全 文 ：林业科学研究!"#$%!"&""#$"** "&V
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!!文章编号!$##$($)&""#$%##"(#"**(#*
喀斯特森林植被自然恢复中土壤团聚体有机碳
含量与团聚体分形特征
黄宗胜$!"! 符裕红$!V! 喻理飞$!! 杨!瑞$
"$.贵州大学林学院!贵州 贵阳!%%##"%+ ".贵州大学建筑与城市规划学院!贵州 贵阳!%%##"%+
V.贵州师范学院化学与生命科学学院!贵州 贵阳!%%##$&#
收稿日期$ "#$(#&(#%
基金项目$ 十二五(国家科技支撑计划项目""#$$M?G#"M#"!"#$$M?G#)M#$#%"$$ 工程(三期重点学科建设项目"IAD"##)##%贵州
省社会发展攻关项目"黔科合 >l字""#$"#V#$"#%贵州省农业攻关项目"黔科合cl""#$V#V#%% 号#和贵大人基合字""#$V##" 号资助
作者简介$ 黄宗胜"$)*V*#!男!副教授!博士!研究方向为退化生态系统恢复%景观规划设计) L@2$$V%)%#*:V*"!/(01,2$43AXO49
$":.;70
!
通讯作者$ 教授!博士生导师!主要从事喀斯特退化生态系统恢复研究) /(01,2$6HF<2,-@,9$:V.;70
摘要!采用空间代替时间的方法!研究了茂兰喀斯特森林自然恢复中土壤团聚体有机碳含量与团聚体分形特征) 结
果表明$同一恢复阶段的同一土层中 $ " 00%#.% $ 00团聚体质量百分比".*= %".V*=#与其质量百分
比有机碳贡献率"".&*= %).)&=#均高于 #."% #.% 00%r#."% 00团聚体+相同土层中的相同粒级团聚体土
壤有机碳含量"# $# ;0土层 "V.* %%.&" 6/g6W$!s"# ;0土层 $.V: V:.&# 6/g6W$#与其质量百分比有
机碳含量"# $# ;0土层 $.V "".$" 6/g6W$!s"# ;0土层 #.%* $$.)V 6/g6W$#均随植被自然恢复呈增加
趋势+同一恢复阶段的相同粒级团聚体土壤有机碳含量"# $# ;0土层 "V.* %%.&" 6/g6W$! s"# ;0土层
$hV: V:.&# 6/g6
W$
#与其质量百分比有机碳含量"# $# ;0土层 $.V "".$" 6/g6W$!s"# ;0土层 #.%*
$$.)V 6/g6
W$
#随土层加深呈减少趋势+同一恢复阶段的同一土层团聚体中 $ " 00团聚体中有机碳含量"$:.)#
%V.V 6/g6
W$
#最低但其质量百分比有机碳含量"%." "".$" 6/g6W$#最高+随植被自然恢复土壤团聚体分形
维数在 # $# ;0土层"".#$ ".$:#呈增加趋势%在s"# ;0土层 "".# "."#呈减小趋势+喀斯特森林植被自
然恢复中土壤结构演化的核心可能是上层土壤细化和下层土壤粗化+喀斯特森林植被自然恢复中土壤结构有所改
善+土壤团聚体分形维数可以作为喀斯特植被自然恢复中土壤有机碳质量评价的指标+加强保护喀斯特森林使其自
然恢复!既有利于土壤结构的改善与减少侵蚀!也有利于土壤有机碳循环和累积)
关键词!土壤团聚体+有机碳含量+分形+自然恢复+喀斯特森林
中图分类号!>*$ 文献标识码!?
62I.#&*)M0(1)9710:*)7*)2#)21).,01921-,#12I0#&*+6*-!((0#(12#&
$2828#D0*9#&&*+"12I01-C#&2*012*)*+;10&2,*0#&2N#(#212*)
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!:&20192$ L7AD
林!业!科!学!研!究 第 "& 卷
;1BK75 ;75D@5D15H ,DA01AAQ@B;@5D16@,5 A7,2166B@61D@,5 # $# ;021F@B""V.* %%.&" 6/g6
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D4@QB7;@AA7-D4@B@AD7B1D,75 15H H@;B@1A@H R,D4 A7,2H@QD4 1DD4@A10@B@AD7B1D,75 AD16@.L4@7B615,;;1BK75 ;75D@5D
,5 $ " 00A7,2166B@61D@"$:.)# %V.V 6/g6
W$
# R1AD4@27R@ADK
W$
# R1AD4@4,64@AD1075612A7,2166B@61D@A.L4@A7,2166B@61D@
-B1;D12H,0@5A,75 ,5;B@1A@H ,5 D4@A
K75!>?kG#是从土壤结构入手!探讨土壤有机碳迁
移%损耗和积累的规律,$ W- ) 土壤团聚体分形维数
" >7,2166B@61D@A-B1;D12H,0@5A,75!>?EP#可以表征
土壤结构和土壤肥力等特性,% W:- ) 上世纪 &# 年代
以来已经对非喀斯特区土壤的 >?kG含量%>?EP
进行了较广泛的研究,* W&- ) 在喀斯特区主要对石
漠化土壤理化性质及分形特征%植被破坏前后
>?EP%土壤分形特征及其与土壤性质的关系%低山
丘陵次生林恢复过程中不同坡度%坡向%坡位%海
拔等环境背景的 % 个典型阶段 # $% ;0土层土
壤"主要为黄壤#分形特征%峰丛洼地 >?kG的剖
面分布%坡地草本与灌木群落土壤颗粒有机碳分布
等方面展开了研究,) W$- !对喀斯特森林植被自然
恢复中坡度%坡向%坡位%海拔等环境背景基本相
同的 : 个典型阶段林下土壤总有机碳,$%- %土壤微
生物生物量碳,$:- %土壤可矿化碳,$*-开展了研究!
但对这 : 个典型阶段林下 >?kG含量%>?EP的研
究鲜有报道!也没有进行土壤结构%团聚体有机碳
时空分布特征及二者的关系等进行探讨!因而研究
这些内容有助于揭示喀斯特森林土壤有机碳碳循
环规律) 因此!本研究以茂兰自然保护区退化喀斯
特森林植被自然恢复中 : 个典型阶段林下的土壤
"黑色石灰土#为研究对象!探讨喀斯特森林植被
自然恢复中 >?kG含量%>?质量组成%>?EP特征!
旨在进一步揭示喀斯特森林植被自然恢复中土壤
结构%有机碳时空分布特征及二者的关系等规律!
为进一步揭示喀斯特区森林生态系统恢复过程及
植被重建提供理论依据)
$!材料与方法
=.=>研究区概况
本研究在贵州茂兰国家级自然保护区""%a#)b
"%a"#bc! $#*a%"b $#&a#%b/#进行) 保护区面积
"$V g0
"
!森林覆盖率 &*.V=!地势西北高东南低!最
高海拔 $ #*) 0!最低海拔为 V# 0!平均海拔为 %%#
&%# 0!山峰与洼地相对高差为 $%# V## 0) 属
中亚热带南部季风湿润气候!年均温 $&.Vd!
)
$#d积温 % *:&d!年降水量 $ V"$ 00!年均相对湿
度 &#=!全年日照时数 $ "*$ 4) 属裸露型喀斯特地
貌) 土壤以黑色石灰土为主,$&- !土层浅薄且不连
续!剖面多为腐殖质 W淋溶 W母岩层"?E(P#构型%
腐殖质W母岩层"?(P#构型!地表水缺乏!土体持水
量较低!土壤富钙和富盐基化!Qj值 :.$% &.##!
有机质含量 *%.% V&#.# 6/g6W$) 多数地段为中
亚热带原生性喀斯特森林!为常绿落叶阔叶混交林!
也有不同退化程度的演替群落!现统计有维管束植
物 $% 科 %$ 属 $ "#V 种!对喀斯特森林植被自然恢
复的研究有很强的代表性,$&- )
=.?>研究方法
$.".$!样地选择及依据!本研究区退化植被自然
恢复过程分为草本阶段"G#%草灌阶段"GT#%灌丛
灌木阶段"T#%灌乔过渡阶段"Tt#%乔木阶段"t#
和顶极阶段"P# : 个恢复阶段,$) W"#- ) 分别于各阶
段设置典型样地!样地面积为 V# 0ZV# 0!V 个重
复!共计 $& 块) 各恢复阶段样地土壤类型均为石灰
土) 样地的基本概况见表 $)
$."."!土壤样品采集与处理!于 "#$$ 年 ) 月中
旬!在草本阶段%草灌阶段%灌丛灌木阶段%灌乔阶段%
&*"
第 " 期 黄宗胜等$喀斯特森林植被自然恢复中土壤团聚体有机碳含量与团聚体分形特征
表 =>各恢复阶段植被的基本概况
恢复阶段 坡度%海拔 坡向 植被特征,$) W"#- 优势种 岩石裸露率 生境
G
V# #a%
&# 0
cf
群落层次只有草本层!高约 $ 0!盖
度达 &#=以上!有极少数先锋树
种!群落下覆盖有 V : ;0枯枝落
叶层
密毛蕨"F&$#4Q49C#$R":9&9C"M2.# c1g1,#%白
茅 "6CP$#(&( )7:40Q#4)(:N1B.C(<"#"c@@A# G
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"L4<5K.# k4R,#
**.%"=
土面%
石缝%
石沟
GT
V# #a%
&"# 0
>f
群落层次一层!由草本和灌木共同
组成!盖度达 &#=以上!草本%灌木
盖度约各占一半!高度 $.% " 0!
地表有少量藤刺!群落下覆盖有 "
% ;0枯枝落叶层
盐肤木"*9%)*40$0%4%e,2#%野牡丹"A$:(%2
&"C( )(0Q4Q9CP.P75#%腊莲绣球",7Q#(01$(
%)"%( +@4H.#%算盘子 "/:")*4Q4"0 P9S$#9C
"J,55.# j
土面%
石缝%
石沟
T
V# #a%
&"# 0
>f
林分垂直结构单一!无或有少量乔
木!主要以灌木层为主!高度 "
0!覆盖度达 &#=以上!地表有较多
藤刺!林下覆盖的枯枝落叶层约 "
;0
火棘"F7#()(0&*( T"#&90$(0( "e1X,0.# J,#%
南天竹".(0Q40( Q"C$%&4)( L4<5K.#%香叶树
"K40Q$#( )"CC904%j@0A2.#%齿叶铁仔"A7#%2
40$%$C4%$#(&( f12.#%齿叶黄皮 "I:(9%$0(
Q9004(0( J@N2.#% 榔 榆 " 5:C9%P(#R4T":4(
i1;8.#
*V.""=
石面%
石缝%
土面%
石沟
Tt
V# #a%
&"# 0
>f
林分层次结构分化!高 * $" 0!
木本植物盖度达 &#=以上+林下草
本盖度较低!地表有较多藤刺!林下
枯枝落叶层厚 $ V ;0
圆果化香"F:(&7)(#7( :"014P$%f<#%香叶树%
天峨槭"-)$#[(01)*4E156#%鸡仔木"U40"(Q2
40( #()$C"%( +,HAH.#%川钓樟 " K40Q$#( P9:2
)*$#4C( N1B.4@0A2@F151#%青冈栎"I7):"S(:(02
"P%4%1:(9)( "L4<5K.#k@BAD.#
*V.)=
石面%
石缝%
土面%
石沟
t
V# #a%
&# 0
>f
林分层次结构分化明显!乔木层%灌
木层比较发达!高 $ $& 0!乔木
层覆盖达 &#=以上+灌木层高 "
V 0!盖度 $#=左右!地表有少量藤
刺%蕨类%地衣苔藓等分布!林下枯
枝落叶层厚 $ V ;0
光皮
%
木"I"#09%[4:%"04(0( f156@B#%黔桂润
楠"A()*4:9%)*4$0D[$4$0%4%>.J@@#%香叶树%
翅荚香槐"I:(Q#(%&4%P:(&7)(#P( e1g,57#%南酸
枣"I*"$#"%P"0Q4(%(Y4:(#4%M
*".&$=
土面%
石面%
石缝%
石沟
P
V# #a%
&%# 0
>f
乔木层%灌木层和草本层植物之间
分化清晰!以乔木林为主!高 $%
"# 0!乔木层覆盖率达 &#=以上+
灌木层高 * 0!盖度 $#=
"#=+林下覆盖有 $ V ;0枯枝落
叶层)
光皮
%
木%短萼海桐%多脉青冈栎"I7):"S(:2
(0"P%4%C9:&40$#R4%G4@56@DL.j756#%天峨槭%
云贵鹅耳枥"I(#P409%P9S$%)$0%M
*$."#=
石面%
石缝%
土面%
石沟
!!注$G$草本阶段+ GT$草灌阶段+ T$灌木阶段+ Tt$灌乔阶段+ t$乔木阶段+ P$顶极阶段) 下同)
乔木阶段和顶极阶段 : 个典型恢复阶段的 V 个重复
$&个样地中!每个样地采用 >型 % 点混合采样法,"$- !
分 # $# ;0%$# "# ;0%s"# ;0V 层采样!同层土
混合!即一个样地两次 > 型采样中分 V 层采集!每层
$#个样点混合成 $ 个样品!则每个样地 V 个混合样
品!一种恢复阶段样地采集 )个混合样品!:个阶段共
采集混合样品 % 个) 采集样品时去除地表凋落物!
采样混合后挑出肉眼可见的石子和根!装入密封的塑
料袋中带回实验室!风干供有关指标的测定)
$.".V!指标测定及计算!>?分级用干筛法,"" W"V- !
研究区因土层浅薄"平均厚度 "# # ;0,$&- #!样品
风干过 " 00筛后! s" 00>?较少!且 s" 00>?
中碎石较多!干筛法难以分离出来!故本研究只分为
$ " 00%#.% $ 00%#."% #.% 00%r#."% 00
四级粒级 >?) 所有风干土样品过 " 00筛并称其总
质量!然后用不同孔径土壤筛!筛孔直径从小到大依
次为$#."% 00%#.% 00%$ 00!把混合的土样!放在
最大孔径筛上!盖上顶盖!用振荡式机械筛分仪"上
下振幅 V ;0!V# 次/0,5W$#筛 % 0,5!分离出 $ "
00%#.% $ 00%#."% #.% 00% r#."% 00>?)
分离出来后!依次称出每一粒级得到的土壤质量!算
出各粒级 >?质量占总质量的百分数) 分别把 $ "
00%#.% $ 00%#."% #.% 00土壤研磨过 #."%
00土筛!注意每次研磨完上一粒级的土壤清理干
净残土!称取过筛后的 >?#.$ #." 6封袋!最后采
用重铬酸钾外加热法,"$-测定 >?kG含量) # $#
;0%$# "# ;0%s"# ;0V 层土壤总有机碳测定亦
采用重铬酸钾外加热法,"$- )
用粒径质量分布表征土壤分形模型来计算
>?EP
,%-
!计算公式为$
)*"
林!业!科!学!研!究 第 "& 卷
"
4
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C(Y
#
V?B
;>"#d
4
#^ \>
"
"$#
!!式"$#中!
4
为^两筛分粒级
4
与
4` $
间粒径的
平均值!
01X
为最大粒级的平均粒径!B为分形维数!
>"#r
4
#^为粒级小于
4
的累积土粒质量!>
"
为土
壤各粒级质量的总和!最后用26"
4
\^
01X
#%26">>
"
# 为横%纵坐标!用回归分析计算分形维数"B#)
>?质量百分比有机碳含量"6/g6W$# Y>?kG
含量"6/g6W$# Z>?质量占总质量的百分比"=#
""#
>?质量百分比有机碳贡献率Y>?质量百分比
有机碳含量"6/g6W$#_土壤总有机碳的含量"6/
g6
W$
# Z$##= "V#
由上述公式算出 >?kG含量和植被自然恢复中
不同粒级 >?质量百分比有机碳含量贡献率)
=.A>数据处理
通过 /X;@2%>U>>$*.# 软件对数据进行统计分
析) 采用单因素方差分析"75@(R1F?ckn?# 和最
小显著差异法"J>P#比较不同数据组间的差异!显
著性水平设定为
"
Y#.#%) 用 U@1BA75 相关系数评
价不同因子间的相关性)
"!结果与分析
?K=>植被自然恢复中6!质量组成
表 " 显示$总体上!就 V 层平均来说!除 GT阶
段!随自然恢复 $ " 00>?质量百分比呈增加趋
势!而r#."% 00>?质量百分比则呈减少趋势+各
恢复阶段同层土中 $ " 00%#.% $ 00的 >?质
量百分比高于 #."% #.% 00%r#."% 00>?!其中
r#."% 00>?质量百分比仅为 V.)*= &.)=!这
一方面说明自然植被土壤中凋落物有机质的胶结作
用可能较明显!从而有利于大粒级 >?的形成!另一
方面表明整体上研究区小粒级 >?所占比重较少!可
能是小粒级 >?随水土流失而损失!反映了喀斯特区
水土流失严重)
表 ?>6!质量百分比 ]
土层_;0
土壤粒级
# $#
C C CC Cn
$# "#
C C CC Cn
s"#
C C CC Cn
V 层平均
C C CC Cn
恢复
阶段
G V."$ V%.$% "$.*# &.) V$.)& V:.)" "".%" &.%& V:.** V:.*: "#."V :." V.) V:.$$ "$.& *.)"
GT .*) V".)" $:.%* %.*" %".V* ").& $V.#% .* %$."# V#.%& $."% V.)* ).% V$.$" $.:" .&$
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Tt ." V#.)* $).V" %.* V$.)& V%.:" ".& *.%: V:.$ V$.): "%.V& :.%" V*.% V".& "V.$& :.%V
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P V).)V V".V "$.&% %.&& .%: V$.%: $).$$ .** V".$& VV.$: ":." &." V&.&) V".V% "".# :.V:
!!注$$ " 00+ C$ #.% $ 00+ CC$ #."% #.% 00+ Cn$ r#."% 00+ 表中数据为均值!经统计分析标准误差在 %=以内!下同)
?K?>植被自然恢复中6!M7含量的变化
".".$!各粒级 >?kG含量!表 V 表明$总体上同一
土层各粒级 >?kG含量由恢复早期"G%GT#%经中期
"T%Tt#至后期"t%P#呈增加趋势!说明自然恢复
有利于 >?kG含量增加+随土层加深同一恢复阶段
各粒级 >?kG含量呈较强的递减趋势!说明土壤有
机碳含量具有较强的表聚性+同一恢复阶段的同一
土层中 $ " 00>?有机碳含量最低!恢复前半阶
段"G%GT%T##.% $ 00>?kG含量最高!恢复后
半阶段"Tt%t%P##."% #.% 00>?kG含量最高!
而总体上r#."% 00>?中有机碳含量在整个自然
恢复中居于次高的位置!说明小粒级 >?kG含量较
高!有利于土壤有机碳的稳定)
表 A>6!M7含量 (( (^ _=
土层_;0
土壤粒级
# $#
C C CC Cn
$# "#
C C CC Cn
s"#
C C CC Cn
V 层平均
C C CC Cn
恢复
阶段
G V*.%V V.# .#: V.): "&.&V V).: ").VV "*.:" "#.) "#.&V "#." V#.:$ ").$# V. V$."* V.#:
GT V#.$: V)."" V#.& "V.* "$."$ $*.) "".)V "V."$ "V.V# $:.%$ $:." $.V: ".&) ".$ "V.# "#.V
T ").)% V%.V VV."& V&.*% ").#" "*.$) "%.%) "$.:" $:.)# "$.:* "#.*# "$.)$ "%.") "&.#: ":.%V "*.V
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P *.V& *.#" %"."" :.) V*.#% V&.* V%.$V V:."* "&.:" V".&# V#.)% ").VV V*.:& V).V V).V V*.%$
"."."!>?质量百分比有机碳含碳量!表 表明$总
体上各恢复阶段的同一土层中 >?质量百分比有机碳
含量 $ " 00%#.% $ 00>?高于 #."% #h% 00%
r#."% 00>?!这说明土壤有机碳主要储存在大粒级
#&"
第 " 期 黄宗胜等$喀斯特森林植被自然恢复中土壤团聚体有机碳含量与团聚体分形特征
>?中+总体上随土层加深同一恢复阶段各粒级 >?质
量百分比有机碳含量呈递减趋势!说明土壤有机碳含
量具有较强的表聚性+随恢复进展大粒级 >?" s#."%
00#质量百分比有机碳含量逐渐显著地高于小粒级
>?" r#."% 00#质量百分比有机碳含量!说明植被自
然恢复有利于大粒级 >?kG的累积)
表 B>6!质量百分比有机碳含量 6(g6W$
土层_;0
土壤粒级
# $#
C C CC Cn
$# "#
C C CC Cn
s"#
C C CC Cn
V 层平均
C C CC Cn
恢复
阶段
G $".& $%.$V ).%: V.)V )."" $.V* :.:# ".V* *.*# *.:: .$V $.)$ ).)" $".V) :.*: ".*
GT $V.%$ $".)$ %.$$ $.V $$.$$ %."" ".)) $.$# $$.)V %.#% ".V #.%* $".$& *.*V V.& $.##
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P $&.)" $%."# $$.$ ".*: $:.%$ $".$ :.*$ $.*V )."$ $#.&& &.$" ".* $.&& $".* &.*% ".V"
".".V!>?质量百分比有机碳贡献率!表 % 显示$
随植被自然恢复同一土层各粒级 >?质量百分比有
机碳贡献率变化不明显+随土层加深 r#."% 00>?
质量百分比有机碳贡献率总体上以 s"# ;0土层较
高%$# "# ;0土层较小%# $# ;0土层居中+随土
壤粒级变小!总体上同一恢复阶段的同一土层 >?质
量百分比有机碳贡献率总体上呈减少趋势!说明土
壤有机碳的增加主要是大粒级 >?的贡献)
表 @>6!质量百分比有机碳贡献率 ]
土层_;0
土壤粒级
# $#
C C CC Cn
$# "#
C C CC Cn
s"#
C C CC Cn
V 层平均
C C CC Cn
恢复
阶段
G V#.)* V:.) "V.#: ).& "&.V" .$V "#."* *."& V%.)& V%.*) $).V# &.)V V$.*: V&.& "#.&& &.%:
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?.A>植被自然恢复中 >?EP特征的变化
表 : 表明$随植被恢复!总体上 # $# ;0土层
>?EP由恢复早期"G%GT! ".#$ ".$%#%经中期
"T%Tt!".$# ".$:#%至后期"t%P!".$% ".$:#
呈增加趋势!s"# ;0土层由恢复早期"G%GT! ".$
"."#%经中期"T%Tt!".$V ".$V#%至后期"t%
P!".# ".$%#呈减小趋势!$# "# ;0土层则处
于二者之间而变化不明显+随土层加深!总体上
>?EP在恢复前半阶段"G%GT%T#呈增加趋势%后半
阶段"Tt%t%P#呈减小趋势) 说明恢复前半阶段
"G%GT%T#土壤表层"# $# ;0#小粒级 >?数量较
少而大粒级 >?较多!土壤下层" s"# ;0#则相反+
恢复后半阶段"Tt%t%P#土壤表层"# $# ;0#小
粒级 >?数量较多而大粒级 >?较少!土壤下层" s
"# ;0#则相反) 反映了随植被自然恢复地表径流得
到有效控制%小粒级 >?数量越来越多%同时下层
" s"# ;0#土壤结构略有改善) 表 : 土壤团聚体分
维数)
表 O>不同恢复阶段土壤分维数
恢复阶段 G GT T Tt t P
分维数
# $# ;0
".#$ v#.##V?1 ".$% v#.#":?K ".$# v#.#V:?; ".$: v#.##)?K ".$: v#.##)?K ".$% v#.##"?K
$# "# ;0
".#V v#.##:?1 "."# v#.#V:MK ".$V v#.#$#?; ".#& v#.#":MH ".$: v#.##V?; "."# v#.##VMK
s"# ;0 ".$ v#.#$VM1 "." v#.##*GK ".$V v#.#$$?1 ".$V v#.#$#G1 ".$% v#.##:?1 ".# v#.##G;
!!注$同列不同大写字母表示差异显著+同行不同小写字母表示差异显著
?KB>6!,%与6!质量百分比有机碳贡献率的相关
关系
!!表 * 表明$>?EP与 $ " 00>?质量百分比有
机碳贡献率呈较强的正相关关系%与 #.% $ 00%
#."% #.% 00>?质量百分比有机碳贡献率呈较
强的负相关关系%与r#."% 00>?质量百分比有机
碳贡献率呈极强的负相关关系!说明 >?EP能较好
地表征 >?质量百分比有机碳贡献率!反映了土壤有
$&"
林!业!科!学!研!究 第 "& 卷
机碳与土壤的形状%结构等物理特性存在较强的内
在关系+但相关分析表明 >?EP与 >?kG含量%土壤
总有机碳的相关关系未达到显著性水平!说明 >?EP
表征土壤有机碳的综合特性较好!而表征土壤有机
碳的某单项特性较差)
表 R>6!,%与6!质量百分比有机碳贡献率的相关关系
项目
>?质量百分比有机碳分贡献率
C C CC Cn
>?EP
"
#.*# W#.) W#.: W#.))
显著性 P #.## #.# #.## #.##
V!讨论
AK=>喀斯特植被自然恢复中6!M7含量特征
本研究中!总体上随植被自然恢复各粒径级
>?kG含量%各粒级 >?质量百分比有机碳含量呈增
加趋势%随土层加深呈减少趋势!这与土壤总有机
碳,$%- %土壤微生物生物量碳,$:- %土壤可矿化碳,$*-的
变化规律一致!这从土壤的物理结构上也说明恢复
有利于有机碳的累积%且有机碳的表聚性极强!因此
在喀斯特区应该加强植被的自然恢复%避免土壤表
层物理结构遭受破坏而使有机碳损失!这样土壤才
能起到大气Gk
"
汇的作用) 随植被自然恢复同一土
层中各粒级 >?中!$ " 00>?kG含量最低!而恢
复前半阶段"G%GT%T##.% $ 00>?kG含量最
高%恢复后半阶段"Tt%t%P##."% #.% 00>?kG
含量最高%且 r#."% 00>?kG含量在恢复中一直
较高!这表明土壤有机碳随植被自然恢复有从大粒
级 >?转移至小粒级 >?的趋势!有利于有机碳的稳
定和富集!这与安韶山等,"-研究黄土地貌%卢凌霄
等,$V-研究喀斯特地貌的研究结果基本一致) 尽管
大粒级 >?"$ " 00#有机碳含量较低!但其质量百
分比有机碳含量却较高!且随 >?粒级变小 >?质量
质量百分比有机碳含量呈减少趋势!这主要是由于
大粒级 >?所占质量百分比")$.#:= ):.#V=#较
大所造成的!由此表明大粒级团聚体 "#."% "
00#有机碳含量在整个自然恢复中占住了主导地
位) 随植被自然恢复各粒级 >?质量百分比有机碳
贡献率变化规律也表明了大粒级 >?kG"#."% "
00#占主导地位!大粒级 >?"#."% " 00#质量百
分比有机碳贡献率达 )$.= )%.&)=%小粒级 >?
" r#."% 00#质量百分比有机碳贡献率仅为 .$$=
&.%:=) 这与相关学者,"% W"*-研究所得土壤碳存
储主要发生在 #."% " 00>?(的结论基本一致)
A.?>喀斯特森林植被自然恢复中土壤结构演化
特征
!!土壤的结构特征可以用 >?EP来表征) 本研究
中!随恢复进展!总体上 # $# ;0土层 >?EP呈增加
趋势!s"# ;0土层呈减小趋势!$# "# ;0土层则处
于二者之间而变化不明显!表土层"# $# ;0#与王
培将,$"-所得结果一致!说明植被恢复有利于土壤结
构改善!也暗示喀斯特区随植被自然恢复总体上土壤
结构演化的核心可能是表土层 >?的细化过程和下层
" s"# ;0#土壤 >?的粗化过程的共同作用!该结论是
否存在普遍性7 则需要进一步扩大采样区域进行进
一步的广度和深度的研究!如该结论存在普遍性则与
龙健等,)-研究得出的喀斯特山区石漠化演变的核心
是土壤颗粒的粗化(的结论既有相似之处也有不同之
处!相似之处在于石漠化与自然恢复是正反方向的演
替过程!而土壤的粗化与细化也是正反方向的变化过
程!这种正反变化基本相同!但不同之处在于喀斯特
植被自然恢复还伴随有下层" s"# ;0#土壤粗化过
程) 这反映了喀斯特植被自然恢复土壤结构变化的
复杂性!也反映了喀斯特生态环境恢复的艰巨性) 因
此要保护好现有的喀斯特自然植被!一旦人为破坏!
土壤恢复相当艰巨) 本研究中!>?EP为 ".#$ "."#
间!比龙健等,)-研究石漠化过程中的 >?EP"".#
".&*#总体上要低!这一方面表明龙健等把 >?的粒级
别分得要多而存在一些差异!另一方面也表明喀斯特
区植被自然恢复中土壤结构总体上要比石漠化过程
中土壤结构要好)
AKA>6!,%在表征6!M7特征中的意义
喀斯特区 >?EP既可以反映土壤结构特征%又
可以作为土壤肥力和土壤侵蚀指标,)!$"- ) 本研究
中!>?EP与 $ " 00>?质量百分比有机碳贡献率
呈较强的正相关关系%与 #.% $ 00%#."% #.%
00>?质量百分比有机碳贡献率呈较强的负相关关
系%与r#."% 00>?质量百分比有机碳贡献率呈极
强的负相关关系!且均达到显著性水平"Fr#.#%#)
首先这说明 >?质量百分比有机碳的贡献与土壤形
状%结构等物理特性存在较强的内在关系!>?EP越
高!小粒级 >?个体数越多%大粒级 >?个体数越少!
而小粒级 >?质量百分比有机碳贡献率越低%大粒级
>?质量百分比有机碳贡献率越高!演替越处于后
期!其原因主要是随植被自然恢复小粒级 >?数目变
多但质量百分比变小%而大粒级 >?数目变少但所占
质量百分比变大+其次 >?质量百分比有机碳贡献率
"&"
第 " 期 黄宗胜等$喀斯特森林植被自然恢复中土壤团聚体有机碳含量与团聚体分形特征
与土壤侵蚀强弱也存在较强的内在关系!随植被自
然恢复土壤侵蚀得到遏制!各粒级 >?的空间分布%
数目%质量等发生变化!由此 >?EP也发生了变化!
同时各粒级 >?质量百分比有机碳贡献率亦发生变
化!因而 >?质量百分比有机碳贡献率在表征土壤侵
蚀上也具有重要意义+再次 >?EP也可以表征土壤
有机碳的活性与稳定性!大多数研究,"& W")-表明大粒
级 >?kG"#."% " 00#活性强%稳定性差!而小粒
级 >?kG" r#."% 00#活性差%稳定性强!例如本研
究中随植被自然恢复土壤表层 >?EP变大%$ "
00>?数目变少而r#."% 00>?数目则变多!与之
对应土壤有机碳活性降低而稳定性变强,$%- ) 因此!
>?EP可以作为喀斯特植被自然恢复土壤有机碳质
量评价的一项综合指标)
!结论
喀斯特区同一恢复阶段的同一土层中 $ "
00%#.% $ 00>?质量百分比与其质量百分比有
机碳贡献率均高于 #."% #.% 00%r#."% 00>?+
相同土层中的相同粒级 >?kG含量与其质量百分比
有机碳含量均随植被自然恢复呈增加趋势+同一恢
复阶段的相同粒级 >?kG含量与其质量百分比有机
碳含量随土层加深呈减少趋势+随植被自然恢复
>?EP在 # $# ;0土层呈增加趋势%在 s"# ;0土
层呈减小趋势+喀斯特森林植被自然恢复中!土壤结
构演化的核心可能是上层土壤细化和下层土壤粗
化!>?kG演化特征与土壤结构%侵蚀等具有较强的
内在关系! >?EP可以表征土壤有机碳质量+加强喀
斯特植被的恢复保护!有利于土壤结构的改善%减少
土壤侵蚀%土壤有机碳循环和累积)
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