造林增强了 Benggang 侵蚀区的土壤-水分-养分耦合关系：中国南部雷州半岛上特定树种的恢复路径

《CATENA》：Afforestation enhances soil-water-nutrient coupling in Benggang erosion zones: Species-specific restoration trajectories on Leizhou? Peninsula, South China

红树林侵蚀区植被恢复显著改善土壤水文与养分耦合协调度，尤金桉（Eucalyptus urophylla）表现最优，其根系和凋落物快速提升土壤孔隙度（+15.4%）、持水能力（+45.8%）及有机碳（>50%）。结构方程模型显示土壤水势（SWP）和含水量（SWC）是驱动有机碳积累的主因（β=0.29-0.32）。恢复时间影响大于树种差异，建议初期选用尤金桉快速固土，后期转向混交林缓解磷 limitation。

　　本研究聚焦于中国南方热带和亚热带地区的一种严重土壤退化现象——“崩岗”侵蚀。崩岗侵蚀是一种快速发展的土壤侵蚀形式，其分布广泛，破坏力极强，对生态系统造成严重威胁。在这些区域，尤其是以花岗岩为母岩的地区，如广东、广西、海南、湖南、江西、安徽和福建等省份，由于强降雨、土壤结构松散以及花岗岩强烈风化等因素，崩岗侵蚀问题尤为突出。它不仅导致农田、道路和桥梁的严重损毁，还被称为“生态溃疡”，因其对生态系统的深远影响而备受关注。土壤结构的退化会引发土壤板结、养分流失、水分保持能力下降以及植被破坏等问题，长期来看，会加剧土壤侵蚀和沉积，进而导致洪涝灾害，对当地生态系统和人类基础设施造成更大破坏。因此，植被恢复被视为生态修复的核心策略，是解决崩岗侵蚀的关键措施之一。

植被不仅有助于提高生物多样性，还能改善土壤的水文和养分特性，从而提升土壤质量和生态系统服务功能。类似的问题在世界许多热带和亚热带地区也普遍存在，亟需有效的植被恢复策略。本研究以广东省雷州半岛的三岭山国家森林公园为研究对象，该地区由于其地质特征和人类活动的影响，土壤侵蚀问题尤为严重，其中崩岗侵蚀占全省土壤侵蚀总量的20%。研究团队在2013年启动了一个生态恢复项目，通过同时种植五种不同树种（包括落羽杉、桉树、千金榆、樟树和刺槐）来改善该地区的土壤质量。这些树种的生长模式、根系结构以及对土壤物理和化学性质的影响，构成了本研究的重点内容。

为了评估土壤质量的恢复情况，研究团队对2019年和2023年的土壤水文和养分指标进行了详细分析。他们选取了五个不同的树种种植区，并与未种植的裸地作为对照。研究中涵盖了土壤物理特性（如容重、孔隙度、含水量、土壤水分势、田间持水量、颗粒组成和分形维数）以及化学特性（如土壤有机碳、总氮、总磷）等多个指标。此外，还采用了耦合协调度（CCD）模型和基于最小数据集（MDS）的土壤质量指数（SQI）方法进行综合评估。这些方法能够更全面地反映土壤水文和养分系统的相互作用，为植被恢复策略的制定提供科学依据。

研究结果表明，经过五年恢复期，种植不同树种的土壤质量得到了显著改善。其中，桉树表现最为突出，其土壤容重降低了6.8%，孔隙度增加了15.4%，含水量提升了33.2%，田间持水量增长超过45.8%，土壤有机碳的占比更是超过了50%。这些数据表明，桉树在短期内对土壤质量的提升具有显著效果。此外，土壤质地从以沙土为主的结构逐渐向更细的壤土过渡，说明土壤结构得到了改善。在水文和养分指标之间的相关性方面，也呈现出明显的增强趋势，表明随着植被恢复，水文和养分过程之间的协同作用逐渐加强。

通过结构方程模型（SEM）的分析，研究团队发现土壤水分势（SWP）和含水量（SWC）是土壤有机碳（SOC）积累的主要驱动因素，其标准化系数分别为0.32和0.29，且均具有显著统计学意义。这说明在植被恢复过程中，土壤的水分状况对有机碳的积累起到了关键作用。同时，研究还发现，虽然树种选择对土壤质量改善有一定影响，但植被恢复的时间长短对土壤水文和养分的协同改善具有更显著的作用。因此，恢复时间在长期生态恢复过程中扮演了更为重要的角色。

值得注意的是，虽然在短期恢复中，桉树表现出最优异的土壤改善效果，但其长期单一种植可能会带来养分（尤其是磷）的限制问题。这与研究中发现的磷含量始终较低的结果相吻合。因此，为了实现长期的生态恢复目标，研究建议在桉树初植阶段之后，逐步转向混交林模式，引入具有固氮能力的树种（如刺槐）或能够促进磷循环的树种（如樟树），以增强生态系统韧性和可持续性。这种策略不仅能够缓解磷的限制，还能提升土壤的养分循环能力，从而实现更稳定的生态恢复。

在土壤质量综合评估方面，基于最小数据集的土壤质量指数（SQI）显著提升，从恢复前的低质量状态（SQI为0.22）增长至2023年的高质量状态（SQI为0.82）。这表明，经过五年的植被恢复，土壤质量得到了显著改善。特别是在桉树种植区，其SQI达到了“Higher”等级，即质量较高，这进一步验证了桉树在短期恢复中的优势地位。然而，研究也指出，单一种植模式可能难以维持长期的土壤质量和生态系统功能，因此，需要在恢复过程中逐步引入其他树种，以构建更复杂的生态网络。

本研究的创新之处在于，它从系统层面分析了土壤水文与养分之间的协同机制，突破了以往仅关注单一指标或简单相关性的研究局限。通过耦合协调度模型和结构方程模型的结合，研究不仅揭示了土壤水文和养分之间的相互作用，还进一步明确了植被恢复过程中时间因素对土壤质量改善的主导作用。这一发现为未来在严重侵蚀区域的生态恢复提供了新的理论依据，即应将土壤水文改善作为生态恢复初期的重点目标，而随着时间推移，养分循环和土壤结构的优化则成为长期恢复的关键。

此外，研究还强调了树种选择在生态恢复中的重要性。尽管恢复时间对土壤质量的改善具有决定性作用，但选择适当的先锋树种（如桉树）仍然是快速改善土壤水文条件的关键。这些先锋树种能够在早期阶段迅速改善土壤结构和水分保持能力，从而为后续的生态恢复奠定基础。然而，为了应对磷的限制问题，研究建议在恢复后期引入其他树种，以实现更全面的土壤养分循环和生态系统的稳定性。

总体而言，本研究不仅揭示了植被恢复对崩岗侵蚀区域土壤质量改善的有效性，还通过系统的分析方法，明确了不同树种在恢复过程中的不同作用机制。研究结果对于指导类似的生态恢复项目具有重要的参考价值，尤其是在中国南方以及全球其他类似生态系统中。通过结合水文和养分的协同作用，研究为植被恢复提供了更加科学和系统的策略，有助于实现生态、社会和经济的多重效益。