摘要：" 以广西国有大桂山林场为研究区域，选择连栽第1代（I）、第2代（II）、第3代（III）桉树人工林为研究对象。采集0～20 cm和20～40 cm土层原状土样，通过传统湿筛法和Le Bissonnais（LB）法探究土壤团聚体稳定性的变化规律，其中LB法包括快速湿润（FW）、慢速湿润（SW）和预湿扰动（WS）处理。结果表明，桉树人工林土壤主要以gt; 2mm团聚体为主。在不同湿润处理下，土壤团聚体稳定性指标MWD和GMD值均表现为III gt; II gt; I，说明连栽第3代的桉树人工林土壤团聚体稳定性最高。在桉树人工林中，MWD和GMD值随着土层深度的增加而减少，表明表层土壤团聚体稳定性较高于底层。在LB法的3种湿润处理中，桉树人工林土壤团聚体MWD和GMD值均表现为WS gt; SW gt; FW，表明FW处理对本研究区域的土壤团聚体破坏最大。该处理是模拟大雨突然来临时的情形，其破坏机制是团聚体内闭蓄空气被快速压缩而产生的气爆作用。因此，适当增加林下植被覆盖度则有利于桉树人工林土壤结构的改善。
关键词：" 桉树人工林；" 团聚体稳定性；" Le Bissonnais法
中图分类号：" "S 714. 5" " " " " " " "文献标识码：" "A" " " " " " " " 文章编号：１００1 － 9499（２０24）06 － 0028 － 06
The Disintegration Mechanism of Soil Aggregates in Eucalyptus Plantations： Based on the Le Bissonnais Method
LIANG Jianxin1 ZHOU Juan1 ZHU Xinghua1 WU Yuhui1 SHI Yu1** TANG Lili2
（1." Guangxi Zhuang Autonomous Region State-owned Dagui Mountain Farm，" Guangxi Hezhou 542899;" 2." College of Forestry， Guangxi University，" Guangxi Nanning 530004）
Abstract In this study， the first generation（I）， second generation（II）， and third generation（III） Eucalyptus plantations were planted in Daguishan Forest Farm， Guangxi. Undisturbed soil samples of 0～20 cm and 20～40 cm soil layers were collected， and the change rule of soil aggregate stability was investigated by traditional wet sieve method and Le Bissonnais （LB） method， in which the LB method included fast wetting （FW）， slow wetting （SW）， and wet disturbance （WS） treatment. The results showed that the soil of Eucalyptus plantations was mainly composed ofgt;2 mm aggregates. Under different wetting treatments， the values of soil aggregate stability indexes （MWD and GMD） were IIIgt;II gt;I， indicating that the soil aggregate stability of the third successive generation of Eucalyptus plantations was the highest. In Eucalyptus plantations， the MWD and GMD values decreased with the increase of soil depth， indicating that the stability of soil aggregates in the top layer was higher than that in the bottom layer. In the three kinds of wetting treatments with LB method， the values of MWD and GMD of soil aggregates in Eucalyptus plantations were WSgt;SWgt;FW， indicating that FW treatment had the greatest damage to soil aggregates in this study area. The treatment is to simulate the situation of sudden heavy rain， and its failure mechanism is the gas explosion caused by the rapid compression of the enclosed air in the agglomeration. Therefore， an appropriate increase in understory vegetation coverage is beneficial to the improvement of soil structure of Eucalyptus plantations.
Key words Eucalyptus plantations; aggregate stability; Le Bissonnais method
土壤是陆地生态系统中最大的碳库，其碳储量大于陆地植被和大气总和，在全球碳循环中起着至关重要的作用。然而，相当一部分土壤有机碳会以二氧化碳（CO2）的形式释放至大气。因此，增强土壤有机碳固存对于缓解温室效应具有巨大潜力[ 1 ]。桉树（Eucalyptus spp.）是我国三大速生树种之一，具有生长迅速、病虫害少、抗逆性强以及用途广泛等优点，在我国南方地区（尤其是广西）普遍种植[ 2 ]。开展桉树人工林土壤固碳增汇研究，对实现森林土壤减排增汇、助力国家“双碳”目标具有积极贡献[ 3 ]。作为土壤结构的基本单元，团聚体的形成与稳定可减少氧气和酶的扩散，降低有机碳受微生物和酶降解的风险，故团聚体对有机碳的物理保护被认为是增强有机碳固存的关键机制[ 4 ]。然而，桉树人工林常采用超短轮伐周期、多代连栽经营模式，该模式导致的团聚体稳定性减弱对土壤固碳增汇具有深刻的负面影响。
目前，众多学者在探究土壤团聚体稳定性的变化规律时，传统湿筛法依然是最常用的方法，但该方法尚无法区分团聚体崩解的不同机制，故其研究结论相对片面[ 5 ]。Le Bissonnais（LB）法通过对团聚体进行快速湿润（FW）、慢速湿润（SW）和预湿扰动（WS）来区分其崩解的不同机制：FW处理模拟土壤结构在暴雨或灌溉条件下由密闭气体爆破造成的破坏，强调消散作用；SW处理模拟土壤结构在小雨或滴灌条件下由毛细作用造成的破坏，强调黏粒膨胀作用；WS处理主要强调机械扰动作用[ 6 ]。已有研究证实LB法不仅可以从团聚体崩解机制方面对土壤结构进行区别评价，还可以追溯致使土壤结构破坏的作用来源[ 7 ]。因此，本研究以广西国有大桂山林场为研究区域，以不同连栽代次桉树人工林为研究对象，基于LB法探究土壤团聚体稳定性的变化规律，旨在全面了解桉树人工林土壤团聚体崩解机制，以期为提升桉树人工林土壤的碳汇效应提供理论依据。
1 材料与方法
1. 1 研究区域概况
研究区域位于广西贺州市八步区大桂山林场（111°20′5″～111°54′39″E，23°58′33″～24°14′25″N），属亚热带季风地区，年降水量为2 000～2 600 mm，年气温为18.0～21.0 ℃。地形以低矮的丘陵为主，成土母岩主要为砂页岩，土壤类型为砖红壤，质地为壤质粘土。
1. 2 样地设置
本研究选取具有充分代表性的连栽第1代（I）、第2代（II）、第3代（III）桉树人工林为研究对象，所有连栽代次的桉树均为2年生，桉树品种为巨尾桉（Eucalyptus grandis×urophylla），种植密度约为1667株/ hm2，株行距2 m×3 m，坡度15°～20°，海拔723～730 m。在各林分中随机设置3个30 m×30 m的标准样方作为3个重复，共计9个标准样方（3个林分×3个重复）。各林分仅在造林初期进行抚育，以保证成活率，此后均遵循近自然林的经营原则。
1. 3 样品采集
在每个标准样方内用网格法布置9个1 m × 1 m的采样点，采集土壤表面的凋落物，用于凋落物基本性质的测定（表1）。从表层向下按0～20 cm和20～40 cm土层采集原状土壤，将采集的土壤分层混合，一共得到18个混合土样（3个林分 × 3个重复×2个土层）。将每个混合土样沿其自然结理分开，过5 mm筛除去小石块和动植物残体等，置于室内阴凉通风处风干。风干后的土样一部分用于全土基本性质的测定（表1），另一部分用于团聚体分级。
1. 4 团聚体分级
湿筛法[ 8 ]：结合土壤团粒分析仪对土壤团聚体进行分级，分析仪的孔径大小依次为2、1 mm和0.25 mm。将100 g土样放入加好去离子水的分析仪中，筛分30 min（上下振幅为4 cm，频率为20次/ min），筛分结束后，将各粒级团聚体轻轻移至铝盒中，再放入105 ℃恒温鼓风烘箱中烘干至恒重，最后取出称重。
LB法[ 9 ]：采用湿筛法选取的粒级为2～5 mm土壤团聚体，用铝盒装好后放于恒温鼓风烘箱中，设置温度为40 ℃，烘干至恒重，保证样品初始含水量一致，之后分别进行FW、SW和WS处理。FW处理：将5 g团聚体快速倒入装有50 mL去离子水的烧杯中，静置10 min后用移液管将水吸去；SW处理：将5 g团聚体轻轻置于-0.3 kPa的湿润滤纸上，静置40 min使其完全湿润；WS处理：将5 g团聚体置于装有50 mL 95%乙醇溶液的三角瓶中，10 min后用移液管将乙醇吸去，之后加去离子水至200 mL，盖好橡皮塞后将瓶子上下颠倒20次，静止30 min后用移液管将水吸去。3种处理后，均用95%乙醇溶液将团聚体洗至0.25 mm的筛子上，将其浸没在95%乙醇溶液中，上下震荡20次/min，共5 min，上下振幅为2 cm，之后将其移入铝盒中，在40 ℃烘箱中烘干至恒重，冷却到室温后称重，之后将处理后的团聚体土样依次过2 mm、1 mm和0.25 mm的土壤套筛，并对各粒级团聚体进行称重。
1. 5 指标计算
土壤团聚体稳定性由平均重量直径（MWD，mm）和几何平均直径（GMD，mm）表征，其计算公式为[ 10 ]：
MWD=（XiWi）（1）
GMD=exp（2）
式中，Xi为第i粒级团聚体的平均直径（mm）;Wi为第i粒级团聚体的质量百分比（%）。
1. 6 数据处理
数据在SPSS 21.0软件中进行统计分析，图表采用Microsoft Office 4.3软件制作。采用最小显著性差异法检验不同处理之间相关指标差异的显著性水平（Plt;0.05），图表中数据为平均值（n=3）±标准差（SD）。
2 结果与分析
2. 1 湿筛法处理下土壤团聚体分布特征
如图1所示，湿筛后，3个连栽代次的桉树人工林总体上以gt;2 mm土壤团聚体为主，平均占比为26.69%；其次为0.25～1 mm和lt;0.25 mm土壤团聚体，平均占比分别为26.25%和24.10%；最后为1～2 mm土壤团聚体，平均占比为22.96%。在桉树人工林中，gt;2 mm土壤团聚体含量表现为0～20 cm土层较高于20～" "40 cm土层，而lt;0.25 mm土壤团聚体含量则呈相反的趋势。
对于同一粒级土壤团聚体而言，不同连栽代次之间亦有显著差异。在gt;2 mm土壤团聚体中，桉树人工林表现为III gt; II gt; I；然而，在lt;0.25 mm和0.25～1 mm土壤团聚体中，桉树人工林则表现为I gt; II gt; III；在1～2 mm土壤团聚体中，连栽代次之间差异不显著。总体而言，III林分的gt;2 mm土壤团聚体含量较高于其他粒级，I林分的lt;0.25 mm和0.25～1 mm土壤团聚体含量较高于其他粒级，在II林分中，各粒级土壤团聚体含量之间没有显著差异。
2. 2 湿筛法处理下土壤团聚体稳定特征
MWD和GMD是评价土壤团聚体稳定性的重要指标，其值越大，则团聚体稳定性越高，土壤结构就越稳定。土壤团聚体稳定性可依据MWD分为5个级别：MWD lt; 0.40，极不稳定；0.40≤MWDlt;0.80，不稳定；0.80≤MWDlt;1.30，稳定；1.30≤MWDlt; 2.00，很稳定；MWD≥2.00，极稳定[ 11 ]。
如图2所示，湿筛后，II和III林分的MWD值为1.35～1.80 mm，土壤结构很稳定；而I林分的MWD值为1.39～1.17 mm，土壤结构稳定。此外，各林分的GMD值变化范围为0.74～1.12 mm，亦表现为III gt; II gt; I。总体而言，II和III林分的MWD和GMD值均显著高于I林分，尤其是III林分，表明其土壤团聚体稳定性更高。在相同林分中，0～20 cm土层团聚体稳定性指标MWD和GMD值均高于20～40 cm土层，表明0～20 cm土层的团聚体结构较20～40 cm土层更稳定。
2. 3 LB法处理下土壤团聚体分布特征
如图3所示，无论湿润处理如何，不同连栽代次桉树人工林均以gt;2 mm土壤团聚体为主，占全土质量的50.88%～86.95%，其次是1～2 mm和0.25～ 1 mm土壤团聚体，分别占全土质量的8.87%～24.64% 和3.09%～18.9%，lt;0.25 mm土壤团聚体含量相对较少，占全土质量的0.80%～5.83%。gt;2 mm土壤团聚体含量表现为0～20 cm土层高于20～40 cm土层，0.25～1 mm土壤团聚体含量则表现为20～40 cm土层高于0～20 cm土层，而1～2 mm和lt; 0.25 mm土壤团聚体含量在不同土层之间差异不显著。
在FW和SW处理下，gt;2 mm土壤团聚体含量表现为III gt; II gt; I，而1～2 mm和0.25～1 mm土壤团聚体含量则呈相反的趋势，即I gt; II gt; III。在WS处理下，各粒级土壤团聚体含量在不同连栽代次之间差异不显著。gt;2 mm土壤团聚体含量在FW处理下显著低于SW和WS处理，表现为FWlt;SWlt; WS，而1～2 mm和0.25～1 mm土壤团聚体含量在FW处理下则显著高于SW和WS处理，表现为FW gt; SW gt; WS。总体而言，FW处理比SW和WS处理更容易使大团聚体（gt;0.25 mm）破碎成为微团聚体（lt; 0.25 mm），进而破坏土壤结构。在桉树人工林中，大团聚体含量在0～20 cm土层中较高，而微团聚体含量则在20～40 cm土层中较高。
2. 4 LB法处理下土壤团聚体稳定特征
如图4所示，在FW和SW处理下，桉树人工林土壤团聚体MWD和GMD值表现为IIIgt;IIgt;I。在WS处理下，土壤团聚体MWD和GMD值在不同连栽代次之间无显著变化。在不同湿润处理下，0～20 cm土层的团聚体MWD和GMD值均高于20～40 cm土层。总体而言，III林分的土壤团聚体稳定性显著高于II和I林分，0～20 cm土层团聚体稳定性较高于20～40 cm土层。
在桉树人工林中，FW处理的土壤团聚体MWD和GMD值均显著小于SW和WS处理，表现为FWlt;SWlt;WS。结果表明，FW处理极易破坏桉树人工林土壤团聚体，其次是SW处理，WS处理对土壤团聚体的破坏性最小。
3 讨 论
在本研究中，连栽代次和湿润处理均显著影响桉树人工林土壤团聚体组成及其稳定性。在湿筛和LB处理下，桉树人工林土壤团聚体均以gt;2 mm粒级为主，且表现为IIIgt;IIgt;I。相关研究表明，大团聚体比例的增加可以显著改善土壤结构，提升团聚体稳定性。Mao等[ 12 ]研究发现，土壤团聚体MWD和GMD值的降低主要是由大团聚体分解为微团聚体而引起。在本研究中，III林分的土壤团聚体稳定性显著高于II和I林分，表明连续种植桉树（从第1代至第3代）能够显著增加gt;2 mm土壤团聚体含量，从而增强土壤团聚体稳定性和提高土壤抗侵蚀能力[ 13 ]。
根据土壤团聚体的概念模型，植物凋落物返回土壤后，其分解产物在不同大小的团聚体中分布不均匀，最终影响土壤团聚体组成[ 14 ]。在本研究中，III林分在凋落物数量上具有优势（表1）。在凋落物分解过程中，其分解产物很容易结合土壤矿物颗粒形成大团聚体（尤其是gt;2 mm团聚体），从而增强了土壤团聚体稳定性。此外，III林分的大量凋落物可以为土壤团聚体提供物理保护，从而减少了降雨和径流造成的地表土壤侵蚀，缓解了大团聚体的破碎。
在桉树人工林中，4种湿润处理均对土壤团聚体的稳定性产生重要影响。湿筛法模拟了团聚体崩解的全部机制，因此对土壤结构破坏较大[ 15 ]。湿筛法处理下的gt;2 mm团聚体含量、MWD和GMD值均较低于LB法。在LB法的3种湿润处理中，FW处理的土壤团聚体MWD和GMD值最低，其次是SW和WS处理，这表明FW处理对团聚体的破坏最大。FW处理能够模拟团聚体内闭蓄空气被快速压缩而产生的爆破，具备极强的破坏力[ 16 ]。我国南方属典型的亚热带季风气候，水热充沛，降水集中在4～9月份，占全年降水总量的70%以上。夏季高温酷热，且降雨随机而猛烈，而FW处理正是模拟暴雨突然到来时的情形。FW破碎机制可能正解释了我国南方桉树人工林夏季大规模的水土流失的现象。
土壤团聚体破碎容易使土壤受到侵蚀，并导致森林生产力下降。南方红壤地区已经是继黄土高原之后水土流失最严重的地区，因此采用有效的生态工程技术和策略来控制土壤侵蚀非常重要，尤其是在降雨猛烈的夏季，例如地表覆盖、树篱系统，以及混合种植等均有显著效果[ 17 ]。Dai等[ 18 ]研究表明，地表覆盖是我国红壤地区缓解水土流失最具成本效益的治理措施。Babur等[ 19 ]研究发现，树篱系统作为一种土壤生物工程技术，可以减少土壤侵蚀，提高陡坡上土壤团聚体的稳定性。在本研究区域，已有研究证明选择适宜的树种（米老排、火力楠等）与桉树混合种植能够有效增加林下植被覆盖度，从而实现桉树人工林土壤结构的改善[ 20 ]。
4 结 论
在本研究中，桉树人工林土壤主要以gt;2mm团聚体为主。在不同湿润处理下，土壤团聚体稳定性指标MWD和GMD值均表现为IIIgt;IIgt;I，说明连栽第3代的桉树人工林土壤团聚体稳定性最高。在桉树人工林中，MWD和GMD值随着土层深度的增加而减少，表明表层土壤团聚体稳定性较高于底层。在LB法的3种湿润处理中，桉树人工林土壤团聚体MWD和GMD值均表现为WSgt;SWgt;FW，表明FW处理对本研究区域的土壤团聚体破坏最大。该处理是模拟大雨突然来临时的情形，其破坏机制是团聚体内闭蓄空气被快速压缩而产生的气爆作用。
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