南方红壤丘陵区是我国重要的农林牧生产基地，该地区雨量充沛，热量丰富，动植物种类繁多，生物地球化学循环旺盛，有着巨大的生产潜力。然而，不少地方土壤退化、地力下降、水土流失严重，生态环境恶化，旱涝灾害频繁，退化程度仅次于黄土高原，曾一度被称为“南方红色沙漠”^{[1, 2]}，长期以来成为红壤资源利用的严重障碍。究其原因，无一不与自然植被的毁损与破坏密切相关。植被的恢复是土壤恢复的前提条件，在自然环境中，没有植被的恢复也就没有土壤肥力的恢复^[3]。为此，基于人工植被重建的生态恢复作为治理红壤退化的重要技术途径在南方得到了广泛的推行，许多研究者围绕不同植被恢复措施对土壤质量的影响作了深入探讨，为指导红壤丘陵区的恢复实践起到了积极作用^{[4, 5, 6]}。与此同时，由于侵蚀退化裸地生产力极低，人为扰动少，因而自然主导下退化红壤的植被恢复在我国南方侵蚀红壤区更为广泛的进行着，并且这种缓慢的自然植被演替对南方地区严重侵蚀退化红壤的理化性质的改善和复原起着至关重要的作用^[7]。然而，依靠自然力恢复植被是一个长期的过程，有关这方面的研究结果还比较少。

中国农业科学院红壤实验站从1981 年开始对其所属一个仅有极为稀疏植被的小山(面积约2 hm²)采取了严格的保护措施，禁止人为破坏，这为植被自然恢复提供了理想的场所，经过31a封山育林，荒丘上发展了自然的草被、灌木和乔木。为了解不同植被对土壤肥力的恢复效果，在全面调查的基础上，根据典型性和代表性原则，本研究于2012 年4 月选择试验区内6 个天然植被(樟树、枫树、梓树、白檵木、唐竹、白茅草)区和1981 年人工种植的2 个植被(湿地松、板栗)区为研究对象，同时选取附近的裸地作为对照，研究了不同植被类型土壤养分状况，目的在于综合评价不同植被类型对侵蚀红壤养分的重建效果，为退化红壤的生态恢复管理提供基础资料。

研究区位于湖南祁阳的中国农业科学院红壤实验站的荒丘综合治理试验区内(26°45′N，111°52′E)，海拔150—180 m。年均气温18.0 ℃，7 月最热，平均28.3 ℃，1 月最冷，平均气温4.7 ℃，≥10 ℃积温为5600 ℃，无霜期约300 d，年日照1610—1620 h，年均总辐射为108.66×4.18 kJ/cm²，年均蒸发量为1470 mm。全年平均降水量为1350 mm，4—8 月为雨季，降雨量占全年的68%，9 月至次年3 月为旱季，系典型的亚热带湿润季风气候。土壤为第四纪红色粘土发育的深厚红壤，属典型红壤丘陵区。试验区内小生境众多，植物种类达1000 余种，植被覆盖度基本均为100%。本研究选取的8 个主要植被类型区概况见表 1。白茅草、唐竹和白檵木、梓树和枫树和樟树是试验区具有代表性的草本、灌木、乔木，湿地松和板栗是生态恢复过程中人工改造的两种主要模式，1981 年种植后任其自然生长，无人为干扰。由于试验区范围不大，海拔梯度较小，植被覆盖度相似，因此本研究认为是在同一气候和地质背景条件下进行。

每一植被类型设置3 个10 m×10 m的样区，样区间距不小于10 m，测定样地内乔木的树高和胸径。每一样区采用S形土壤样品采集的布设方法挖取5 个土壤剖面，记录剖面特征，从表层向下按0—20 cm，20—40 cm，40—60 cm，60—80 cm，80—100 cm分层取样。将每一样区5 个点同一层次的土样混合，然后用四分法取出1 kg左右样品，挑出杂物，风干，研磨，过筛备用。

土壤pH值采用水土比2.5 ∶ 1提取，电极电位法测定；有机质采用重铬酸钾-外加热法测定；活性有机质采用高锰酸钾氧化法测定；全氮采用半微量凯氏定氮法测定；碱解氮采用1.2 mol/L氢氧化钠碱解-扩散法测定；全磷采用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法测定；速效磷采用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；全钾采用氢氧化钠熔融-火焰光度法测定；速效钾采用1 mol/L乙酸铵浸提-火焰光度法测定^{[8, 9]}。

数据质量以每次测定插入已知含量的标准土样加以控制，数据计算统计及相关分析采用Microsoft Excel 2003软件和SPSS16.0软件进行，采用Duncan多重比较各植被类型或不同土层之间的差异，用回归分析法研究不同指标的相关关系，用主成分分析法评价土壤综合肥力^[10]。

土壤pH值通过影响土壤微生物活动、有机质分解、矿质营养的有效状态等影响土壤的肥力状态^[11]。图 1显示，白茅草区和唐竹区土壤剖面各点pH值均在4.80 以上，0—100 cm 土层平均pH值分别为5.13和4.96，显著高于其它植被类型区，可能是由于这两个植被类型区枯落物较少，植物根系较浅，因此产生的有机酸较少，pH值相对较高。枫树区0—100 cm土层平均pH值为4.22，在所有植被类型区中处于最低。白檵木区土壤pH值为4.38，可能是因为白檵木区地表枯落物较多，土壤微环境相对更湿润，土壤淋溶作用相对较强，所以pH值也相对较低。樟树、梓树、湿地松和板栗区土壤pH值差异不大且变化趋势基本一致，均随土层深度增加而增加，0—100 cm土层平均pH值为4.56—4.64；与裸地区相比，樟树、梓树、湿地松、板栗区0—40 cm土层pH值平均降低0.27 个单位，40—100 cm提高0.13 个单位，主要原因可能是表层有机质含量高，腐殖酸的积累致使表层土壤pH值较低，而受母质、生物与淋溶作用的影响，处于底层的低风化母质含阳离子较高而具有较高的pH^{[12, 13]}。可见，在酸度较强的湘南红壤丘陵区，不同类型植被(枫树和白檵木除外)对于提高深层土壤pH值效果好于裸地。

图 1 不同植被类型区0—100 cm土壤pH值 Fig. 1 Soil pH in 0—100 cm of different vegetation type plots

图选项

土壤有机质、活性有机质、全N、碱解N、速效P和速效K随土层深度的增加而降低，表聚效应明显(图 2)，这与很多学者研究结果相同^{[14, 15, 16, 17]}。主要是因为地表凋落物和植物根系分解所形成的有机碳首先进入土壤表层，而土表温度较低，含水量较高，有机质因分解减缓而剧增于土壤表层；同时由于缺少人为的干扰，土壤透气性较差，表层有机碳因向下输送困难而明显高于深层^{[18, 19]}。植物可利用的N和P大多数存在于地表枯落物和土壤有机质中^[20]，而速效K与有机质呈极显著正相关^[10]，所以表现出相同的下降趋势。土壤全P含量整体上各土层间差异不显著，均值为0.25—0.26 g/kg，主要是由于P在 土壤中不易移动。土壤全K含量，0—20 cm土层(17.83 g/kg)最小，80—100 cm土层(19.85 g/kg)最大，可能是由于土壤钾素易被淋溶至深层，且上层土壤的部分钾素已被植物吸收。

8个植被区土壤有机质、活性有机质、全N和碱解N含量高于裸地区(图 2)。8 个植被区中，梓树区0—100 cm土层平均有机质、活性有机质和全P含量最高，分别为15.94、6.34 g/kg和0.32 g/kg；枫树区全N、速效P、全K和速效K平均含量最高，分别为0.88 g/kg、3.77 mg/kg、22.41 g/kg和97.40 mg/kg；樟树区碱解N含量最高，为53.69 mg/kg。天然乔木区0—100 cm土层中的有机质和氮磷钾养分含量最高，比人工乔木区提高31.78%—113.19%，比白茅草区提高26.49%—56.08%，主要原因是天然乔木区均为阔叶林，阔叶林枯落物中养分浓度高、易于分解，而且各级根系的C/N和C/P值低，分解速率快^[21]；另外，乔木生物量较大、林下灌木和草本植物丰富、土壤酶活性较强可能也是乔木区养分含量高于灌木区和草本区的原因之一。白檵木区全K(21.84 g/kg)和速效K(95.90 mg/kg)、唐竹区全N(0.87 g/kg)和碱解N(52.78 mg/kg)含量也相对较高。板栗区0—100 cm土层平均有机质、活性有机质、全N、碱解N、全K和速效K含量均为最低，分别为8.73 g/kg、2.97 mg/kg、0.65 g/kg、40.74 mg/kg、14.73 g/kg、53.70 mg/kg。湿地松区各养分含量也多属于相对较低的水平，主要是由于凋落物以及根系中难分解物质含量较多，C/N值较高，分解缓慢，大量累积于地表，土壤有机质输入减少，因此养分含量较低^[22]；田大伦等^[23]也曾对湿地松人工林养分循环特征进行研究，结果显示湿地松林养分循环速率低，周转时间长，需要的养分多，维持地力能力差，如果处理不好养地与用地之间的关系，会造成林地生产力的下降。

图 2 不同植被类型区0—100 cm土壤养分含量 Fig. 2 Soil nutrient content in 0—100 cm of different vegetation type plots

图选项

试验区植被自然恢复31a后，依据湖南省分级标准^[24]，速效磷仍为最低的第6 级水平，极度匮乏；碱解氮为第5 级水平，含量偏低；有机质含量多为第4、5 级水平，速效钾为第4 级水平，属于中等偏低水平。因此在生态重建过程中仍需注重提高土壤氮磷钾等养分含量。

土壤肥力指标间具有相关性，但不同地区、不同植被类型其相关性也不相同^{[14, 25]}。本研究通过对湘南红壤丘陵区9 种植被类型5 层土壤肥力指标相关性分析得知(表 2)，有机质、活性有机质、全N、碱解N表现出极显著正相关，相关系数均在0.86以上，主要是因为红壤本身固定铵的能力比较差，约有95%的氮素存在于有机质中，所以有机质的多少，可大体反映出氮素的丰缺状况^[11]。有机质、活性有机质、全N、碱解N与速效P和速效K也达到极显著正相关，但相关系数相对较小，为0.404—0.631。全K与速效K呈显著相关。pH值和全P与其它指标相关系数较小，在0.01和0.05水平上均未达到显著相关。

通过主成分分析可以看出，前3个主成分的累积贡献率为85.132%，表明这3个主成分已提供了全部指标85%以上的信息(表 3)。其中有机质、活性有机质、全N、碱解N、全K在第一主成分中发挥了重要作用，pH值、速效P、速效K在第二主成分中发挥了重要作用，全P在第三主成分中发挥了重要作用。

土壤肥力综合指标值是选择各个主要的单项肥力指标，运用因子分析，以各主成分特征贡献率为权重，加权计算而得的综合评价指标，更能直观地反映土壤总体肥力。本研究经标准化后(以字母Z表示)计算得到的主成分综合模型为：F=-0.219 Z_(pH)+0.199Z_(有机质)+0.182Z_{(活性有机质)}+0.215Z_(全N)+0.104Z_(碱解N)+0.077Z_(全P)+0.310Z_(速效P)+0.242Z_(全K)+0.225Z_(速效K)。

由不同类型植被群落的土壤养分指标综合主成分值F表明，不同类型植被群落的土壤综合肥力不同，枫树、梓树、白檵木、樟树、唐竹、白茅草、湿地松、板栗区土壤肥力综合指标较裸地区依次分别增加229.69%、165.62%、149.17%、108.93%、82.03%、73.82%、71.77%、18.96%，说明枫树、梓树、白檵木、樟树、唐竹、白茅草、湿地松、板栗区养分状况依次降低，但均好于裸地区(图 3)，可见植被自然恢复有助于提高土壤肥力，而自然生长起来的植被类型比起引进的物种来说提升效果更显著。种植板栗或许可以得到更多的经济利益，但是并不利于土壤肥力的提高。因此，建议在我国南方自然植被破坏较严重的红壤荒山丘陵区，对荒山丘陵严加监护，诱导天然树种进入，从而形成多层次生物栖息繁衍的环境，以此达到提高土壤肥力的目的。

图 3 土壤肥力综合指标值 Fig. 3 Soil integrated fertility index of different vegetation types

图选项

在侵蚀退化较严重的红壤丘陵荒地封山育林31a后，白茅草和唐竹区的土壤pH值明显高于裸地区，但枫树和白檵木区的土壤酸化明显。

与31a前人工种植的植被类型相比，自然恢复的植被类型更有利于提高土壤有机质和氮磷钾等养分含量。其中，梓树对于提高土壤有机质和活性有机质效果最显著；樟树和唐竹有利于提高土壤碱解氮，但不利于提高磷含量；枫树对于提高土壤速效磷有显著效果；枫树和白檵木能够显著提高土壤速效钾含量；白茅草不利于提高土壤氮、钾养分含量。

试验区不同植被类型区土壤综合肥力优劣为：枫树区>梓树区>白檵木区>樟树区>唐竹区>白茅草区>湿地松区>板栗区>裸地区，就提高土壤综合肥力的效果来看，枫树为最优选择，梓树其次。