尚應妮,趙世偉,,王子龍,黃菁華,霍 娜,常聞謙

(1.西北農(nóng)林科技大學 資源環(huán)境學院,陜西 楊凌 712100; 2.中國科學院 水利部 水土保持研究所,陜西 楊凌 712100)

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植被恢復下土壤結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

尚應妮1,趙世偉1,2,王子龍2,黃菁華2,霍 娜1,常聞謙1

(1.西北農(nóng)林科技大學 資源環(huán)境學院,陜西 楊凌 712100; 2.中國科學院 水利部 水土保持研究所,陜西 楊凌 712100)

通過查閱有關(guān)土壤結(jié)構(gòu)和土壤功能的國內(nèi)外文獻，對土壤結(jié)構(gòu)和土壤功能的研究進展、土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指標以及土壤結(jié)構(gòu)的研究方法進行了闡述；討論了土壤結(jié)構(gòu)與土壤的作物生產(chǎn)功能、土壤水庫功能、土壤碳庫功能、土壤基因庫功能等的關(guān)系；并對激光共聚焦掃描技術(shù)在土壤結(jié)構(gòu)與孔隙特征分析中的應用及數(shù)字圖像處理技術(shù)的應用如何反映土壤孔隙的真實狀況，加強對土壤結(jié)構(gòu)及其功能的定量關(guān)系研究等方面提出了展望。

土壤結(jié)構(gòu); 孔隙特征; 土壤功能; 土壤水庫; 土壤碳庫

土壤結(jié)構(gòu)是土壤功能發(fā)揮的基礎，不同學者從不同的角度對土壤結(jié)構(gòu)進行了解釋。從宏觀角度來說，Amézketa[1]認為土壤中的黏粒、粉粒、砂粒與有機質(zhì)相互作用，膠結(jié)為不同粒徑大小的團聚體，并在三維空間進一步組織排列為一定的結(jié)構(gòu)形式，即為土壤結(jié)構(gòu)。從形成角度來說，Dexter[2]認為土壤結(jié)構(gòu)是由礦物顆粒和有機物等在干濕凍融交替等自然物理過程作用下形成的不同尺度大小的多孔單元。從土壤結(jié)構(gòu)功能角度出發(fā)，彭新華[3]、趙其國[4]等指出土壤結(jié)構(gòu)是維持土壤功能的基礎，直接影響著土壤的通氣、透水性能。土壤退化其核心是土壤結(jié)構(gòu)體的退化。土壤結(jié)構(gòu)的好壞主要取決于土壤孔隙結(jié)構(gòu)、土壤團聚體以及土壤膠結(jié)物質(zhì)的作用方式和強度。植被恢復與重建產(chǎn)生的土壤環(huán)境效應將直接影響土壤結(jié)構(gòu)，而不同的土壤結(jié)構(gòu)決定了土壤功能的強弱。各種土壤的不同功能有其空間分異、歷史演替和強弱序列的特征[5]。結(jié)合國內(nèi)外土壤功能分類，可以看出，土壤功能主要包括：作物生長、緩沖過濾、棲息地和基因庫、自然景觀和文化遺產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、建設承載等幾個方面。土壤功能的變化也在深刻影響著各個國家的社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境持續(xù)發(fā)展。1982年聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署和國際土壤學會擬定了《世界土壤憲章》，強調(diào)了土壤資源與糧食安全、土壤圈與全球變化的相關(guān)性。其中指出，土地資源是有限的，土地生產(chǎn)糧食的能力也是有限的，呼吁各國政府和民眾參與土壤保護活動，并根據(jù)土壤功能考慮合理的土地利用方式和社會經(jīng)濟要素[6]。良好的土壤結(jié)構(gòu)的培育是提高土壤功能的根本途徑。因此，為了資源的合理利用與社會的可持續(xù)發(fā)展，加強土壤結(jié)構(gòu)與功能領(lǐng)域的研究十分必要。通過研究植被恢復下土壤結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，有助于土地規(guī)劃者了解土壤不同功能的運用，為土壤資源保護和土地利用合理規(guī)劃提供科學參考依據(jù)。

1　土壤結(jié)構(gòu)與功能的概念

土壤結(jié)構(gòu)是由土壤顆粒通過不同的堆積方式相互粘結(jié)而形成的。土壤結(jié)構(gòu)一詞實際上包含兩方面的含義，一是指各種不同的結(jié)構(gòu)體的形態(tài)特性，即土壤結(jié)構(gòu)體；二是泛指具有調(diào)節(jié)土壤物理性質(zhì)的“結(jié)構(gòu)性”，即土壤結(jié)構(gòu)性。土壤結(jié)構(gòu)體是各級土粒由于不同原因相互團聚成大小、形狀和性質(zhì)不同的土團、土塊、土片等土壤實體。土壤中單粒和復粒(包括團聚體)的數(shù)量、大小、形狀、性質(zhì)及其相互排列、組合形式以及相應的孔隙狀況[7]，土壤結(jié)構(gòu)體實際上是土壤顆粒按照不同的排列方式堆積、復合而形成的土壤團聚體。不同的排列方式往往形成不同的結(jié)構(gòu)體。這些不同形態(tài)的結(jié)構(gòu)體在土壤中的存在狀況影響土壤的孔隙狀況，進而影響土壤的肥力和耕性，也會影響土壤不同功能的發(fā)揮。土壤結(jié)構(gòu)性表征土壤是一種重要的物理性質(zhì)的狀態(tài)，土壤結(jié)構(gòu)的好壞主要是指土壤結(jié)構(gòu)性的好壞。

土壤功能是由土壤自身的物質(zhì)循環(huán)、能量流動、生物演替和信息傳遞特征決定的，是土壤的固有屬性[8]。同時，土壤也是一個多重功能的載體，角度不同，對其理解也有所差異。

1992年在美國召開的土壤質(zhì)量會議[9]，認為土壤的主要功能包括三個方面：一是生產(chǎn)力；二是環(huán)境質(zhì)量；三是動物健康。即土壤在生態(tài)系統(tǒng)的范圍內(nèi)，具有維持生物的生產(chǎn)力、保護環(huán)境質(zhì)量以及促進動植物健康的能力。2002年歐洲委員會[10]將土壤功能分為糧食和其他生物的生產(chǎn)功能、存儲過濾和轉(zhuǎn)換功能、棲息地和基因庫功能、自然和文化景觀功能以及原材料來源功能。而在英國的第一部土壤行動計劃[11]中，則將土壤主要功能分為六個，即生產(chǎn)功能、土壤對水和空氣的環(huán)境交互功能、生物多樣性保留功能、發(fā)展平臺功能、提供原料功能和文化遺產(chǎn)保護功能。土壤也同樣有直接的經(jīng)濟價值，例如土壤能夠吸附塵埃，產(chǎn)出新鮮的空氣，也能產(chǎn)出經(jīng)濟作物，并凈化飲用水。此外，土壤作為基因庫被廣泛認可，土壤中某些微生物還具有生物制藥的潛力。土壤作為一種有生命的動態(tài)資源，同時也有維持全球生態(tài)平衡的功能。在《歐盟土壤保護修復指導框架》[12]中，碳存儲作為土壤功能之一，首次被列入指導框架。從相關(guān)的表述中可以發(fā)現(xiàn)人們對土壤功能的認識在不斷深化。

相比而言，國內(nèi)關(guān)于土壤功能的分類及其相關(guān)研究相對較少。趙其國等[9]在探討土壤質(zhì)量時指出，土壤質(zhì)量與土壤的基本功能有關(guān)，土壤質(zhì)量評價應對土壤的5個特定的功能因子進行評價。姜明[13]、崔巍等[14]針對濕地土壤，進行了土壤環(huán)境功能劃分與歸納。此外，為探討城市化過程中人為活動對環(huán)境的影響，何躍等[15]在研究中在國內(nèi)首次關(guān)注了土壤的記錄功能。蔣端生等[5]認為土壤質(zhì)量及其評價建立在土壤功能之上，各種土壤的不同功能有其空間分異、歷史演替和強弱序列。梁思源等[16]歸納總結(jié)了土壤的不同功能，認為土壤不但具有作物生產(chǎn)功能，還是環(huán)境交互媒介、動植物棲息地，同時為人類提供居住環(huán)境和原材料。

2　土壤結(jié)構(gòu)的評價指標與研究方法

土壤結(jié)構(gòu)的好壞不僅與土壤結(jié)構(gòu)的大小、形狀和肥力特征有關(guān)，也與土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有密切的關(guān)系。土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性通常包括土壤團聚體的水穩(wěn)性和土壤機械穩(wěn)定性。土壤團聚體數(shù)量和質(zhì)量評價是土壤結(jié)構(gòu)評價的重要組成部分，常用>0.25 mm水穩(wěn)性團聚體含量作為評價指標。同時，為了準確地評價土壤團聚體質(zhì)量，不僅要重視各級別團聚體的數(shù)量，還應當重視團聚體的直徑[17]。Van Bavel[18]采用加權(quán)求和方法提出了結(jié)構(gòu)體平均質(zhì)量直徑(mean weight diameter，MWD)的概念；Gardener[19]在此基礎上提出了幾何平均直徑(geometric mean diameter，GMD)的概念。MWD和GMD作為土壤團聚體狀況綜合評價指標已被廣泛應用。近年來，也有人借鑒分形理論，將其應用到土壤顆粒和團聚體的組成等研究方面，提出用分形維數(shù)(fractal dimension)作為指標表征土壤團聚體的分布狀況[20-22]。此外，祁迎春等[17]嘗試將矩法應用于土壤團聚體質(zhì)量評價方面，結(jié)果表明理論和其中的偏倚系數(shù)Cs能夠較為靈敏地表征各類土壤的團聚水平。

由于土壤結(jié)構(gòu)揭示了土壤各個組分和特性的空間異質(zhì)性。更復雜的是土壤結(jié)構(gòu)固有的不穩(wěn)定性，因而產(chǎn)生了它們在時間上的易變性和在空間上的不均勻性。再加上土壤結(jié)構(gòu)強烈地受氣候、生物活動以及土壤管理的影響，并且也易遭到機械的和物理化學性質(zhì)的破壞力的作用?；谶@些原因，還沒有真正客觀的、通用的方法來測定土壤結(jié)構(gòu)本身，所以土壤結(jié)構(gòu)一詞還是一個定性的概念，而非數(shù)量化了的性質(zhì)。學者們盡管已經(jīng)提出很多測定土壤結(jié)構(gòu)的方法，但事實上都是間接的方法，只是測定認為和結(jié)構(gòu)相依存的這個或那個土壤屬性，并非結(jié)構(gòu)本身。

干篩法是將一系列套篩放于振蕩架上，放入一定量的土壤樣品，振動后測定留在各級篩子上團聚體的重量百分含量。干篩法一般不單獨使用，常常與濕篩法結(jié)合起來應用。濕篩法是約得1936年提出來的，是衡量土壤中團聚體的水穩(wěn)性方法。濕篩法是目前土壤團聚體研究中應用最廣泛的方法。

土壤微形態(tài)法是應用偏光電鏡或掃描電鏡等顯微鏡法(α)來代替肉眼研究土壤團聚體的方法。與常規(guī)土壤物理分析方法相比，CT可以在不擾動分析對象內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下直接對原狀土壤樣本進行分析，且成像及分析速度快，可以進行三維立體分析等。近年來，應用X射線CT掃描技術(shù)分析土壤的孔隙度、孔隙分形維數(shù)[23-24]和孔隙空間分布狀況等已經(jīng)成為土壤孔隙特征研究的新方法[25-28]。Rachman等[29]發(fā)現(xiàn)利用CT掃描方法和利用傳統(tǒng)的土壤持水量推算法所測定的土壤大孔隙度數(shù)據(jù)結(jié)果十分接近。趙世偉等[30]利用CT掃描和圖像處理技術(shù)對植被自然恢復演替過程中的土壤孔隙特征進行了研究，結(jié)果表明土壤孔隙數(shù)、孔隙度、孔隙成圓率和分形維數(shù)等孔隙參數(shù)均得到極顯著的提高。

現(xiàn)在，隨著超聲技術(shù)的發(fā)展，已有研究人員提出了一套新的土壤團聚體穩(wěn)定性評估系統(tǒng)[31-32]：利用功率超聲粉碎土水中土壤團聚體，通過實時監(jiān)測土水溶液溫度和超聲系統(tǒng)輸入功率的變化，計算出土壤超聲分散能量，進而確定土壤團聚體的穩(wěn)定性。土壤分散能量可以勾畫出土壤物理分散過程，即隨時間變化，土壤超聲分散功率遞減，分散能量遞增，充分體現(xiàn)了超聲激勵下土壤團聚體從初始團聚狀態(tài)到完全分散狀態(tài)的逐漸分解過程。這種方法與以往的土壤團聚體研究相比，能定量地分析團聚體穩(wěn)定性。

3　土壤結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

以下僅從土壤的作物生產(chǎn)功能、土壤水庫功能、土壤碳庫功能、土壤基因庫功能等幾方面對土壤結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系加以闡述。

3.1土壤結(jié)構(gòu)對土地生產(chǎn)力的影響

Blum和Santelises[33]認為土壤是植物生長的介質(zhì)，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基地。即土壤的生產(chǎn)力(提高植物和生物生產(chǎn)力的能力)功能[9]。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，水、肥、氣、熱等因素決定著土壤肥力，而水、肥、氣、熱的合理調(diào)控又與土壤結(jié)構(gòu)有著直接關(guān)系。土壤團粒結(jié)構(gòu)既在保持土壤肥力、增加通氣性、透水性、抗蝕性方面發(fā)揮重要作用，又與單粒一起成為構(gòu)成土壤結(jié)構(gòu)的骨架顆粒，共同維持著土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。有良好團粒結(jié)構(gòu)的土壤在作物生長期間能很好地調(diào)節(jié)植物對水分、養(yǎng)分、空氣和溫度的需要，從而促進作物獲得高產(chǎn)[34]。近年來，國內(nèi)外有關(guān)于土壤團粒結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果表明[35-37]：土壤有機質(zhì)在土壤結(jié)構(gòu)的形成過程中起關(guān)鍵作用，土壤團粒結(jié)構(gòu)能夠影響土壤水熱狀況；土壤團聚體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對土壤肥力、質(zhì)量和土壤的可持續(xù)利用具有重要影響。在保持土壤良好結(jié)構(gòu)的同時，也要科學合理地利用土地，因土種植，如基本農(nóng)田的園林化建設和坡耕地的梯田建設等，從而最大限度地提高土地生產(chǎn)力，充分發(fā)揮土壤的基本功能。

土壤團聚體是衡量土壤肥力的指標之一，土壤有機碳的數(shù)量和質(zhì)量在很大程度上也與維持和提高土壤肥力密切相關(guān)。良好的土壤結(jié)構(gòu)有助于土壤肥力的提高，進而幫助作物獲得高產(chǎn)。但是目前關(guān)于土壤結(jié)構(gòu)與土地生產(chǎn)力的直接關(guān)系尚不清楚，缺乏對土壤結(jié)構(gòu)與作物產(chǎn)量的定量關(guān)系的討論。如何通過調(diào)控土壤結(jié)構(gòu)使得土壤肥力得以充分發(fā)揮，從而提高土地生產(chǎn)力，定量指示土壤結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)力功能的關(guān)系，將成為今后研究的重點。

3.2土壤結(jié)構(gòu)與土壤水庫功能的關(guān)系

土壤是布滿孔隙的疏松多孔體，具有明顯的存蓄、調(diào)節(jié)水分的功能，滿足植被生長的需要，稱之為土壤水庫。土壤水庫受植被、土壤、地形和氣候等因子的影響，各因子通過作用于土壤水庫庫容、瓶頸和蒸發(fā)性能，對土壤水庫的功能進行調(diào)控。植被因子是影響土壤水庫功能最活躍、最積極的因素[38]，同時通過植被—土壤復合體改善土壤結(jié)構(gòu)，提高涵蓄降水，控制水土流失。

合理的植被措施可以改善土壤結(jié)構(gòu)和水力特性[39]。土壤結(jié)構(gòu)決定了土壤水分動態(tài)變化，通過對土壤孔隙狀況的影響，進一步影響土壤的入滲能力。土壤的入滲性能就直接決定了土壤水庫的調(diào)蓄能力和功能發(fā)揮。因此，維持高入滲性能，才能發(fā)揮土壤水庫的功能。根據(jù)蔣定生等[40]的研究，目前黃土地區(qū)不同植被覆蓋下土壤穩(wěn)定入滲率常高達0.5～12 mm/min，其中以坡耕地最低，有時可下降到0.2 mm/min以下，一經(jīng)丟荒，3～5 a后便會隨著植被的恢復而不斷提高。勃海鋒等[41]的研究說明隨著退耕地上植被的恢復，土壤中有效孔隙數(shù)量不斷增加，土壤飽和導水率和入滲性能得到提高。植被自然演替過程中，土壤的物理性質(zhì)得到改善，土壤的田間持水量逐步提高[42]。劉娜娜等[43-44]等通過對草地和檸條土壤持水性的研究得出，植被恢復通過提高土壤有機質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，顯著提高土壤水庫的蓄水能力和持水能力。楊永輝等[45]對不同植被下土壤入滲性能的研究也表明土壤中有機碳含量的增加是提高土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因子，改善了降雨入滲過程及入滲率，恢復了土壤水庫功能。

植被恢復與重建條件下，土壤的入滲性能、持水和供水性能均得到明顯提高，而土壤有機碳含量的增加、土壤團聚體穩(wěn)定性的提高，改善了土壤的物理學特性，從而驅(qū)動了上述土壤水庫特征和功能的改善。良好土壤水庫功能的發(fā)揮對于防治水土流失有重要作用，促進了水土保持功能的發(fā)揮。土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和孔隙狀況決定了水庫功能的發(fā)揮，但是目前土壤結(jié)構(gòu)與土壤水庫功能的定量關(guān)系并不清楚，需進一步探索。

3.3土壤結(jié)構(gòu)與土壤碳庫功能

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)一個容量很大的碳庫，如果可以將大氣中的CO2固定在土壤中，既可以緩解溫室效應給人類帶來的災難，又可以改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力。全球土壤中儲存的有機碳高達1 500 Pg[46]，是大氣CO2總量的3倍、陸地生物碳量的2.5倍。土壤通過呼吸產(chǎn)生的CO2排放量是決定陸地生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的主要因子[47]。

土壤固碳是當今土壤學的新興研究領(lǐng)域，許多學者對土壤固碳都比較重視并開展了相應的工作，而認識土壤固碳的過程和機理是這種研究的基礎依據(jù)。植被類型可直接影響土壤有機碳含量，因為植被的根系分泌物和殘落物是土壤有機碳的主要來源。另外，氣候?qū)ν寥烙袡C碳的影響主要是通過影響植被而起作用的[48]。有機質(zhì)是團聚體形成的重要膠結(jié)物質(zhì)，土壤有機質(zhì)含量的提高可以促進土壤團聚體的形成，改良土壤結(jié)構(gòu)；土壤團聚體的形成又可以保護土壤有機碳免受微生物分解。這種物理保護機制使得土壤有機碳通過形成土壤團聚體或被包裹在團聚體內(nèi)部，形成團聚體結(jié)合態(tài)有機碳，從而減少礦化分解、提高穩(wěn)定性。由于土壤固碳的物理機制與土壤管理密切相關(guān)，所以團聚體形成作用被認為是土壤碳固定的最重要機制[49]。我國耕地土壤碳密度僅為歐洲土壤的2/3，為自然植被下土壤碳密度的3/4[50]，具有更大的固碳潛力與碳庫容量。許多研究已顯示退化農(nóng)田或其他土地利用轉(zhuǎn)變?yōu)榱值兀瑢岣咄寥烙袡C碳的含量。Johnston等[51]報道，在退化農(nóng)田上造林40 a，土壤有機碳平均每年提高0.8 mg。Conant等[52]報道從農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸睾螅寥烙袡C碳固定速率為0.11～3.04 mg/h2。Guo等[53]研究表明，從草地變?yōu)槿斯ち?，土壤碳儲量下?0%，而從農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ち郑寥捞純α吭黾?8%。植被恢復措施能顯著提高土壤的總有機碳含量和有機碳密度，能顯著提高土壤團聚體穩(wěn)定性有機碳組分含量，研究表明植被的天然恢復更有利于提高穩(wěn)定性有機碳庫容[54]。我國學者也對不同土地利用方式下的土壤固碳潛力進行了研究。吳慶標等[55]對森林生態(tài)系統(tǒng)植被固碳潛力進行了估算，郭然[56]、段曉男[57]、韓冰[58]等分別對草地、濕地、農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)的固碳潛力進行了估算。

目前土壤固碳的機理已經(jīng)清楚，但對于土壤固碳的強度、土壤碳庫容量的研究還不清晰。另外，土壤固碳潛力與土壤結(jié)構(gòu)有何定量化關(guān)系有待研究，如何通過合理的土地利用和管理方式使我國退化嚴重的農(nóng)田土壤發(fā)揮巨大的固碳潛力也有待進一步研究。

3.4土壤結(jié)構(gòu)與土壤的基因庫功能

土壤的基因庫功能主要表現(xiàn)在土壤生物多樣性方面。土壤生物由土壤微生物、土壤動物和土壤低等植物三部分組成，植被恢復使得土壤生物多樣性更加豐富。土壤是一個豐富的種子庫和基因庫，土壤中保存了不同年代、不同植物的種子以及許多動物的卵、蛹、幼蟲及越冬態(tài)等不活動狀態(tài)，它們在土壤中能保存較長的時間，而且一般多具有生物活性。土壤種子庫的存在使許多物種基因得以保存和延續(xù)，這對保護生物多樣性和恢復地球上已經(jīng)滅絕的植物物種具有十分重要的意義。

土壤中微生物、動物的活動有助于土壤孔隙的形成，蚯蚓等的活動也促進了土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，土壤中的動植物殘體及它們的分泌物和代謝物也為土壤提供了有機物質(zhì)，幫助形成更好的土壤結(jié)構(gòu)。目前土壤的基因庫功能缺乏深入的研究，已有的研究多集中在土壤種子庫方面，相對單一，土壤的生物基因在土壤結(jié)構(gòu)體中的分布和保護狀態(tài)的研究鮮有報道。

4　存在問題與研究展望

(1)對土壤結(jié)構(gòu)本身的研究相對較少，對土壤結(jié)構(gòu)與土壤功能的關(guān)系更是鮮有提及，對土壤功能的認識還不夠全面。

(2)植被恢復對土壤結(jié)構(gòu)及其物理性質(zhì)影響方面的研究還比較單一，缺乏系統(tǒng)的、全面的、有建設性的全方位研究，難以為土壤的可持續(xù)經(jīng)營提供科學依據(jù)。

(3)對于土壤水庫的研究大多停留在對土壤的蓄水量方面的描述，而土壤水庫在不同影響因子或多個影響因子共同作用下，潛在庫容和實際庫容、總庫容和分庫容的變化研究較少。而土壤水庫效應及機理的研究現(xiàn)在還處在描述性階段。

(4)目前仍通用的一些水文模型多為經(jīng)驗模型，將土壤作為一個黑箱或灰色系統(tǒng)來對待，沒有將土壤本身的基本性質(zhì)(如有機碳含量、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、孔隙度、容重、持水性能等)和土壤水分過程(如土壤入滲過程、植物根系吸水過程、土面蒸法過程等)引入模型中，不能很好地模擬土壤水庫形成過程、功能及機理。

在今后的研究中，隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展，利用二值圖像、多光譜圖像來定量提取土壤孔隙度、彎曲度、孔隙分布等土壤物象信息，利用立體測量學、計算機斷層掃描技術(shù)、激光共聚焦掃描技術(shù)等研究土壤孔隙的三維信息將更加普遍，從而全方位研究植被恢復過程中土壤孔隙結(jié)構(gòu)、土壤團聚體以及土壤膠結(jié)物質(zhì)等對土壤結(jié)構(gòu)的影響。同時，要加強對植被恢復下土壤結(jié)構(gòu)及其功能關(guān)系的定量研究，建立統(tǒng)一的土壤功能分類系統(tǒng)以及評價指標，為定向培育土壤功能所需的土壤結(jié)構(gòu)及其技術(shù)開發(fā)提供理論基礎。

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Relationship of Soil Structures and Functions Under Vegetation Restoration

SHANG Yingni1,ZHAO Shiwei1,2,WANG Zilong2,HUANG Jinghua2,HUO Na1,CHANG Wenqian1

(1.College of Natural Resources and Environment,Northwest A&F University,Yangling, Shaanxi 712100， China; 2.Institute of Soil and Water Conservation,CAS&MWR,Yangling,Shaanxi 712100,China)

Through consulting literature about soil structures and functions,we reviewed the research progress in soil structures and functions,soil structure stability indicators and research methods of soil structure,discussed the relationships between soil structure and the soil functions of crop production,soil reservoir,soil carbon pool and soil gene pool,and presented the prospects of developing confocal laser scanning technology in the analysis of the soil structure and pore characteristics,applying digital image processing techniques to reflect the real situation of the soil porosity and strengthening the research about the quantitative relationship between soil structure and function in the future.

soil structure; pore characteristics; soil function; soil reservoir; soil carbon pool

2015-12-02

2016-01-05

國家自然科學基金重點項目“膠結(jié)物質(zhì)驅(qū)動的土壤團聚體形成過程與穩(wěn)定機制”(41330852)

尚應妮(1990—),女,陜西榆林人,在讀碩士,主要從事土壤生態(tài)研究。E-mail:shangyn@nwsuaf.edu.cn

趙世偉(1962—),男,四川榮縣人,博士,研究員,主要從事土壤結(jié)構(gòu)及固碳機理研究。E-mail:swzhao@ms.iswc.ac.cn

S152.4

A

1005-3409(2016)05-0370-06