亞熱帶侵蝕紅壤區植被恢復過*程中土壤團聚體化學計量特征

區曉琳 陳志彪? 陳志強 陳海濱 任天婧

（1 濕潤亞熱帶山地生態國家重點實驗室培育基地，福州 350007）

（2 福建師范大學地理科學學院，福州 350007)

土壤團聚體是土壤結構的基本單元，通常由不同尺度礦物顆粒和膠體物質共同參與發生凝聚膠結作用結合形成大小不一的多孔介質結構體。土壤團聚體是土壤碳、氮、磷等養分的存儲與轉化場所以及土壤微生物的生存環境，對調控植物生長、降低水力侵蝕、提高土壤肥力水平等有重要作用［1］。由于不同粒徑團聚體形成方式和膠結物質不同，它們對有機碳、氮和磷的吸附形態以及穩定性存在差異，導致對養分固定及轉化能力的不同［2-3］，影響著土壤養分地球化學循環過程。生態化學計量學作為對生態系統養分循環研究的重要工具，是分析多重元素，尤其是結構性元素（C）與限制性元素（N、P）之間的平衡關系以及生態系統交互影響的理論依據［4-5］，對植物、凋落物、土壤及微生物等碳氮養分循環、養分限制、碳固定以及森林演替等起指示性作用［6］。土壤作為一個復雜的生態系統，土壤中碳、氮、磷元素是植物生長重要的養分來源，主要儲存在不同粒徑團聚體內，植被狀況對團聚體養分固持與循環的影響不容忽視。目前，關于不同植被狀況下團聚體研究以團聚體形成機制、穩定性、養分尤其是碳氮固存較多［7-8］，對植被恢復過程中土壤團聚體中碳、氮、磷生態化學計量特征的研究相對較少。

由于地理環境以及植被破壞的影響，福建省長汀縣水土流失區成為我國中亞熱帶花崗巖紅壤生態系統脆弱區的典型代表。境內陡坡丘陵山地集中分布，土壤抗蝕性極差，且保水保肥能力低下，植被的自然恢復較為困難，且稀疏的植被覆蓋加劇土壤侵蝕發生，面蝕、溝蝕和崩崗等侵蝕地貌廣泛分布［9］。植被恢復是實現生態修復的重要對策，由于惡劣的生態環境，自然植被恢復過程存在較大的困難，采用人工植被恢復措施是加快生態恢復過程的重要手段。自20世紀80年代以來，該地區相關部門相繼實施一系列以喬-灌-草恢復植被措施，經過30多年恢復，該區生態恢復成效顯著。植被恢復必然導致侵蝕紅壤中碳氮磷元素的輸入/輸出產生深刻的影響，通過生態化學計量特征可表征該地區養分循環特征。目前，已有學者針對植被恢復過程土壤碳礦化［10］以及生態化學計量特征［11］等進行比較系統的研究，土壤團聚體方面亦有研究［12］，但對植被恢復對侵蝕退化地土壤團聚體碳、氮、磷及其化學計量特征的認識尚淺。因此，本文通過化學計量學理論，以福建省長汀縣典型侵蝕退化紅壤區中不同植被恢復年限侵蝕坡地為研究對象，探討植被恢復過程中不同粒徑團聚體有機碳、全氮和全磷含量變化及其生態化學計量特征，分析植被恢復與侵蝕紅壤團聚體養分化學計量特征的關系，對于揭示紅壤侵蝕區植被恢復過程中土壤團聚體中碳、氮、磷的平衡關系以及土壤團聚體碳氮“匯”功能變化有重要指示性意義，為定量評價紅壤區生態恢復效果提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于閩西南長汀縣河田鎮朱溪小流域（116°23′30″—116°30′30″E，25°38′15″—25°42′55″N），屬中亞熱帶季風濕潤氣候，年均氣溫18.5 ℃，年均降雨量1 710 mm，年均蒸發量1 403 mm，年均無霜期260 d，大于等于10 ℃積溫4 100～4 650 ℃。土壤類型以燕山運動晚期中粗晶花崗巖風化發育形成的紅壤、侵蝕性紅壤為主，粗砂粒含量較高，抗蝕性極差；由于長期的土壤侵蝕和人為干擾，常綠闊葉林為主的地帶性植被遭到嚴重破壞，幾乎被馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）次生林替代。自20世紀80年代以來，研究區采取種植生態（林）草植被恢復措施，在保留“老頭松”的基礎上，補植木荷（Schima superba Gardn.et Champ.）、楓香（Liquidambar formosana Hance.）、胡枝子（Lespedeza bicolor Turcz.）等鄉土樹種，輔植寬葉雀稗（Paspalum wettsteinii Hackel.）、香根草（Vetoveria zizanioides Linn.）及百喜草（Paspalum natatu Flugge.）等草本植物。

在全面野外勘查的基礎上，依據典型性和代表性為原則，考慮成土母質和立地條件等綜合因素，選取未治理地（0 a）作為對照，恢復年限分別為5 a、10 a、15 a、30 a以及80 a（該樣地為次生林，樹齡約為70～90 a，平均為80 a），共計6處典型樣地。除恢復80 a樣地外，其余5個樣地在植被恢復前，土壤母質均為花崗巖，土壤A層剝蝕殆盡，B層厚度僅為5～10 cm，地形條件、侵蝕狀況和人為擾動均相似。未治理地（恢復0 a）雖經過幾十年時間自然恢復，地表土依然裸露，植被稀少，淺溝發育，坡面侵蝕嚴重；恢復5 a樣地坡頂部分基巖裸露，凋落物較少，植被以馬尾松、胡枝子、楓香和芒萁為主；恢復10 a和15 a樣地地表由芒萁覆蓋，凋落物厚度分別為0～3 cm、0～5 cm，植物群落以馬尾松、黃檀（Dalbergia hupeana Hance.）、芒萁（Dicranopteris dichotoma（Thunb.）Bernh.）、金茅（Eulalia speciosa）、五節芒（Miscanthus floridulus（Labill.）Warb.）為主；恢復30 a樣地林下植被稀少，凋落物厚度3～8 cm，植物群落以杉木、馬尾松、胡枝子和芒萁為主；恢復80 a樣地林下小型灌木較多，凋落物厚度3～10 cm，植物群落以馬尾松、楓香、荷花玉蘭（Magnolia grandiflora Linn.）等為主。各樣地基本理化性質見表1。

表1 不同恢復年限樣地基本狀況Table 1 Basic situations of six plots different in restoration history

1.2 樣品采集與測定

2015年8月上旬進行野外調查與采樣，為降低天氣因素對土壤狀況擾動，采樣前15天，天氣均以晴天和多云為主，氣溫在23～36℃之間。在每個樣地內設置3個20 m×20 m的標準樣方，相鄰樣方間距約10 m，近等高線平行布設樣方。樣方內按“S”形設置5個采樣點，并分0～20 cm和20～40 cm兩個土層采集原狀土樣，同一土層的5點土樣等量混合裝入1個硬質塑料盒內，共采集原狀土樣36份。原狀土樣在室內自然風干后，沿自然結構輕輕掰成直徑約1 cm的小土塊，除去植物殘體、礫石等雜物，采用四分法，取四分之一土樣，用于土壤理化性質的測定，剩余的原狀土樣采用沙諾維夫干篩法分離出＞5 mm、2～5 mm、1～2 mm、0.5～1 mm、0.25～0.5 mm、＜0.25 mm 共6級土壤團聚體組成后，分別研磨過0.149 mm篩，用于有機碳、全氮和全磷的測定。

土壤容重采用環刀法測定；土壤含水量采用鋁盒烘干法測定；土壤pH按水土2.5︰1采用STARTER 300便攜式酸度計測定。土壤團聚體有機碳和全氮采用碳氮元素分析儀（Elemantar vario MAX, 德國）測定；全磷用硫酸-高氯酸消煮定容及過濾，提取待測液后采用連續流動分析儀（Skalar san++, 荷蘭）測定。

1.3 數據處理與分析

土壤碳氮比（C︰N）、碳磷比（C︰P）和氮磷比（N︰P）均采用質量比。數據經Excel 2003初步整理后，統計分析采用SPSS 19.0進行，采用單因素方差分析（One-Way ANOVA）確定不同恢復年限各粒徑土壤團聚體化學計量變化特征，顯著性檢驗采用Duncan 新復極差法（顯著性水平設為α=0.05），利用Pearson 相關系數評價土壤團聚體養分及其化學計量特征之間相關程度，圖表制作通過Origin 9.0完成，圖表數據均以平均值±標準差表示。

2 結 果

2.1 植被恢復過程土壤團聚體養分含量變化

侵蝕退化生態系統經植被恢復后，土壤團聚體中的養分貯量出現不同程度的增加。由圖1可知，土壤團聚體有機碳、全氮和全磷含量變化范圍分別為2.06～27.71 g·kg-1、0.50～2.12 g·kg-1和0.034～0.189 g·kg-1。各粒級團聚體有機碳、全氮和全磷含量總體表現為隨植被恢復年限增加呈顯著增加趨勢；隨團聚體粒徑減小，有機碳、全氮和全磷含量總體上表現為增長趨勢。

0～20 cm土層中，在植被恢復過程中，各粒級團聚體有機碳含量表現為隨著恢復年限的增加呈顯著升高的趨勢，到恢復80 a時，各粒徑團聚體有機碳含量增加了4.93倍～6.27倍。有機碳含量隨團聚體粒徑減小表現為顯著增加特點（除恢復0 a 各粒徑有機碳變化不明顯外，其他隨著年限的增加，各粒徑間的有機碳含量越來越顯著），其中＜0.25 mm粒徑有機碳含量是＞5 mm粒徑的1.66倍～3.31倍。團聚體全氮含量亦表現為隨植被恢復年限增加呈增加趨勢，其中恢復80 a是恢復0 a的2.44倍～3.42倍。除恢復0 a和5 a 全氮含量隨粒徑減小而增加不顯著外，其他年限團聚體全氮含量均表現出隨著粒徑減小而顯著增加特點（P＜0.05）。全磷含量在植被恢復過程呈升高趨勢，變化大小則表現為80 a ＞30 a ＞15 a ＞10 a ＞0 a ＞5 a。除了恢復前15 a的全磷含量隨粒級減小變化不明顯外（P＞0.05），其他年限各粒級團聚體全磷含量則隨粒級減小略有增加趨勢，其中＜ 0.25 mm粒徑團聚體全磷含量顯著高于＞1 mm粒徑（P＜0.05）。

20～40 cm土層亦受到植被恢復的影響，土壤團聚體有機碳、全氮含量分配特征與表層0～20 cm相似，但含量大小和增加幅度明顯低于表層，0～20 cm土層的團聚體全磷含量亦略高于20～40 cm土層，三者均表現出養分的表層富集特征。恢復前15 a各粒級團聚體有機碳含量隨年限增加而無顯著增加（P＞0.05），恢復30 a和80 a則表現顯著增加趨勢。各粒級有機碳含量隨粒徑減小而顯著增加（恢復0 a除外）。團聚體中的全氮含量表現為在植被恢復前、中期間（恢復30 a之前）無明顯差異（P＞0.05），恢復80年則呈顯著升高趨勢。植被恢復過程中，各粒級團聚體全磷含量呈增加趨勢，變化的大小順序為80 a ＞10 a ＞30 a ＞15 a ＞0 a ＞5 a。隨粒徑減小其全磷含量略有升高，但粒徑間無顯著差異（P＞0.05）。

2.2 植被恢復過程土壤團聚體生態化學計量特征

由圖2可知，植被恢復過程中，各粒徑團聚體C︰N變化范圍為3.06～13.05，隨植被恢復年限增加，各粒級C︰N總體呈升高趨勢，隨粒徑減小總體上呈增加特點。0～20 cm土層中，團聚體C︰N變化范圍為4.49～13.05，隨恢復年限增加，各粒徑C︰N呈顯著升高趨勢，到恢復80 a時，C︰N升高了1.84倍～2.32倍。隨團聚體粒徑減小，C︰N呈顯著升高趨勢（P＜0.05），其中＜0.25 mm粒徑的C:N是＞5 mm粒徑的1.24倍～1.86倍。相對于0～20 cm土層，20～40 cm土層的團聚體C︰N值略低，在3.06～11.72之間。在植被恢復過程中，團聚體C︰N表現為升高→降低→升高的趨勢，其中恢復80 a的C︰N值最高，恢復15 a的C︰N值最低，恢復80 a的C︰N是恢復15 a的1.65倍～2.25倍。團聚體C︰N隨粒徑減小總體呈升高趨勢，除恢復0 a各粒徑團聚體C︰N無顯著差異（P＜0.05），其他恢復年限中＜0.25 mm粒徑的C︰N均顯著高于＞5 mm粒徑（P＜0.05）。

由圖3可知，植被恢復過程中，各粒徑團聚體C︰P變化范圍為21.4～185.6，表層0～20 cm各粒徑團聚體C︰P明顯高于20～40 cm土層。隨恢復年限增加，各粒級的C︰P總體上表現呈升高→降低→升高趨勢，隨粒徑減小，C︰P總體上呈增加趨勢。0～20 cm土層，C︰P的變化范圍為51.16～185.6，各恢復年限的土壤團聚體C︰P表現為80 a＞5 a＞10 a＞15 a＞30 a＞0 a，恢復80 a是恢復0 a的1.68倍～2.78倍。在不同恢復年限各粒徑中，除恢復30 a團聚體C︰P隨粒徑減小無顯著差異（P＞0.05），其他恢復年限的團聚體C︰P隨粒徑減小則呈顯著增加趨勢（P＜0.05）。20～40 cm土層的總體上各粒徑團聚體C︰P低于0～20 cm，其變化范圍為21.40～158.90，團聚體C︰P表現為80 a ＞5 a ＞0 a＞30 a＞10 a＞15 a，其中恢復80 a是15 a的2.46 倍～2.94倍。除恢復0 a和15 a中團聚體C︰P在各粒徑中無顯著差異外（P＞0.05），其余年限的團聚體C︰P則隨粒徑減小總體上呈顯著增加趨勢（P＜0.05）。

圖1 植被恢復過程土壤團聚體有機碳、全氮和全磷含量分布特征Fig. 1 Distribution characteristics of organic carbon, total nitrogen and total phosphorus contents in soil aggregates relative to vegetation restoration process

由圖4可知，植被恢復過程中，各粒級團聚體N:P變化范圍為5.62～18.20，兩土層間團聚體N︰P變化不大。隨著恢復年限增加，團聚體N︰P呈增加→減小→增加趨勢，恢復5 a時，團聚體N︰P最高，恢復30 a時N︰P最低。隨粒徑減小，團聚體N︰P總體上呈先減小后增加的趨勢，但各粒徑間無顯著差異（P＞0.05）。0～20 cm土層內，N︰P變化范圍為7.18～18.20，恢復5 a中各粒徑團聚體N︰P顯著高于其他年限（P＜0.05），是恢復30 a的1.91倍～2.45倍。20～40 cm土層的N︰P值和分布特征及大小與0～20 cm土層相似，N︰P的變化范圍在5.62～15.13，恢復5 a是30 a的1.67倍～2.09倍。兩個土層中，不同恢復年限各粒級隨粒徑減小N︰P無顯著變化（P＞0.05）。

2.3 植被恢復過程土壤團聚體養分及化學計量特征的關系

圖2 植被恢復過程土壤團聚體C:N化學計量特征Fig. 2 Stoichiometric characteristics of C:N in soil aggregates relative to vegetation restoration process

圖3 植被恢復過程土壤團聚體C︰P化學計量特征Fig. 3 Stoichiometric characteristics of C:P in soil aggregates relative to vegetation restoration process

為進一步了解土壤團聚體養分及化學計量的相互影響，對植被恢復過程中侵蝕紅壤團聚體養分及化學計量進行相關性分析（表2）。結果表明，土壤與團聚體有機碳、全氮和全磷存在不同相關程度，土壤C、N、P元素分別與團聚體中C、N、P呈極顯著正相關（P＜0.01），相關范圍分別為0.83～0.93、0.84～0.92、0.67～0.75。隨粒徑的減小，土壤與各粒徑團聚體C、N元素的相關程度總體上呈升高趨勢，土壤與各粒徑團聚體P元素則隨粒徑減小總體上呈降低趨勢。

不同粒徑團聚體有機碳、全氮和全磷三者之間含量均存在極顯著正相關關系（P＜0.01），各粒徑團聚體C與N元素的相關程度達0.9以上，且隨粒徑減小呈升高趨勢。各粒徑團聚體C與P的相關系數在0.65～0.76，各粒徑團聚體N與P的相關系數在0.60～0.76。團聚體中C和N元素與團聚體C:N均為極顯著正相關（P＜0.01），且隨粒徑減小相關性呈增加趨勢。各粒徑團聚體C與C:N的相關系數明顯高于N與C:N的相關系數。不同粒徑團聚體C與C︰P呈極顯著正相關（P＜0.01），且隨粒徑減小相關性呈降低趨勢。不同粒徑團聚體P與C︰P相關系數偏低（0.13～0.29），且無明顯相關性。不同粒徑N與N︰P相關系數在0.11～0.29，且無明顯相關性，不同粒徑團聚體P與N︰P呈極顯著的負相關（粒徑為＜0.25 mm為顯著負相關），各粒徑間的相關性變化較小（＜0.25 mm除外）。

圖4 植被恢復過程土壤團聚體N:P化學計量特征Fig. 4 Stoichiometric characteristics of N:P in soil aggregates relative to vegetation restoration process

表2 土壤團聚體養分及化學計量相關性Table 2 Correlations of nutrients and stoichiometry in soil aggregates

3 討 論

3.1 不同恢復年限對土壤團聚體養分的影響

土壤團粒結構作為土壤有機質的保持場所，土壤中約90%的有機碳儲存于土壤團聚體［13］，土壤團聚體對固碳和改善土壤肥力十分重要。本研究中，各粒級團聚體有機碳、全氮和全磷含量隨植被恢復年限增加而升高，這與以往的研究結果一致［12,14-15］。0～20 cm土層團聚體有機碳和全氮含量明顯高于20～40 cm土層，且隨恢復年限增加，土層間差異越明顯，出現養分聚表特征。這主要由于植被凋落物是土壤有機碳和全氮的主要輸入途徑［16］，植被恢復有效地增加侵蝕紅壤表土層動植物殘體、根系分泌物以及微生物等有機質，改善團聚體結構，還降低了土壤侵蝕強度，減少土壤養分流失。在植被恢復過程中，除了恢復80 a表土層（0～20 cm）團聚體有機碳和全氮含量（18.84 g·kg-1、1. 65 g·kg-1）與福建省［17］表土層（0～20 cm）紅壤的有機碳、全氮含量平均水平（22.1 g·kg-1、1.49 g·kg-1）相近，團聚體全磷含量（0.124 g·kg-1）略低亞熱帶未侵蝕山地［17］（次生林）土壤全磷含量（0.15 g·kg-1）外，其他恢復年限的團聚體養分含量均低于恢復80 a，表明亞熱帶退化地經過80 a的植被恢復后土壤團聚體有機碳、全氮含量基本可恢復到亞熱帶未侵蝕土壤的平均水平。土壤中磷元素是主要來源于地質巖石風化，南方紅壤其磷素含量主要與成土過程、風化特征以及土壤侵蝕相關因素相關，同時也受動植物殘體分解的影響［18］。低緯度地區強烈的風化淋溶作用引起土壤中全磷含量普遍偏低，加之，本研究區曾遭受嚴重的土壤侵蝕，磷素早已淋溶殆盡，全磷含量極低［18］。研究發現［19］，地表凋落物的分解提高土壤有機磷素的累積，從而提高土壤磷的總儲量。因此，隨著植被恢復年限增加，地表枯枝落葉層增厚，通過微生物的分解礦化土壤團聚體中全磷含量亦隨著植被恢復時間的延長而增加。但其含量不高，總體仍低于亞熱帶未侵蝕紅壤地區的平均水平，甚至遠遠低于全國全磷含量（0.65 g·kg-1）［20］。

關于植被恢復對土壤團聚體養分分配特征存在不同的研究結論。王景燕等［21］對川西退耕5 a坡地研究發現，團聚體有機碳和全氮含量隨粒徑的減小呈“V”形變化趨勢；孫嬌等［22］對黃土高原不同林齡刺槐土壤研究發現，團聚體有機碳、全氮和全磷含量的粒級分布呈兩邊低中間高的趨勢。本研究中，土壤團聚體有機碳、全氮、全磷含量總體上隨著粒徑的減小呈增加趨勢，這與前人相關研究結果一致［14，23-24］。研究地隨植被恢復年限增加，粒徑越小，有機碳、全氮和全磷含量提高越明顯，主要由于較小粒級團聚體比表面積大，吸附有機質能力強，不易被土壤微生物分解［15］，表明較小粒徑團聚體對土壤養分的富集能力更強。關于土壤團聚體養分分配結論存在較大差異可能與不同成土母質化學組成差異、土壤類型、植被條件、侵蝕狀況及人為活動影響等因素相關。此外，從相關性分析可看出，土壤C、N、P元素分別與團聚體C、N和P元素呈極顯著相關，表明團聚體中C、N、P元素對土壤養分狀況均具有良好的指示作用，且粒徑越小，對土壤C、N的指示性更強，這可能由于土壤有機質是儲存和調控養分有效性的庫，并受到各粒徑團聚結構不同程度的保護［25］。

3.2 不同植被恢復年限對土壤團聚體化學計量特征的影響

土壤化學計量特征是土壤有機碳與氮素、磷素之間的平衡耦合機制，土壤碳氮磷元素的輸入/輸出之間的平衡耦合及其有效性決定生態系統碳循環和碳固定效率［4］。受氣候、地貌、成土母巖、植被條件等自然環境調控和人類活動的干擾，土壤中養分含量及循環速率不同，造成C︰N︰P有較大的空間變異［4］，本文重點討論植被狀況與團聚體C︰N︰P的關系。表土層（0～20 cm）各粒級團聚體C︰N、C︰P、N︰P與全國土壤C︰N、C︰P、N︰P（均值分別為11.9、61、5.2）以及熱帶和亞熱帶的C︰N、C︰P、N︰P（均值分別為12.1、78和6.4）相比［20］，除恢復80 a表土層團聚體C︰N與全國土壤C︰N水平接近外，其余恢復年限的團聚體C︰N的總體水平均低于全國和熱帶與亞熱帶的平均水平。較低的C:N意味著土壤中有機質分解礦化速率快，養分循環周期短，這可能與退化生態系統植被表現出較強環境適應性有關［8］。同時，團聚體C︰N低表明碳氮“匯”能力較差，這不利于土壤團聚體碳氮養分的固存。隨著植被恢復年限增加，土壤各粒級團聚體C︰N呈顯著升高特點，這與李瑋等［23］研究不同植茶年限各粒級團聚體C︰N無顯著差異的結果存在差異，且與以往的研究中認為C、N元素作為結構性成分，兩者在累積與消耗過程中存在比較穩定的比值［4,26］的結論有所不同，可能由于研究區曾為極度侵蝕退化地，土壤中的碳、氮循環遭受破壞，土壤生態系統養分循環處于不穩定狀況，雖然進行了植被恢復措施以提高土壤養分，但有機碳、氮輸入/輸出仍然未達到平衡狀況，可能還需要更長時間修復退化生態系統以達到碳氮比值較穩定狀態。此外，通過相關性分析還發現，團聚體C、N元素與團聚體C:N呈極顯著正相關，而C與N 亦極顯著正相關，即團聚體C和N元素對環境的響應幾乎同步，但可能由于植被恢復過程中團聚體C元素增加速率大于N元素的增加速率，團聚體C對團聚體C:N的影響更為強烈。總之，土壤團聚體C:N隨植被恢復呈增加趨勢，提高土壤碳氮的固存量，增加土壤團聚體碳氮“匯”功能，對改善土壤肥力乃至對全球氣候變化有重要意義。

土壤中C︰P通常被認為是土壤磷素礦化能力的標志或是從環境中吸收固持磷素潛力的一種標志［27］。土壤C︰P比值低表明微生物在礦化土壤有機質中釋放磷的潛力較大，C︰P比值高則表明微生物對土壤有效磷有同化趨勢［6］，具有較強的固磷潛力。在生態恢復過程中團聚體C︰P表現為升高→降低→升高變化特征，未治理前表層土壤團聚體的C︰P最低（60.23），恢復30 a時表層團聚體C︰P與亞熱帶相近，其他恢復年限均遠遠高于亞熱帶平均水平。造成這種差異可能由于研究區未治理前遭受強度侵蝕，土壤養分流失殆盡，團聚體中的有機碳和全磷含量均極低，較低團聚體C︰P水平卻有利于微生物在分解有機質過程中釋放團聚體中的有效磷，加之侵蝕地植物生長緩慢，對磷素的需求量相對較低，團聚體中的有效磷素基本上能滿足植物生長需求。恢復中前期（5 a、10 a），可能由于植被迅速生長，需要大量的磷元素，在分解有機質過程中出現微生物與植物競爭土壤無機磷的現象［27］，磷素被固定在團聚體中，導致團聚體C︰P值呈升高趨勢，而植物生長缺乏磷素，不利生長。恢復80 a，團聚體C︰P為最大值（131.3），表明植被恢復后期土壤中微生物釋放磷素嚴重不足，不能滿足植物生長需求，這與李瑋等［23］研究植茶后期土壤團聚體磷素有效性下降的結果相似。

土壤中的氮、磷元素是植物生長所需的必需礦質元素以及是生態系統中最常見的限制性元素，土壤中N︰P可作為土壤養分限制類型的有效預測指標［4］。隨植被恢復年限的增加，土壤團聚體中N︰P變化表現為增加—減少—增加，但其值均高于全國和熱帶與亞熱帶水平。在恢復0 a到5 a時，土壤團聚體N︰P迅速升高，這可能與植被恢復初期，對補種植物施加氮肥的生態林草措施，促使土壤中氮素含量升高有關。從恢復5 a到30 a，土壤團聚體N:P值雖有所下降，但土壤團聚體N︰P整體水平仍然較高，并高出亞熱帶土壤N︰P的平均水平［20］，而在以往的研究表明亞熱帶地區總體受P元素的限制［28］，且在植被恢復過程中，侵蝕紅壤團聚體N︰P值一直居高不下，土壤團聚體明顯受到P元素的限制。此外，從團聚體N、P與團聚體N︰P的相關性分析中亦可發現，土壤團聚體P元素與團聚體N︰P極顯著負相關關系，與土壤團聚體N元素則無顯著相關，表明土壤團聚體N︰P主要受P元素的影響。因此，在植被恢復過程中，由于團聚體中P元素增長緩慢，難以滿足植物生長需求，團聚體中的P元素成為南方侵蝕紅壤植被恢復過程主要的限制性元素。

不同粒徑團聚體化學計量特征存在明顯差異，即不同粒徑團聚體對土壤養分的供應能力亦不同。植被恢復過程中，土壤團聚體C︰N隨粒徑減小而升高，主要由于凋落物等有機質進入土壤后，有機質首先進入較大粒級團聚體中，由于較大粒級團聚體中新有機碳結構簡單，穩定性較差，有機碳容易微生物被分解礦化［26］，這對土壤退化生態系統恢復過程中，較大粒級土壤團聚體有機碳的礦化能短期內有效地為植物生長提供養分供植被吸收利用，這對侵蝕紅壤地的生態恢復有積極的意義。而較小粒級團聚體有機碳由于受物理保護作用［13］，容易被固定。在植被恢復過程中小粒徑團聚體的C︰N增加速率遠高于大粒徑團聚體，表明隨植被恢復年限增加土壤團聚體中有機碳存儲能力增強，尤其是小粒徑團聚體碳儲能力遠大于大粒徑團聚體［23］。土壤團聚體C︰P隨粒徑減小而升高，表明較大粒徑團聚體中微生物分解有機質釋放磷的潛力高于較小粒徑團聚體，即較大粒級團聚體更容易礦化釋放磷素，而較小粒徑團聚體利于磷素儲存。由于各粒徑N︰P值均較高，明顯受到磷元素的限制，不同恢復年限各粒級土壤團聚體N︰P隨粒徑減小表現為稍有減少后增加趨勢，但粒徑間無顯著差異，表明較大粒級土壤團聚體和微團聚體均受到磷元素的限制較大，但各粒徑間磷元素的限制程度不明顯。

4 結 論

隨著生態恢復年限的增加，紅壤侵蝕區各粒徑土壤團聚體中有機碳、全氮和全磷含量以及C:N呈顯著升高趨勢，而團聚體C:P、N:P變化不穩定，表現為升高→降低→升高趨勢；隨土壤團聚體粒徑減小，未治理地各粒徑養分無顯著差異，其它恢復年限團聚體有機碳、全氮和全磷含量均隨著粒徑的減小總體上表現為升高趨勢，團聚體C︰N和C︰P總體上呈顯著升高趨勢；表土層（0～20 cm）的團聚體有機碳、全氮含量以及C︰N、C︰P明顯高于底土層（20～40 cm），表土層團聚體全磷含量略高于底土層，且隨恢復年限增加兩個土層間團聚體養分差異越明顯，團聚N:P在兩個土層間無明顯差異。從團聚體養分與化學計量的相關性來看，團聚體碳、氮、磷元素對土壤養分具有良好指示性；團聚體碳、氮、磷元素具有同質效應；團聚體C、N元素影響著C︰N，但C元素影響力更大；團聚體P元素對C︰P的影響更明顯，團聚體N︰P主要受P元素的影響。以上結果表明，植被恢復顯著提高了侵蝕紅壤團聚體中有機碳、全氮和全磷含量，團聚體中碳氮“匯”功能增強，較小粒徑團聚體對碳、氮、磷元素的固持能力大于較大粒級團聚體，團聚體中P元素成為退化生態系統恢復的限制性元素。