孔同偉，王 帥，劉濱輝

（東北林業(yè)大學 林學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

東北黑土平原區(qū)作為我國重要的糧食生產(chǎn)基地[1]，近年來由于防護林退化導致風蝕加劇和土地沙化問題日益嚴峻。在早期的農(nóng)田防護林建設過程中，由于楊樹的速生性和易成活特性，使其成為三北防護林體系建設優(yōu)先選取的主要樹種[2]。以楊樹主導的農(nóng)田防護林取得顯著成效的同時，也暴露出生長周期短、脅迫重等不足，特別是隨著時間的推移很多楊樹進入成過熟階段導致林帶出現(xiàn)退化進而引起防護效能降低，成為防護林建設急需解決的問題[3]。如何對退化防護林進行更新改造是目前面臨的主要挑戰(zhàn)，選取合適更新改造方式需要從多個方面分析比較不同更新改造方式的防護效果。從土壤團聚體特征方面開展黑土平原區(qū)農(nóng)田防護林帶更新改造方式的研究，可以在土壤質量和抗蝕性方面為退化林帶選取合適的更新改造方式提供理論依據(jù)，為實現(xiàn)林帶土壤結構的改良和農(nóng)田生態(tài)效益最大化提供支持。

土壤團聚體[4]作為土壤結構的基本單元和重要參數(shù)，其大小分布和數(shù)量影響著土壤質量，并與土壤的抗侵蝕能力密切相關[5]，因此穩(wěn)定的土壤團聚體對于改善土壤結構、增加土壤肥力、降低土壤可蝕性和防止因土壤退化導致的土壤侵蝕加劇等方面具有重要作用。許多研究以＞0.25 mm水穩(wěn)性團聚體質量百分比（WSA）、平均質量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）作為團聚體穩(wěn)定性評價指標[6-7]，也有研究以團聚體分形維數(shù)（D）和結構體破壞率（PAD）來表征團聚體穩(wěn)定性[8]。單一特征指標包含的信息非常有限，很難準確判別不同區(qū)域各類土壤團聚體穩(wěn)定性特征，綜合多個特征指標進行評價在反映土壤團聚體穩(wěn)定性方面具有更高的靈敏性和準確性[9]。目前，國內(nèi)研究重點集中在黃土高原[10]、南方紅壤[11]等易侵蝕區(qū)，從林分類型、海拔高度、植被恢復方式等方面對土壤團聚體特征及土壤可蝕性的影響進行研究。馬寰菲等[12]研究了秦嶺地區(qū)不同海拔高度土壤團聚體穩(wěn)定性特征，指出土壤團聚體穩(wěn)定性隨海拔上升而減弱的規(guī)律。黎宏祥等[5]探討了不同林分類型對土壤團聚體穩(wěn)定性特征的影響，表明土壤水穩(wěn)性團聚體穩(wěn)定性隨土壤深度增加而逐漸降低。謝錦升等[13]研究了紅壤區(qū)植被恢復對團聚體穩(wěn)定性的影響，研究表明植被恢復利于提高團聚體的穩(wěn)定性。目前大部分研究將團聚體穩(wěn)定性作為評價土壤可蝕性的重要指標[14]，認為通過提高土壤團聚體穩(wěn)定性可以提高土壤的抗侵蝕能力，降低土壤可蝕性。因此評價黑土平原區(qū)農(nóng)田防護林更新改造措施的效果，可以通過分析更新改造對土壤團聚體穩(wěn)定性和土壤抗蝕性的影響入手。

目前黑土區(qū)關于土壤團聚體特征研究多集中于比較不同耕作模式和凍融侵蝕的影響[15-16]，針對農(nóng)田防護林對于土壤團聚體影響研究相對較少。而且以往農(nóng)田防護林對于土壤團聚體影響的研究主要在于比較不同林齡以及種植密度[17]，涉及農(nóng)田防護林更新改造對于土壤團聚體影響的研究還未見。農(nóng)田防護林作為黑土平原區(qū)最重要的生態(tài)屏障，關系著整個平原區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的水土流失和糧食安全，對于退化林帶進行更新改造可提高農(nóng)田防護林的生態(tài)保護功能，既可以防止風蝕危害，保護耕地，又可以改善土壤結構。因此，農(nóng)田防護林更新改造對土壤團聚體穩(wěn)定性和土壤可蝕性的影響及哪種更新改造方式最有利于提高土壤團聚體穩(wěn)定性和抵抗土壤侵蝕的能力尚不清楚。因此，探究農(nóng)田防護林更新改造后土壤團聚體特征和土壤可蝕性變化，對科學評價黑土平原區(qū)農(nóng)田防護林更新改造的生態(tài)效益和指導退化林帶重建與優(yōu)化意義重大。鑒于此，本研究以黑土平原區(qū)更新改造的農(nóng)田防護林為研究對象，通過分析不同更新改造方式林帶對土壤團聚體特征和土壤可蝕性的差異及其與土壤理化性質的關系，進而評估哪種更新改造方式對提高土壤團聚體穩(wěn)定性和土壤抗侵蝕能力的效果最佳。此研究結果可以為黑土平原區(qū)退化、過熟農(nóng)田防護林修復和水土保持效益評價提供科學參考，也可為農(nóng)田防護林的可持續(xù)性發(fā)展提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

東北黑土區(qū)是世界僅存的四大黑土區(qū)之一，是我國重要的糧食產(chǎn)地。松嫩平原是東北三大平原之一，中國重要商品糧基地，是由松花江和嫩江侵蝕、沖積而成的，坐落于黑龍江省西南部，是重要的黑土分布區(qū)。試驗采樣區(qū)位于松嫩平原西北部的甘南縣境內(nèi)（47°50′～48°00′N，123°30′～123°50′E)，該地冬春季大風頻繁發(fā)生，土地沙化嚴重，建設以減少風力侵蝕為主要目標的農(nóng)田防護林，地貌屬于阿倫河和音河流域沖積平原，海拔160～380 m，屬寒溫帶大陸季風氣候，四季冷暖干濕分明，年均氣溫為2.6℃，≥10℃有效積溫2 562.9℃，年均降水量455.2 mm，年均蒸發(fā)量1 199.6 mm，無霜期90%保證率為125 d，土壤凍結期為11 月初至翌年5 月中旬，最大凍結深度可達2.5 m。研究區(qū)土壤類型主要為黑鈣土，質地屬沙質壤土、沖積沙土，人工林以農(nóng)田防護林為主，樹種主要有小黑楊Populus×xiaohei、樟子 松Pinus sylvestrisvar.mongolica、云 杉Picea asperata等。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設置和樣品采集

2021 年5 月，通過野外實地調(diào)查和GPS 定位等方式，選取4 種均在1992—1993 年完成更新改造具有代表性的農(nóng)田防護林帶，林帶保存完好，土壤結構空間同質性好，遠離人工構筑物，林帶走向一致；林帶更新改造前均為楊樹林帶，土壤條件基本相同，土壤母質和經(jīng)營歷史相同，土壤均為沙質壤土，采取的更新改造方式為：楊樹-樟子松混交（ZY）、樟子松林帶（ZC）、云杉純林帶（YS）、楊樹純林帶（YC），同時以退化未更新改造的楊樹林帶（TYC）作為對照，林帶基本立地條件和管理模式等均基本相同。每條林帶設置5 m×2 m（長選取平行林帶×寬選取垂直林帶）的標準樣地共3 塊，其中第一塊標準樣地位于林帶中間，為避免林帶的邊緣效應，其他兩塊標準樣地分別在其兩側相距50 m 處，測定樹高、胸徑、林齡和株行距，農(nóng)田防護林帶的基本情況，見表1。在設置的標準樣地內(nèi)，林帶株行距的交叉點上布設3 個取樣點，分別在土層深度的0～10、10～20、20～40 cm 采集原狀土樣，同時用鋁盒在每個采樣點取少量土樣，用于土壤含水量的測定，采用四分法在對應土層3 個樣點收集土樣，采樣前先去除采樣點表面的枯落物等雜質。共135 份土樣，帶回實驗室自然風干，同時將土壤樣品中較大粒級土團沿其自然裂縫掰開成1 cm3左右的小土團，去除樣品中的小石粒、植物殘體、根系等有機物質繼續(xù)風干，備用。

表1 農(nóng)田護林帶基本情況Table 1 Basic situation of farmland shelterbelts

1.2.2 樣品指標測定與方法

土壤質量含水量測定采用烘干法[18]；土壤有機質測定采用重鉻酸鉀外加熱法；土壤容重、土壤水分、孔隙度的測定采用環(huán)刀法；土壤機械組成采用吸管法；分別采用干篩法、濕篩法[19]，測定風干性團聚體和水穩(wěn)性團聚體，濕篩法按照干篩比例配成50 g 風干土樣，放入團粒分析儀中，先用水緩慢濕潤5 min 后，將頻率設置為30 次/min，振幅為3 cm，持續(xù)10 min 進行濕篩。然后將各篩面上的土壤團聚體顆粒，分別沖洗至已稱重的鋁盒中，在60℃條件烘干至恒重，接著在大氣中放置一晝夜，使呈風干狀態(tài)，分別獲?。?.25、0.25～0.50、0.50～1.00、1.00～2.00、2.00～5.00和＞5.00 mm 六個級別的水穩(wěn)性土壤團聚體，稱取各粒級的質量，記錄相關數(shù)據(jù)（精確到0.01 g），并通過計算獲得各粒級的質量分數(shù)。

土壤團聚體穩(wěn)定性指標WSA、MWD、GMD計算參考李柏橋等[20]；分形維數(shù)D 計算參考楊培嶺等[21]的推導公式；土壤結構體破壞率PAD計算參考于文竹等[6]；土壤可蝕性K 值計算參考Shiriza M A 等[22]和張科利等[23]對于中國土壤可蝕性值及其估算。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2010 軟件和IBM SPSS Statistics 23.0 軟件進行統(tǒng)計分析；并使用Origin 2021 軟件作圖；使用單因素方差分析（One-way ANOVA）和最小顯著差法（Least-significant difference，LSD）進行差異顯著性檢驗；采用雙因素方差分析不同深度、林帶類型及其交互作用對土壤團聚體穩(wěn)定性的影響；采用Pearson 相關法，分析土壤團聚穩(wěn)定性指標、各粒級團聚體質量百分比與土壤有機質含量間的相關性；采用Canoco 5.0 軟件進行冗余分析，分析理化性質對土壤團聚體穩(wěn)定性和土壤可蝕性的影響。顯著性水平均為0.05。

2 結果與分析

2.1 不同更新改造方式農(nóng)田防護林帶土壤基本理化性質

由表2 可知，退化林帶與更新改造林帶土壤理化性質存在顯著差異?？傮w上，在0～40 cm土層，土壤容重、砂粒含量均表現(xiàn)為退化楊樹林帶（TYC）顯著高于更新改造林帶（ZY、ZC、YS、YC）（P＜0.05），有機質、黏粒、粉粒含量和非毛管孔隙度更新改造林帶高于退化楊樹林帶（TYC）（P＜0.05），而毛管持水量差異不顯著。不同更新改造（ZY、ZC、YS、YC）林帶中土壤理化性質也存在差異，0～40 cm 土層不同更新改造林帶中土壤容重表現(xiàn)出ZY 林帶顯著大于ZC、YC 和YS 林帶，而ZC、YC 和YS 林帶間無明顯差異，土壤砂粒含量表現(xiàn)出ZY 和YS 林帶顯著大于YC 和ZC，YC 和ZC 差異達顯著水平，粉粒含量表現(xiàn)出YC 和ZC 林帶顯著大于ZY 和YS 林帶，ZY 和YS 差異達顯著水平；不同更新改造林帶中毛管持水量和黏粒含量大小順序均表現(xiàn)出YC ＞YS ＞ZC ＞ZY，其中毛管持水量在ZY、ZC 和YS 差異不顯著，黏粒含量均達顯著水平；土壤非毛管孔隙度大小順序為YS ＞ZC ＞YC ＞ZY，其中YC 和ZC 無明顯差別；土壤有機質含量大小順序為YC ＞YS ＞ZY ＞ZC，其中ZY 和YS 無明顯差別；毛管孔隙度在更新改造林帶間均無差別。總的來看，更新改造林帶顯著改善了土壤容重和孔隙狀況，提高了土壤持水能力，顯著增加土壤黏粒、粉粒含量和有機質含量，減少砂粒含量。同時，更新改造方式不同對土壤理化性質的改善效果存在差異，整體上YC 林帶對土壤理化性質改良效果最好，ZC 和YS 林帶次之，ZY 林帶最差，說明土壤理化性質在一定程度上受到林帶樹種類型和組成的影響。

表2 土壤基本理化性質?Table 2 Basic physical and chemical properties of soil

2.2 不同更新改造方式農(nóng)田防護林帶土壤團聚體組成特征

由圖1 可見，各林帶均以0.25～0.50 mm 和＜0.25 mm 粒徑的水穩(wěn)性團聚體含量占主要部分，兩粒徑之和超過50%，均以＞5.00 mm 和2.00～5.00 mm 粒徑的團聚體含量最少，含量分別在0.02%～11.58%、0.73%～11.48%之間，且均以0.25～0.50 mm 團聚體的比例在不同林帶下波動較小，其他粒級波動相對較大?？傮w上，5 種林帶在0～10、10～20、20～40 cm 土層團聚體粒徑質量百分比均呈現(xiàn)隨粒徑減小逐漸增大的趨勢，隨土層的增加逐漸降低，且在不同林帶間存在顯著差異（P＜0.05）。各土層中更新改造林帶與退化林帶（TYC）相比，更新改造的4 種林帶土壤水穩(wěn)定性團聚體均以＞0.25 mm 土壤大團聚體居多，占整個團聚體含量的56.8%～77.98%。退化林帶（TYC）水穩(wěn)定性團聚體在0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm 土層均以＜0.25 mm 的微團聚體為主，分別占整個團聚體含量為57.74%、55.15%、53.68%，表現(xiàn)出隨土層深度的增加而降低。在更新改造林帶的0～10 cm 土層以ZC 林帶所占大團聚體最多，在10～20、20～40 cm 土層均以YC 林帶大團聚體最多。形成這一結果的原因可能是樟子松根系較淺對表層影響較大，楊樹根系較深對深層影響較大。

圖1 不同更新改造農(nóng)田防護林帶下不同土層各粒徑水穩(wěn)性團聚體質量百分比Fig.1 Mass percentages of water-stable aggregates with different grain sizes in different soil layers under different transformed shelterbelts

2.3 不同更新改造農(nóng)田防護林帶土壤團聚體穩(wěn)定性特征

由圖2 可知，相同土層不同更新改造方式林帶團聚體穩(wěn)定性指標存在顯著差異。在0～40 cm 土層更新改造林帶（ZY、ZC、YS、YC）的WSA、GMD 值顯著高于退化林帶（TYC）（P＜0.05），大小依次為：TYC ＜YS ＜ZY ＜ZC ＜YC，D則相反，表現(xiàn)為退化林帶顯著高于更新改造林帶，YC ＜ZC ＜ZY ＜YS ＜TYC，差異達顯著。0～40 cm 土層更新改造林帶WSA 值在各林帶間差異顯著，GMD 值除ZY、ZC 林帶外，其他林帶間存在顯著差異；相同土層MWD、GMD 值在不同林帶間差異性不一致，在0～10、10～20 cm 土層各林帶間MWD 均值和GMD 均值表現(xiàn)出：YS ＜ZC ＜ZY ＜YC，且YC 顯著高于YS（P＜0.05）；0～10、10～20 cm 土層D 值退化林帶（TYC）顯著高于更新改造林帶（ZY、ZC、YS、YC）（P＜0.05），20～40 cm 土 層D 值 在ZY、ZC、YS林帶間無顯著差異，TYC 顯著高于YC；在0～10 cm 土層各林帶間PAD 值差異不顯著；10～20 cm 土層各林帶間ZY 的PAD 值顯著高于ZC、YS、YC、TYC（P＜0.05），ZC、YS、YC 之間差異不顯著，20～40 cm 各林帶（除YS、YC）間差異顯著，大小依次為：ZY ＞ZC ＞YS ＞YC ＞TYC。

圖2 不同更新改造農(nóng)田防護林帶土壤團聚體穩(wěn)定性指標隨土壤深度變化Fig.2 The stability indexes of soil aggregates varied with soil depth in different transformed shelterbelts

2.4 不同更新改造農(nóng)田防護林帶團聚體隨土層深度變化特征

由表3 可知，雙因素方差分析結果顯示，土層深度對WSA 有顯著影響（P＜0.05），對GMD、MWD 和PAD 存在極顯著影響（P＜0.01），對D 影響不顯著（P＞0.05）。不同農(nóng)田防護林帶對WSA、MWD、GMD、PAD 和D 均存在極顯著影響（P＜0.01），農(nóng)田防護林帶和土壤深度的交互效應對土壤團聚體穩(wěn)定性無顯著影響（P＞0.05）。

表3 不同更新改造農(nóng)田防護林帶和土壤深度下土壤團聚體指標雙因素方差分析?Table 3 Two-way ANOVA of soil aggregate indexes under different shelterbelts and soil depth

由圖2 可知，相同更新改造方式林帶不同土層深度的土壤團聚體穩(wěn)定性變化規(guī)律不一致。WSA 隨土層深度逐漸減小，僅ZY 在0～10 cm與10～20 和20～40 cm 土層存在顯著差異（P＜0.05）；MWD、GMD 隨土層深度均逐漸減小，且ZY、ZC 在0～10 cm 土層與10～20 和20～40 cm 土層間存在差異顯著（P＜0.05）；隨土層深度的增加，更新改造林帶D 逐漸增大，退化林帶TYC 逐漸減少，且ZY、ZC、YC 在0～10 cm與10～20、20～40 cm 土層間D 差異顯著（P＜0.05）；隨土層深度的增加，PAD 逐漸增大，且在ZY、YS、YC 和TYC 中0～10 cm 土 層PAD 顯著低于10～20、20～40 cm 土層（P＜0.05）。

2.5 不同更新改造農(nóng)田防護林帶土壤可蝕性

土壤可蝕性[24]（K 值）是土壤抗蝕能力大小的一個相對綜合的指標，表征土壤對外界侵蝕的敏感性，K 值越小，土壤抗蝕能力越強；土壤K值越大，抗蝕能力越弱。由圖3 可見，退化林帶（TYC）的抗侵蝕能力顯著低于更新改造林帶（ZY、ZC、YS、YC）（P＜0.05），隨土層增加土壤抗侵蝕能力逐漸降低，表層0～10 cm 土壤的抗蝕能力均比亞表層10～20 cm 土層強，且不同林帶間各土層土壤可蝕性的變化規(guī)律基本相同。綜合0～40 cm 土層，土壤抗侵蝕能力從大到小依次為YC ＞ZC ＞ZY ＞YS ＞TYC，土壤可蝕性分別為0.054、0.079、0.086、0.091、0.143。說明更新改造能夠顯著提高農(nóng)田防護林土壤抗侵蝕能力，不同更新改造林帶抗侵蝕能力有所不同，其中YC的抗侵蝕能力最好，ZY、ZC 次之，YS 最差。

圖3 不同更新方式林帶土壤可蝕性的變化Fig.3 Changes of soil erodibility in the shelterbelts with different transformation modes

2.6 不同更新改造農(nóng)田防護林帶土壤團聚體和土壤可蝕性影響因素分析

2.6.1 土壤團聚體各粒徑與土壤團聚體穩(wěn)定性和可蝕性的相關分析

土壤是由礦物質顆粒構成的，具有高度自相似性結構和分形特征，土壤可蝕性和團聚體穩(wěn)定性受各粒級直接影響。由表4 可知，1.00～2.00、2.00～5.00 mm 粒 徑 團 聚 體 含 量 與MWD、GMD、WSA 呈極顯著正相關（P＜0.01），與D 和K 呈極顯著負相關（P＜0.01）。團聚體粒徑對土壤團聚體穩(wěn)定性和土壤可蝕性的貢獻可用相關系數(shù)參數(shù)評價，發(fā)現(xiàn)1.00～2.00、2.00～5.00 mm 粒徑團聚體含量對土壤團聚體穩(wěn)定性和土壤可蝕性貢獻較大；＜0.25 mm 粒徑團聚體與MWD、GMD、WSA 呈極顯著負相關（P＜0.01），相關系數(shù)分別為-0.705、-0.772、-0.927，與D、K 呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數(shù)分別為0.767、0.888。表明在大團粒結構中土壤團聚體穩(wěn)定性主要受1.00～5.00 mm 粒徑團聚體的主導，小團粒結構中土壤分形維數(shù)和土壤可蝕性主要受＜0.25 mm 粒徑影響因素。土壤有機質與土壤MWD、GMD、WSA、＞5.00、2.00～5.00、1.00～2.00 mm 粒徑呈極顯著正相關（P＜0.01），與土壤K、0.25～0.50、＜0.25 mm 粒徑呈極顯著負相關（P＜0.01），因此有機質含量越高，＞5.00、2.00～5.00、1.00～2.00 mm 粒徑團聚體含量越多，土壤MWD、GMD、WSA 越大，其中K 與WSA相關性明顯高于其他團聚體穩(wěn)定性指標。由此可知，土壤團聚體穩(wěn)定性與土壤可蝕性、團聚體粒徑和有機質含量密切相關，提高＞5.00、2.00～5.00、1.00～2.00 mm 粒徑團聚體含量，有助于提高團聚體穩(wěn)定性，降低土壤可蝕性。此外發(fā)現(xiàn)＞0.50 mm 粒徑與土壤GMD、MWD、WSA 正相關，與土壤D、K 負相關，＜0.50 mm 與之相反，說明0.50 mm 粒徑可以作為團聚體粒徑影響團聚體穩(wěn)定性和土壤可蝕性K 值正負相關的閾值。PAD 與WSA、MWD、GMD、D、K、有機質以及各粒徑團聚體關系均不顯著，說明PAD 不能作為此區(qū)域水穩(wěn)性團聚體特征的研究。

表4 土壤團聚體各粒徑與團聚體穩(wěn)定性和可蝕性的Pearson 相關分析?Table 4 Pearson correlation analysis of soil aggregate size with aggregate stability and erodibility

2.6.2 土壤理化性質與土壤團聚體穩(wěn)定性和可蝕性關系

土壤理化性質與土壤團聚體穩(wěn)定性和土壤可蝕性冗余分析（RDA）如圖4 所示，結果表明：土壤理化性質對團聚體穩(wěn)定性和土壤可蝕性的累積解釋量達71.89%（F=12.4，P=0.02），其中RDA1 的累積解釋量為63.02%，前2 軸（RDA1和RDA2）的累積解釋量為71.88%，擬合方差累積解釋量為99.98%。土壤有機質含量、粉粒含量、黏粒含量、非毛管孔隙度和毛管持水量與土壤MWD、GMD、WSA 呈顯著正相關（P＜0.05），與分形維數(shù)D、土壤可蝕性K 值呈顯著負相關（P＜0.05）；土壤砂粒含量和土壤容重與土壤MWD、GMD、WSA 呈顯著負相關（P＜0.05），與分形維數(shù)D、土壤可蝕性K 值呈顯著正相關（P＜0.05）。土壤砂粒含量和有機質含量對土壤團聚體穩(wěn)定性和土壤可蝕性影響最大，分別解釋了56.6%和7.1%的變異，其次是容重（3.1%）和黏粒含量（2.2%），毛管孔隙度最低，對其解釋量僅0.5%。土壤砂粒、有機質含量及容重相比土壤黏粒含量、非毛管孔隙度和毛管持水量等理化性質對土壤團聚體穩(wěn)定性和可蝕性的影響更顯著。土壤有機質含量越大，土壤容重和砂粒含量越小，土壤團聚體D 和K 值越小，土壤MWD、GMD、WSA 越大，土壤水穩(wěn)性團聚體越穩(wěn)定，抗侵蝕能力越強。

圖4 土壤理化性質與團聚體穩(wěn)定性和可蝕性的RDA 排序Fig.4 RDA ranking of soil physicochemical properties and aggregate stability and erodibility

3 討 論

3.1 不同更新改造方式林帶團聚體組成特征分析

土壤團聚體作為土壤結構穩(wěn)定性的重要指標[25]，其大小和數(shù)量影響著土壤質量，通常認為＞0.25 mm 粒級水穩(wěn)性團聚體數(shù)量越多，土壤穩(wěn)定性越好，抗侵蝕能力越強。本研究發(fā)現(xiàn)林帶更新改造后，水穩(wěn)性大團聚體所占比例顯著增加，顯著高于退化林帶，且不同更新改造方式林帶間土壤團聚體分布存在差異，這與黎宏祥等[5]對于喀斯特地區(qū)林分類型的研究結果相似。說明更新改造方式對土壤團聚體的形成及分布具有顯著影響，這可能是因為更新改造方式造成林帶地上植被構成、地表凋落物輸入的數(shù)量和質量以及地下根系分布狀況不同[7]，導致土壤環(huán)境的差異，使微生物和有機質輸入的量和分解速率不同，進而使形成大團聚體的膠結物質存在差異[26]，最終在不同林帶中表現(xiàn)出土壤團聚體分布存在差異。本研究也發(fā)現(xiàn)更新改造林帶水穩(wěn)性團聚體均以＞0.25 mm粒徑大團聚體為主，說明更新改造有助于提高林帶土壤結構的穩(wěn)定性，使微團聚體（＜0.25 mm）向大團聚體（＞0.25 mm）轉變，退化林帶水穩(wěn)性團聚體均以＜0.25 mm 粒徑微團聚體為主，表明退化林帶土壤團聚體向小粒徑方向轉變，這與季波等[27]對于黃土區(qū)天然草地的研究相似，這一方面反映了更新改造對土壤團聚體分布特征具有影響，另一方面也可反映出不同更新改造樹種的構成及地上植被掉落物土壤狀況等對土壤團聚體也具有影響。

3.2 不同更新改造方式林帶團聚體穩(wěn)定性分析

土壤MWD 和GMD 反映團聚體大小分布狀況[28]，其值越大表明土壤團聚體的平均粒徑團聚度越高，穩(wěn)定性越強，土壤結構和質量越好。本研究結果表明不同更新改造林帶土壤MWD、WSA 和GMD 顯著高于退化林帶（P＜0.05），而土壤D 更新改造林帶顯著低于退化林帶，土壤團聚體穩(wěn)定性依次：TYC ＜YS ＜ZY ＜ZC ＜YC，說明更新改造顯著提高了土壤團聚體穩(wěn)定性，YC和ZC 相比于ZY、YS 林帶更有助于提高土壤團聚體穩(wěn)定性和團聚度，改善土壤結構。這一結果與馬帥等[29]對黃土高原植被恢復的研究結果相似，這是因為土壤團聚體穩(wěn)定性與林帶樹種組成、林帶內(nèi)凋落物分解速率及有機質的含量有關。退化林帶與更新改造林帶相比樹干枝條退化導致地表掉落物和地表植物較少，而更新改造ZC 和YC 林帶與ZY、YS 林帶相比具有較高的郁閉度和較多地表凋落物，凋落物是土壤有機質輸入的重要來源[30]，而有機質是形成團粒結構良好的膠結劑，能促進大團聚體的形成，增加大團聚體的分布和數(shù)量，同時凋落物的分解也為微生物生存和繁殖提供了營養(yǎng)物質[31]，使微生物生理活動更加旺盛其產(chǎn)生的分泌物對土壤產(chǎn)生膠結作用，將較小的土壤顆粒黏聚成較大的團聚體，從而提高團聚體的穩(wěn)定性。土壤PAD 反映土壤破壞程度的大小，其值越小，土壤團聚體越穩(wěn)定，本研究發(fā)現(xiàn)退化林帶破壞程度低于更新改造林帶，這與其他研究結論不一致[24]，經(jīng)測定發(fā)現(xiàn)退化林帶砂粒含量較高，可能是由于砂粒含量較高時不利于水穩(wěn)定團聚體的表達，PAD 不適用于此區(qū)域研究團聚體穩(wěn)性特征研究。

3.3 不同更新改造方式林帶團聚體穩(wěn)定性隨深度變化分析

雙因素方差分析發(fā)現(xiàn)，土層深度對土壤團聚體穩(wěn)定性指標存在顯著影響。于海艷等[32]和馮文瀚等[33]對華北和華東地區(qū)人工林研究表明，WSA、MWD、GMD 隨土壤深度增加逐漸降低，而D 變化趨勢與此相反，這與本研究的土壤WSA、MWD 和GMD 均隨土層深度增加逐漸減小，而D 和K 逐漸增大，且D 和K 在0～10 cm 土層不同林帶團聚體穩(wěn)定性差異顯著，20～40 cm 土層各林帶間團聚體穩(wěn)定性差異不顯著的結論相一致。形成這一規(guī)律的原因可能是土壤團聚體穩(wěn)定性和抗蝕性能與根系質量密度呈顯著正相關[34]。林帶的地下生物量及樹根系主要分布在0～20 cm土層處，在20～40 cm 土層相對較少，使得土壤有機質富集在土壤表面，表層土壤有機質通過淋溶和遷移作用輸入到亞表層，從而表現(xiàn)出隨土層深度增加而降低的趨勢，并在20～40 cm 土層以下趨于穩(wěn)定。由此可見，土壤結構和穩(wěn)定性隨土層深度的增加逐漸降低，土壤結構變差，表層土壤團聚體穩(wěn)定性和抗侵蝕能力顯著高于深層。

3.4 不同更新改造方式林帶土壤可蝕性的差異分析

土壤可蝕性因子[35]（K 值），可以反映土壤物理結構的穩(wěn)定性，與土壤團聚體穩(wěn)定性密切相關，K 值大的土壤易受侵蝕。通過對比分析各林帶土壤K 值，發(fā)現(xiàn)退化林帶的土壤可蝕性顯著高于更新改造林帶（P＜0.05），更新方式不同土壤可蝕性存在差異，其中YC 土壤可蝕性顯著低于其他更新改造林帶。這說明更新改造林帶中YC 的土壤抗侵蝕能力最強，而林帶退化使土壤抗侵蝕能力變差，更新改造有助于提高土壤抵抗侵蝕的能力，這與之前TANG 等研究結果相似[36]，農(nóng)田防護林帶可通過更新改造提高土壤團聚體穩(wěn)定性來減少土壤侵蝕的發(fā)生[37]。主要機制是由于隨著更新改造的實施，林帶地上植被蓋度增加，導致輸入的有機質增加，造成土壤的理化性質發(fā)生改變，促進新的更加豐富的大團聚體的形成，從而提高了土壤團聚體的穩(wěn)定性，增強了土壤的抗侵蝕能力。

3.5 土壤理化性質對土壤團聚體穩(wěn)定性和可蝕性的影響

更新改造林帶對土壤理化性質和團聚體的影響主要表現(xiàn)在增加了土壤有機質、黏粒、粉粒含量以及孔隙度和大團聚體數(shù)量，降低了土壤容重和砂粒含量，從而提高土壤團聚體穩(wěn)定性和抗侵蝕能力[24]。朱冰冰等[38]對黃土區(qū)土地退化研究表明土壤有機質含量與土壤可蝕性和水穩(wěn)性團聚體關系密切，土壤有機質含量越高，土壤團聚體穩(wěn)定性和抗侵蝕能力越好。本研究也發(fā)現(xiàn)土壤有機質含量與土壤MWD、GMD、WSA 呈顯著正相關，與土壤可蝕性K 值呈顯著負相關。該結果與聶富育等[39]研究結果一致，可能是由于凋落物和植物殘體的分解是土壤中有機質的輸入主要來源[40]，而微生物分解產(chǎn)生的腐殖質對土壤顆粒起黏結作用，有助于大團聚體的形成。徐文秀等[41]對于紫土區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)土壤可蝕性與砂粒含量呈負相關，與土壤黏粒含量、粉粒含量呈正相關，這與本研究結果中砂粒、有機質含量更重要且土壤可蝕性與砂粒含量呈顯著正相關，與土壤粉粒含量、黏粒含量呈顯著負相關不一致。其可能是由于本研究區(qū)土壤質地有關，土壤砂粒含量較高時，土壤疏松趨近于沙化，使得土壤的黏結性變差，導致土壤團粒間膠結作用減弱和細小顆粒易流失，使得水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量和穩(wěn)定性降低，增加土壤可蝕性K 值，使得土壤抗侵蝕能力降低。土壤容重與土壤非毛管孔隙度、毛管持水量及MWD、GMD、WSA 呈顯著負相關，與土壤D、K 值間呈顯著正相關，說明土壤容重越小，孔隙越大，團聚體越穩(wěn)定，這與趙友朋等[42]研究結果有所不同，造成這種差異的原因可能是土壤理化性質對粒級較小的土壤團聚體影響更大，從而影響土壤結構穩(wěn)定性。土壤團粒和團粒間存在較大的孔隙度有助于空氣流通，使得持水毛管孔隙在團粒內(nèi)部占絕對優(yōu)勢，為土壤水、肥、氣、熱的協(xié)調(diào)創(chuàng)造了良好的條件?？偟膩碚f，土壤有機質、黏粒、粉粒含量、土壤非孔隙度越大，土壤容重越小，水穩(wěn)性團聚體穩(wěn)定性越好，土壤抗蝕侵蝕能力越強。

本研究僅選取半干旱平原區(qū)更新改造的農(nóng)田防護林帶從樹種組成探究土壤團聚體特征和可蝕性以及相關的土壤理化性質，日后的研究應將半濕潤丘陵漫崗區(qū)坡面更新改造的農(nóng)田防護林帶作為研究對象，從樹種組成以及結構調(diào)控等方面進行研究，為不同區(qū)域地形下農(nóng)田防護林更新改造配置方式提供依據(jù)。此外，影響土壤團聚體穩(wěn)定性特征差異的因素復雜多變，進一步解釋土壤團聚體的形成與穩(wěn)定機制，尚需結合離子交換量、土壤鐵鋁氧化物等因子綜合研究。

4 結 論

黑土平原區(qū)農(nóng)田防護林帶實施更新改造措施后，土壤團聚體、土壤可蝕性和土壤理化性質均發(fā)生了正向變化，且更新改造方式不同對其改善效果存在差異。更新改造林帶水穩(wěn)性團聚體均以＞0.25 mm 的大團聚體為主，退化楊樹林帶水穩(wěn)性團聚體均以＜0.25 mm 的微團聚體為主；5 種林帶土壤團聚體穩(wěn)定性和抗侵蝕能力大小為：YC ＞ZC ＞ZY ＞YS ＞TYC；土壤理化性質與土壤團聚體穩(wěn)定性和土壤可蝕性密切相關，土壤砂粒、有機質含量及容重較土壤黏粒含量、非毛管孔隙度等理化質對土壤團聚體穩(wěn)定性和可蝕性的影響更顯著?？傊?，研究發(fā)現(xiàn)更新改造防護林帶的土壤團聚體穩(wěn)定性與土壤抗侵蝕能力得到明顯提升，并使土壤質量朝著良好方向發(fā)展，在更新改造方式中楊樹和樟子松林帶團聚體穩(wěn)定性和抗蝕性顯著優(yōu)于樟子松-楊樹混交、云杉林帶，考慮到楊樹生長周期短，未來應優(yōu)先選擇樟子松作為防護林主要樹種。本研究結果對于退化農(nóng)田防護林帶的生態(tài)功能修復和農(nóng)田防護林的建設具有重要意義。