中国科学：地球科学2010年第40卷第2期 3讨论 植物调落物对土境的归还量的变化四，在植被自然 恢复演替序列中，随着演替时间的延长，越来越多的 本研究利用CT扫描分析了子午岭林区植被自然 植物调落物腐烂、分解并转化为有机质积累于土壤削 恢复5个演替阶段土壤的孔晾特征，结果显示，在植 而中致使有机质含量增加.而有机质含量的增加又 被自嫁恢钉演林过程中十境的孔隙数、孔隙府、孔 蜜成圆率和分形维数等孔隙参数均得到极显著地提 使土壤孔隙特征发生变化.由此可见，植被自然恢复 高(P<001日表出Cs>PasSs>Hs之A民的变 演替过程增加了土壤有机质的积累，从而对土壤孔 规律，这表明植被自然恢复能显著改善土壤孔隙 特征有着重要的影响 般来说 :壤的孔状况主要受有机质在 壤累积量的影响，除此之外还可能与植物根系的活 者采用传统测定方法对本地区植被演替的士孔阿 动及土壤动物等因素有关，这些影响随着土壤深度 度进行了分析，所得研究结果的变化规律与本试验 的增加而降低.本试验中15-57mm土层的孔隙参数 孔隙度的结果 一致1.Udawatta等16利用CT技 随着十摩深度的增加均表现出下隆的挡势这与已 术分析了不同植被管理措施对土壤孔隙参数的影响 有的研结论 一致12Are等6应用CT技术对 研究发现林地的孔隙参数要明显好过草地和农地， 免耕地中的≥0.54mm大孔隙进行了研究，发现 并且天然草地要优于恢复草地和农地这些结果 0-200mm土层中的大孔隙度随着深度增加有明显减 与本文中的部分结论一致，即Ps或Cs的孔隙参数 少的趋势，并认为大孔隙的形成机理与地上残留物、 要优于H5或A6,但本文还对以灌木为主的灌从雅 植物根系类型及士壤动物等因素有关， 茨阶段讲行了研究发弹木的痒孔留结构 折化的原因 在植被自然 替过程中，地上植被的建种群由草木经灌木 41R0 了变化，植被调落物转化为 壤物 理 生质发生改变， 影用孔隙状沙 。 有机质是土壤团聚体形成的最重要胶结物质， 通过有机质中不同组分的作用，土壤中的颗粒或团 30 聚体进行胶结，改变了土壤的固体形态，从而也就改 变了土壤孔隙的状况，3本试验中萌若黄土高原 植被自然恢复的演替进行，土壤有机质含量得到明 显增加.与Afs(20.4gkg)相比，Hs(38.7gkg,Ss(43.2 /kg.pas53.8eg)和Cs62.1e/小g的有机质含量分 别提高了19.2126和30倍，除P5外其他4个 阶段相互之间的差异显著P<0.05).Emers 和 Mega 土壤孔隙度 土壤有机质含 CT测定的各项孔隙参数。 的关系进行了分 (图4)，表明有机质含量与各参 间均有极显名 (P<0.001)的线性关系，即随着有机质含量的增加总 孔隙数、总孔腺度、成圆率和分形维数均呈线性增加 的趋势，这说明有机质含量对本试验中植被自然恢 80 70 复演替阶段的土壤孔隙特征变化有着重要的作用， 并且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，有机质含量变化的原因主要在于 图4士壤有机质含量与孔隙参数的关系 229中国科学: 地球科学 2010 年 第 40 卷 第 2 期 229 3 讨论 本研究利用 CT扫描分析了子午岭林区植被自然 恢复 5 个演替阶段土壤的孔隙特征, 结果显示, 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, 这表明植被自然恢复能显著改善土壤孔隙状 况, 并且这种作用随着恢复正向演替过程的进行而 逐渐增强, 最终在 Cs 达到孔隙参数的最优. 许多学 者采用传统测定方法对本地区植被演替的土壤孔隙 度进行了分析, 所得研究结果的变化规律与本试验 孔隙度的结果一致[31,32]. Udawatta 等[16,17]利用 CT 技 术分析了不同植被管理措施对土壤孔隙参数的影响, 研究发现林地的孔隙参数要明显好过草地和农地, 并且天然草地要优于恢复草地和农地[15]. 这些结果 与本文中的部分结论一致, 即 Pas 或 Cs 的孔隙参数 要优于 Hs 或 Afs, 但本文还对以灌木为主的灌丛群 落阶段(Ss)进行了研究, 发现灌木的土壤孔隙结构优 于草本而不及乔木. 分析变化的原因, 在植被自然演 替过程中, 地上植被的建种群由草木经灌木演替至 乔木, 植被的多样性发生了变化, 植被凋落物转化为 有机质后使土壤物理性质发生改变, 影响孔隙状况. 有机质是土壤团聚体形成的最重要胶结物质, 通过有机质中不同组分的作用, 土壤中的颗粒或团 聚体进行胶结, 改变了土壤的固体形态, 从而也就改 变了土壤孔隙的状况[33,34]. 本试验中, 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. 与 Afs(20.4 g/kg)相比, Hs(38.7 g/kg), Ss(43.2 g/kg), Pas(53.8 g/kg)和 Cs(62.1 g/kg)的有机质含量分 别提高了 1.9, 2.1, 2.6 和 3.0 倍, 除 Pas 外, 其他 4 个 阶段相互之间的差异显著(P<0.05). Emerson 和 McGarry[35]对不同土壤类型的研究表明, 土壤孔隙度 随着碳含量的增加而增大. 本文对土壤有机质含量 与 CT 测定的各项孔隙参数之间的关系进行了分析 (图 4), 表明有机质含量与各参数之间均有极显著 (P<0.001)的线性关系, 即随着有机质含量的增加总 孔隙数、总孔隙度、成圆率和分形维数均呈线性增加 的趋势, 这说明有机质含量对本试验中植被自然恢 复演替阶段的土壤孔隙特征变化有着重要的作用, 并且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. 有机质含量变化的原因主要在于 植物凋落物对土壤的归还量的变化[11], 在植被自然 恢复演替序列中, 随着演替时间的延长, 越来越多的 植物凋落物腐烂、分解并转化为有机质积累于土壤剖 面中, 致使有机质含量增加, 而有机质含量的增加又 使土壤孔隙特征发生变化. 由此可见, 植被自然恢复 演替过程增加了土壤有机质的积累, 从而对土壤孔 隙特征有着重要的影响. 一般来说, 土壤的孔隙状况主要受有机质在土 壤累积量的影响, 除此之外还可能与植物根系的活 动及土壤动物等因素有关, 这些影响随着土壤深度 的增加而降低. 本试验中 15~57 mm 土层的孔隙参数 随着土壤深度的增加均表现出下降的趋势, 这与已 有的研究结论一致[15~17,21]. Asare 等[36]应用 CT 技术对 免耕地中的≥0.54 mm 大孔隙进行了研究, 发现在 0~200 mm 土层中的大孔隙度随着深度增加有明显减 少的趋势, 并认为大孔隙的形成机理与地上残留物、 植物根系类型及土壤动物等因素有关. 图 4 土壤有机质含量与孔隙参数的关系