黄土高原刺槐人工林土壤可蚀性的地带性特征与归因分析：气候-植被-土壤互作机制解析

本研究针对黄土高原刺槐(Rp)人工林土壤抗蚀性空间分异机制不清的问题，通过跨植被带（草原带、森林草原带、森林带）采样分析，结合PLS-SEM模型，揭示了气候和地形通过调控植被特征与土壤属性（颗粒组成、SOC含量、黏聚力）间接影响土壤可蚀性(K)的路径，为优化人工林配置、提升生态系统水土保持功能提供科学依据。

　　

黄土高原作为我国水土流失最严重的区域之一，过去几十年通过大规模生态工程（如“退耕还林”）种植了大量人工林，其中刺槐（Robinia pseudoacacia，Rp）纯林占比近90%。尽管植被覆盖率显著提升，但人工林土壤抗侵蚀能力的空间分异规律及驱动机制尚不明确。尤其在跨气候-植被带尺度上，刺槐纯林及其混交林的土壤可蚀性（K因子）如何响应水热梯度变化，以及气候、地形、植被和土壤属性的交互作用如何影响K因子，仍是亟待解决的科学问题。

为此，研究人员在黄土高原的草原带、森林草原带和森林带设置了32个样点，涵盖13个Rp纯林、7个Rp×油松（Pinus tabulaeformis，Rp×Pt）混交林、6个Rp×山杏（Prunus sibirica，Rp×Ps）混交林和6个Rp×侧柏（Platycladus orientalis Franco，Rp×Po）混交林。通过野外植被调查（灌木层和草本层的Patrick丰富度指数R、Shannon多样性指数H、Pielou均匀度指数J及凋落物积累量M）、土壤采样（0–100 cm分层）和室内分析（颗粒组成、SOC含量、黏聚力Coh），计算了EPIC模型修正后的土壤可蚀性K值，并采用偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）解析了多因子间的直接与间接效应。

研究主要发现：

1. 1.
   土壤可蚀性的地带性特征：从西北至东南（降水递增），Rp纯林土壤K值无显著变化趋势，但混交林（尤其Rp×Pt）在森林草原带表现出最低K值（0.0121 t·h·MJ^-1·mm^-1），较纯林降低11.6%。Rp×Po混交林在森林草原带的土壤抗蚀性提升最显著（K值降低12.8%）。
2. 2.
   土壤属性垂向变化：表层土壤（0–20 cm）的K值显著低于深层，主要归因于SOC含量随深度增加而锐减（表层SOC是20–40 cm层的1.2–4.4倍），且土壤黏聚力（Coh）与SOC呈极显著正相关（R=0.52, P<0.001）。
3. 3.
   驱动机制解析：
   • •
     气候（MAP、MAT）通过直接促进黏粒含量和SOC积累间接降低K值（路径系数β=0.60和0.49）；
   • •
     植被多样性（尤其灌木均匀度J_s）通过提升SOC和Coh间接增强抗蚀性；
   • •
     地形（海拔）通过影响土壤养分间接调控K值；
   • •
     土壤颗粒组成（黏粒和粉粒含量）和SOC是影响K值的核心直接因子（总解释率达94%）。

本研究首次系统揭示了黄土高原刺槐人工林土壤可蚀性的地带性分异规律，明确了混交林改造（尤其Rp×Pt和Rp×Po）在森林草原带的优化效果，为区域人工林结构优化和土壤侵蚀防控提供了理论依据与实践方向。论文发表于《International Soil and Water Conservation Research》，对全球干旱-半干旱区人工林生态系统服务功能评估具有借鉴意义。