總體上呈降低趨勢(shì)。

不同粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮和全磷三者之間含量均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），各粒徑團(tuán)聚體C與N元素的相關(guān)程度達(dá)0.9以上，且隨粒徑減小呈升高趨勢(shì)。各粒徑團(tuán)聚體C與P的相關(guān)系數(shù)在0.65～0.76，各粒徑團(tuán)聚體N與P的相關(guān)系數(shù)在0.60～0.76。團(tuán)聚體中C和N元素與團(tuán)聚體C:N均為極顯著正相關(guān)（P＜0.01），且隨粒徑減小相關(guān)性呈增加趨勢(shì)。各粒徑團(tuán)聚體C與C:N的相關(guān)系數(shù)明顯高于N與C:N的相關(guān)系數(shù)。不同粒徑團(tuán)聚體C與C︰P呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），且隨粒徑減小相關(guān)性呈降低趨勢(shì)。不同粒徑團(tuán)聚體P與C︰P相關(guān)系數(shù)偏低（0.13～0.29），且無(wú)明顯相關(guān)性。不同粒徑N與N︰P相關(guān)系數(shù)在0.11～0.29，且無(wú)明顯相關(guān)性，不同粒徑團(tuán)聚體P與N︰P呈極顯著的負(fù)相關(guān)（粒徑為＜0.25 mm為顯著負(fù)相關(guān)），各粒徑間的相關(guān)性變化較?。ǎ?.25 mm除外）。

圖4 植被恢復(fù)過(guò)程土壤團(tuán)聚體N:P化學(xué)計(jì)量特征Fig. 4 Stoichiometric characteristics of N:P in soil aggregates relative to vegetation restoration process

表2 土壤團(tuán)聚體養(yǎng)分及化學(xué)計(jì)量相關(guān)性Table 2 Correlations of nutrients and stoichiometry in soil aggregates

3 討 論

3.1 不同恢復(fù)年限對(duì)土壤團(tuán)聚體養(yǎng)分的影響

土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)作為土壤有機(jī)質(zhì)的保持場(chǎng)所，土壤中約90%的有機(jī)碳儲(chǔ)存于土壤團(tuán)聚體［13］，土壤團(tuán)聚體對(duì)固碳和改善土壤肥力十分重要。本研究中，各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮和全磷含量隨植被恢復(fù)年限增加而升高，這與以往的研究結(jié)果一致［12,14-15］。0～20 cm土層團(tuán)聚體有機(jī)碳和全氮含量明顯高于20～40 cm土層，且隨恢復(fù)年限增加，土層間差異越明顯，出現(xiàn)養(yǎng)分聚表特征。這主要由于植被凋落物是土壤有機(jī)碳和全氮的主要輸入途徑［16］，植被恢復(fù)有效地增加侵蝕紅壤表土層動(dòng)植物殘?bào)w、根系分泌物以及微生物等有機(jī)質(zhì)，改善團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，還降低了土壤侵蝕強(qiáng)度，減少土壤養(yǎng)分流失。在植被恢復(fù)過(guò)程中，除了恢復(fù)80 a表土層（0～20 cm）團(tuán)聚體有機(jī)碳和全氮含量（18.84 g·kg-1、1. 65 g·kg-1）與福建?。?7］表土層（0～20 cm）紅壤的有機(jī)碳、全氮含量平均水平（22.1 g·kg-1、1.49 g·kg-1）相近，團(tuán)聚體全磷含量（0.124 g·kg-1）略低亞熱帶未侵蝕山地［17］（次生林）土壤全磷含量（0.15 g·kg-1）外，其他恢復(fù)年限的團(tuán)聚體養(yǎng)分含量均低于恢復(fù)80 a，表明亞熱帶退化地經(jīng)過(guò)80 a的植被恢復(fù)后土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮含量基本可恢復(fù)到亞熱帶未侵蝕土壤的平均水平。土壤中磷元素是主要來(lái)源于地質(zhì)巖石風(fēng)化，南方紅壤其磷素含量主要與成土過(guò)程、風(fēng)化特征以及土壤侵蝕相關(guān)因素相關(guān)，同時(shí)也受動(dòng)植物殘?bào)w分解的影響［18］。低緯度地區(qū)強(qiáng)烈的風(fēng)化淋溶作用引起土壤中全磷含量普遍偏低，加之，本研究區(qū)曾遭受嚴(yán)重的土壤侵蝕，磷素早已淋溶殆盡，全磷含量極低［18］。研究發(fā)現(xiàn)［19］，地表凋落物的分解提高土壤有機(jī)磷素的累積，從而提高土壤磷的總儲(chǔ)量。因此，隨著植被恢復(fù)年限增加，地表枯枝落葉層增厚，通過(guò)微生物的分解礦化土壤團(tuán)聚體中全磷含量亦隨著植被恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。但其含量不高，總體仍低于亞熱帶未侵蝕紅壤地區(qū)的平均水平，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國(guó)全磷含量（0.65 g·kg-1）［20］。

關(guān)于植被恢復(fù)對(duì)土壤團(tuán)聚體養(yǎng)分分配特征存在不同的研究結(jié)論。王景燕等［21］對(duì)川西退耕5 a坡地研究發(fā)現(xiàn)，團(tuán)聚體有機(jī)碳和全氮含量隨粒徑的減小呈“V”形變化趨勢(shì)；孫嬌等［22］對(duì)黃土高原不同林齡刺槐土壤研究發(fā)現(xiàn)，團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮和全磷含量的粒級(jí)分布呈兩邊低中間高的趨勢(shì)。本研究中，土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮、全磷含量總體上隨著粒徑的減小呈增加趨勢(shì)，這與前人相關(guān)研究結(jié)果一致［14，23-24］。研究地隨植被恢復(fù)年限增加，粒徑越小，有機(jī)碳、全氮和全磷含量提高越明顯，主要由于較小粒級(jí)團(tuán)聚體比表面積大，吸附有機(jī)質(zhì)能力強(qiáng)，不易被土壤微生物分解［15］，表明較小粒徑團(tuán)聚體對(duì)土壤養(yǎng)分的富集能力更強(qiáng)。關(guān)于土壤團(tuán)聚體養(yǎng)分分配結(jié)論存在較大差異可能與不同成土母質(zhì)化學(xué)組成差異、土壤類型、植被條件、侵蝕狀況及人為活動(dòng)影響等因素相關(guān)。此外，從相關(guān)性分析可看出，土壤C、N、P元素分別與團(tuán)聚體C、N和P元素呈極顯著相關(guān)，表明團(tuán)聚體中C、N、P元素對(duì)土壤養(yǎng)分狀況均具有良好的指示作用，且粒徑越小，對(duì)土壤C、N的指示性更強(qiáng)，這可能由于土壤有機(jī)質(zhì)是儲(chǔ)存和調(diào)控養(yǎng)分有效性的庫(kù)，并受到各粒徑團(tuán)聚結(jié)構(gòu)不同程度的保護(hù)［25］。

3.2 不同植被恢復(fù)年限對(duì)土壤團(tuán)聚體化學(xué)計(jì)量特征的影響

土壤化學(xué)計(jì)量特征是土壤有機(jī)碳與氮素、磷素之間的平衡耦合機(jī)制，土壤碳氮磷元素的輸入/輸出之間的平衡耦合及其有效性決定生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳固定效率［4］。受氣候、地貌、成土母巖、植被條件等自然環(huán)境調(diào)控和人類活動(dòng)的干擾，土壤中養(yǎng)分含量及循環(huán)速率不同，造成C︰N︰P有較大的空間變異［4］，本文重點(diǎn)討論植被狀況與團(tuán)聚體C︰N︰P的關(guān)系。表土層（0～20 cm）各粒級(jí)團(tuán)聚體C︰N、C︰P、N︰P與全國(guó)土壤C︰N、C︰P、N︰P（均值分別為11.9、61、5.2）以及熱帶和亞熱帶的C︰N、C︰P、N︰P（均值分別為12.1、78和6.4）相比［20］，除恢復(fù)80 a表土層團(tuán)聚體C︰N與全國(guó)土壤C︰N水平接近外，其余恢復(fù)年限的團(tuán)聚體C︰N的總體水平均低于全國(guó)和熱帶與亞熱帶的平均水平。較低的C:N意味著土壤中有機(jī)質(zhì)分解礦化速率快，養(yǎng)分循環(huán)周期短，這可能與退化生態(tài)系統(tǒng)植被表現(xiàn)出較強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性有關(guān)［8］。同時(shí)，團(tuán)聚體C︰N低表明碳氮“匯”能力較差，這不利于土壤團(tuán)聚體碳氮養(yǎng)分的固存。隨著植被恢復(fù)年限增加，土壤各粒級(jí)團(tuán)聚體C︰N呈顯著升高特點(diǎn)，這與李瑋等［23］研究不同植茶年限各粒級(jí)團(tuán)聚體C︰N無(wú)顯著差異的結(jié)果存在差異，且與以往的研究中認(rèn)為C、N元素作為結(jié)構(gòu)性成分，兩者在累積與消耗過(guò)程中存在比較穩(wěn)定的比值［4,26］的結(jié)論有所不同，可能由于研究區(qū)曾為極度侵蝕退化地，土壤中的碳、氮循環(huán)遭受破壞，土壤生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)處于不穩(wěn)定狀況，雖然進(jìn)行了植被恢復(fù)措施以提高土壤養(yǎng)分，但有機(jī)碳、氮輸入/輸出仍然未達(dá)到平衡狀況，可能還需要更長(zhǎng)時(shí)間修復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)以達(dá)到碳氮比值較穩(wěn)定狀態(tài)。此外，通過(guò)相關(guān)性分析還發(fā)現(xiàn)，團(tuán)聚體C、N元素與團(tuán)聚體C:N呈極顯著正相關(guān)，而C與N 亦極顯著正相關(guān)，即團(tuán)聚體C和N元素對(duì)環(huán)境的響應(yīng)幾乎同步，但可能由于植被恢復(fù)過(guò)程中團(tuán)聚體C元素增加速率大于N元素的增加速率，團(tuán)聚體C對(duì)團(tuán)聚體C:N的影響更為強(qiáng)烈。總之，土壤團(tuán)聚體C:N隨植被恢復(fù)呈增加趨勢(shì)，提高土壤碳氮的固存量，增加土壤團(tuán)聚體碳氮“匯”功能，對(duì)改善土壤肥力乃至對(duì)全球氣候變化有重要意義。

土壤中C︰P通常被認(rèn)為是土壤磷素礦化能力的標(biāo)志或是從環(huán)境中吸收固持磷素潛力的一種標(biāo)志［27］。土壤C︰P比值低表明微生物在礦化土壤有機(jī)質(zhì)中釋放磷的潛力較大，C︰P比值高則表明微生物對(duì)土壤有效磷有同化趨勢(shì)［6］，具有較強(qiáng)的固磷潛力。在生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中團(tuán)聚體C︰P表現(xiàn)為升高→降低→升高變化特征，未治理前表層土壤團(tuán)聚體的C︰P最低（60.23），恢復(fù)30 a時(shí)表層團(tuán)聚體C︰P與亞熱帶相近，其他恢復(fù)年限均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于亞熱帶平均水平。造成這種差異可能由于研究區(qū)未治理前遭受強(qiáng)度侵蝕，土壤養(yǎng)分流失殆盡，團(tuán)聚體中的有機(jī)碳和全磷含量均極低，較低團(tuán)聚體C︰P水平卻有利于微生物在分解有機(jī)質(zhì)過(guò)程中釋放團(tuán)聚體中的有效磷，加之侵蝕地植物生長(zhǎng)緩慢，對(duì)磷素的需求量相對(duì)較低，團(tuán)聚體中的有效磷素基本上能滿足植物生長(zhǎng)需求。恢復(fù)中前期（5 a、10 a），可能由于植被迅速生長(zhǎng)，需要大量的磷元素，在分解有機(jī)質(zhì)過(guò)程中出現(xiàn)微生物與植物競(jìng)爭(zhēng)土壤無(wú)機(jī)磷的現(xiàn)象［27］，磷素被固定在團(tuán)聚體中，導(dǎo)致團(tuán)聚體C︰P值呈升高趨勢(shì)，而植物生長(zhǎng)缺乏磷素，不利生長(zhǎng)?；謴?fù)80 a，團(tuán)聚體C︰P為最大值（131.3），表明植被恢復(fù)后期土壤中微生物釋放磷素嚴(yán)重不足，不能滿足植物生長(zhǎng)需求，這與李瑋等［23］研究植茶后期土壤團(tuán)聚體磷素有效性下降的結(jié)果相似。

土壤中的氮、磷元素是植物生長(zhǎng)所需的必需礦質(zhì)元素以及是生態(tài)系統(tǒng)中最常見的限制性元素，土壤中N︰P可作為土壤養(yǎng)分限制類型的有效預(yù)測(cè)指標(biāo)［4］。隨植被恢復(fù)年限的增加，土壤團(tuán)聚體中N︰P變化表現(xiàn)為增加—減少—增加，但其值均高于全國(guó)和熱帶與亞熱帶水平。在恢復(fù)0 a到5 a時(shí)，土壤團(tuán)聚體N︰P迅速升高，這可能與植被恢復(fù)初期，對(duì)補(bǔ)種植物施加氮肥的生態(tài)林草措施，促使土壤中氮素含量升高有關(guān)。從恢復(fù)5 a到30 a，土壤團(tuán)聚體N:P值雖有所下降，但土壤團(tuán)聚體N︰P整體水平仍然較高，并高出亞熱帶土壤N︰P的平均水平［20］，而在以往的研究表明亞熱帶地區(qū)總體受P元素的限制［28］，且在植被恢復(fù)過(guò)程中，侵蝕紅壤團(tuán)聚體N︰P值一直居高不下，土壤團(tuán)聚體明顯受到P元素的限制。此外，從團(tuán)聚體N、P與團(tuán)聚體N︰P的相關(guān)性分析中亦可發(fā)現(xiàn)，土壤團(tuán)聚體P元素與團(tuán)聚體N︰P極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與土壤團(tuán)聚體N元素則無(wú)顯著相關(guān)，表明土壤團(tuán)聚體N︰P主要受P元素的影響。因此，在植被恢復(fù)過(guò)程中，由于團(tuán)聚體中P元素增長(zhǎng)緩慢，難以滿足植物生長(zhǎng)需求，團(tuán)聚體中的P元素成為南方侵蝕紅壤植被恢復(fù)過(guò)程主要的限制性元素。

不同粒徑團(tuán)聚體化學(xué)計(jì)量特征存在明顯差異，即不同粒徑團(tuán)聚體對(duì)土壤養(yǎng)分的供應(yīng)能力亦不同。植被恢復(fù)過(guò)程中，土壤團(tuán)聚體C︰N隨粒徑減小而升高，主要由于凋落物等有機(jī)質(zhì)進(jìn)入土壤后，有機(jī)質(zhì)首先進(jìn)入較大粒級(jí)團(tuán)聚體中，由于較大粒級(jí)團(tuán)聚體中新有機(jī)碳結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性較差，有機(jī)碳容易微生物被分解礦化［26］，這對(duì)土壤退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)過(guò)程中，較大粒級(jí)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的礦化能短期內(nèi)有效地為植物生長(zhǎng)提供養(yǎng)分供植被吸收利用，這對(duì)侵蝕紅壤地的生態(tài)恢復(fù)有積極的意義。而較小粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳由于受物理保護(hù)作用［13］，容易被固定。在植被恢復(fù)過(guò)程中小粒徑團(tuán)聚體的C︰N增加速率遠(yuǎn)高于大粒徑團(tuán)聚體，表明隨植被恢復(fù)年限增加土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳存儲(chǔ)能力增強(qiáng)，尤其是小粒徑團(tuán)聚體碳儲(chǔ)能力遠(yuǎn)大于大粒徑團(tuán)聚體［23］。土壤團(tuán)聚體C︰P隨粒徑減小而升高，表明較大粒徑團(tuán)聚體中微生物分解有機(jī)質(zhì)釋放磷的潛力高于較小粒徑團(tuán)聚體，即較大粒級(jí)團(tuán)聚體更容易礦化釋放磷素，而較小粒徑團(tuán)聚體利于磷素儲(chǔ)存。由于各粒徑N︰P值均較高，明顯受到磷元素的限制，不同恢復(fù)年限各粒級(jí)土壤團(tuán)聚體N︰P隨粒徑減小表現(xiàn)為稍有減少后增加趨勢(shì)，但粒徑間無(wú)顯著差異，表明較大粒級(jí)土壤團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體均受到磷元素的限制較大，但各粒徑間磷元素的限制程度不明顯。

4 結(jié) 論

隨著生態(tài)恢復(fù)年限的增加，紅壤侵蝕區(qū)各粒徑土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳、全氮和全磷含量以及C:N呈顯著升高趨勢(shì)，而團(tuán)聚體C:P、N:P變化不穩(wěn)定，表現(xiàn)為升高→降低→升高趨勢(shì)；隨土壤團(tuán)聚體粒徑減小，未治理地各粒徑養(yǎng)分無(wú)顯著差異，其它恢復(fù)年限團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮和全磷含量均隨著粒徑的減小總體上表現(xiàn)為升高趨勢(shì)，團(tuán)聚體C︰N和C︰P總體上呈顯著升高趨勢(shì)；表土層（0～20 cm）的團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮含量以及C︰N、C︰P明顯高于底土層（20～40 cm），表土層團(tuán)聚體全磷含量略高于底土層，且隨恢復(fù)年限增加兩個(gè)土層間團(tuán)聚體養(yǎng)分差異越明顯，團(tuán)聚N:P在兩個(gè)土層間無(wú)明顯差異。從團(tuán)聚體養(yǎng)分與化學(xué)計(jì)量的相關(guān)性來(lái)看，團(tuán)聚體碳、氮、磷元素對(duì)土壤養(yǎng)分具有良好指示性；團(tuán)聚體碳、氮、磷元素具有同質(zhì)效應(yīng)；團(tuán)聚體C、N元素影響著C︰N，但C元素影響力更大；團(tuán)聚體P元素對(duì)C︰P的影響更明顯，團(tuán)聚體N︰P主要受P元素的影響。以上結(jié)果表明，植被恢復(fù)顯著提高了侵蝕紅壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳、全氮和全磷含量，團(tuán)聚體中碳氮“匯”功能增強(qiáng)，較小粒徑團(tuán)聚體對(duì)碳、氮、磷元素的固持能力大于較大粒級(jí)團(tuán)聚體，團(tuán)聚體中P元素成為退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的限制性元素。