赵世伟等：黄士高原植被演替下土壤孔隙的定量分析 4结论 间的廷长和植被类型的改变逐渐增强，最终在Cs土 壤孔隙参数达到最优试验结果将为黄十高原十壤 针对目前研究中缺乏对黄士高原植被自然恢复 水库功能的评价及与土壤结构相关的研究提供参考 演替过程中土壤孔隙特征的深入探讨，利用CT扫描 依据 和图像处理技术，对黄土高原子午龄林区5个植被自 (②)随着黄土高原植被自然恢复的演替进行 然恢复流林阶段样地表层1557mm的土璃隙参数 进行了定量分析，得出以下主要 壤有机质含量得到明显增加，并且与各孔隙参数 论 间均有极显著(P<0.001)的线性关系，有机质累积量 ()在植被自然恢复演替过程中，土壤的孔隙 的增加可能是植被自然恢复过程中土壤孔眼特征变 数、孔隙度、孔隙成圆率和分形维数等孔隙参数均得 化的主要原因之一 到极显著地提高(P<0.0I),且均表现出Cs>Pas>Ss> 本文较系统地描述了长时间尺度的植被演替序 Hs>Af的变化规律.与As相比，Cs的孔隙数、大孔 列中土壤孔隙特征的变化规律，并讨论了土壤孔隙 隙度、孔隙成圆率和孔隙分形维数分别提高了1.7， 参数与有机质含量的关系，下一步工作需对有机质 39,0.23和0.27倍，说明植被自然恢复能明显促进土 驱动孔隙特征变化的机理、根系对土壤孔隙形成的 壤孔隙状况的提高，并且这种作用随着恢复演替时 影响等方面进行深入探讨 致谢 作者对董志坚医生在CT扫描试验中提供的帮助和审稿专家提出的意见表示衷心的感谢 参考文献」 ,未量谟.黄土高原国土整治28学万略的理论与实我.中国科学院院刊，1998,13232 290-299 6 Letey The study of soil structure:Scicnce or art Aust JSoil Res991.9:699-707 7 Rasiah V.Alymore LAGThe topoloy of pore structure inrakin lay1Theestmationof numerica density.Joi i99.9: 花，等。半干早典型草原区退耕地土壤结构特征及其对入 9 Li Y Y.Shao MA.Change of soil physical rties under lone-term patural veo s Plateau of China.JArid 0, 能及有效性研 23389 Water Resour Res.1994.30:691-700 sment of Chinese paddy-soil structure using X-ray computed tomography.Geoderma.2008.145 14 Rasiah V,the changes in porosity by computed tom aphy and fractal dimension.Soil Sci.1998.163: 203-211 n S H,Gantzer C J,et al.Influence of prairie restoration on CT.me ured soil pore characteristics.J Environ Qual 16 Udawatta RP.Ander rson S H.CT-measured pore characteristics of surface and subsurface soils influenced by agroforestry and grass buffers Geoderma,2008,14381-38 stry and grass buffer influ characteristics:A computed graphy 77 230 赵世伟等: 黄土高原植被演替下土壤孔隙的定量分析 230 4 结论 针对目前研究中缺乏对黄土高原植被自然恢复 演替过程中土壤孔隙特征的深入探讨, 利用 CT 扫描 和图像处理技术, 对黄土高原子午岭林区 5 个植被自 然恢复演替阶段样地表层15~57 mm的土壤孔隙参数 进行了定量分析, 得出以下主要结论: (1) 在植被自然恢复演替过程中, 土壤的孔隙 数、孔隙度、孔隙成圆率和分形维数等孔隙参数均得 到极显著地提高(P<0.01), 且均表现出 Cs>Pas>Ss> Hs>Afs 的变化规律. 与 Afs 相比, Cs 的孔隙数、大孔 隙度、孔隙成圆率和孔隙分形维数分别提高了 1.7, 3.9, 0.23 和 0.27 倍, 说明植被自然恢复能明显促进土 壤孔隙状况的提高, 并且这种作用随着恢复演替时 间的延长和植被类型的改变逐渐增强, 最终在 Cs 土 壤孔隙参数达到最优. 试验结果将为黄土高原土壤 水库功能的评价及与土壤结构相关的研究提供参考 依据. (2) 随着黄土高原植被自然恢复的演替进行, 土 壤有机质含量得到明显增加, 并且与各孔隙参数之 间均有极显著(P<0.001)的线性关系, 有机质累积量 的增加可能是植被自然恢复过程中土壤孔隙特征变 化的主要原因之一. 本文较系统地描述了长时间尺度的植被演替序 列中土壤孔隙特征的变化规律, 并讨论了土壤孔隙 参数与有机质含量的关系, 下一步工作需对有机质 驱动孔隙特征变化的机理, 根系对土壤孔隙形成的 影响等方面进行深入探讨. 致谢 作者对董志坚医生在 CT 扫描试验中提供的帮助和审稿专家提出的意见表示衷心的感谢. 参考文献 1 朱显谟. 黄土高原国土整治“28 字方略”的理论与实践. 中国科学院院刊, 1998, 13: 232—236 2 朱显谟. 重建土壤水库是黄土高原治本之道. 中国科学院院刊, 2006, 21: 320—324 3 李玉山. 土壤水库的功能和作用. 水土保持通报, 1983, 5: 27—30 4 Boyle M, Frankenberger W T, Stolzy L H. The influence of organic matter on soil aggregation and water infiltration. J Prod Agric, 1989, 2: 290—299 5 Six J, Paustian K, Elliott E T, et al. Soil structure and organic matter: I. Distribution of aggregate-size classes and aggregate-associated carbon. Soi Sci Soc Am J, 2000, 64: 681—689 6 Letey J. The study of soil structure: Science or art. Aust J Soil Res, 1991, 29: 699—707 7 Rasiah V, Alymore L A G. The topology of pore structure in cracking clay soil: I. The estimation of numerical density. J Soil Sci, 1998, 39: 303—314 8 赵勇钢, 赵世伟, 曹丽花, 等. 半干旱典型草原区退耕地土壤结构特征及其对入渗的影响. 农业工程学报, 2008, 24: 14—20 9 Li Y Y, Shao M A. Change of soil physical properties under long-term natural vegetation restoration on the Loess Plateau of China. J Arid Environ, 2006, 64: 77—96 10 赵世伟, 周印东, 吴金水. 子午岭次生植被下土壤蓄水性能及有效性研究. 西北植物学报, 2003, 23: 1389—1392 11 周印东, 吴金水, 赵世伟, 等. 子午岭植被演替过程中土壤剖面有机质与持水性能变化. 西北植物学报, 2003, 23: 895—900 12 Peyton R L, Gantzer C J, Anderson S H, et al. Fractal dimension to describe soil macropore structure using X-ray computed-tomography. Water Resour Res, 1994, 30: 691—700 13 Sander T, Gerke H H, Rogasik H. Assessment of Chinese paddy-soil structure using X-ray computed tomography. Geoderma, 2008, 145: 303—314 14 Rasiah V, Aylmore L A G. Characterizing the changes in soil porosity by computed tomography and fractal dimension. Soil Sci, 1998, 163: 203—211 15 Udawatta R R, Anderson S H, Gantzer C J, et al. Influence of prairie restoration on CT-measured soil pore characteristics. J Environ Qual, 2008, 37: 219—228 16 Udawatta R P, Anderson S H. CT-measured pore characteristics of surface and subsurface soils influenced by agroforestry and grass buffers. Geoderma, 2008, 145: 381—389 17 Udawatta R P, Anderson S H, Gantzer C J, et al. Agroforestry and grass buffer influence on macropore characteristics: A computed tomography analysis. Soi Sci Soc Am J, 2006, 70: 1763—1773