鄭姍姍, 陶長(zhǎng)鑄, 吳鵬飛, 馬祥慶, 蔡麗平

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院;2.南方紅壤區(qū)水土保持國(guó)家林業(yè)草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350002)

福建省長(zhǎng)汀縣是南方花崗巖地區(qū)水土流失最嚴(yán)重的典型區(qū)域，屬國(guó)家級(jí)水土流失治理的重點(diǎn)地區(qū)[1].經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不懈的努力，長(zhǎng)汀縣水土流失治理取得較大成效，但仍存在一些難以治理的強(qiáng)度紅壤侵蝕區(qū)，這些地區(qū)由于長(zhǎng)期嚴(yán)重的水土流失，其生態(tài)環(huán)境極其惡劣，植被恢復(fù)極為困難，盡管在這些地區(qū)進(jìn)行了大量植被恢復(fù)試驗(yàn)，但治理收效甚微，成為目前長(zhǎng)汀水土流失治理“難啃的硬骨頭”[2].目前關(guān)于長(zhǎng)汀縣植被恢復(fù)機(jī)理的系統(tǒng)研究較少，紅壤強(qiáng)度侵蝕區(qū)植被恢復(fù)的技術(shù)難題尚未解決，關(guān)鍵限制因子及其影響機(jī)制尚不清楚，難以對(duì)紅壤強(qiáng)度侵蝕區(qū)的植被恢復(fù)起到有效指導(dǎo).因此，深入研究紅壤強(qiáng)度侵蝕區(qū)植被恢復(fù)的主要限制因子及其影響機(jī)理，對(duì)長(zhǎng)汀縣強(qiáng)度侵蝕區(qū)的植被恢復(fù)具有重要意義.

在長(zhǎng)汀縣紅壤侵蝕區(qū)，粗晶花崗巖風(fēng)化發(fā)育的山地丘陵紅壤表層砂礫含量高粘粒少，風(fēng)化殼中抗侵蝕性極弱的砂土層明顯[3-4]，加上長(zhǎng)期嚴(yán)重的水土流失，表土細(xì)小顆粒被沖刷流失殆盡，留下大量粗晶砂礫遺留地表，土壤砂礫化嚴(yán)重.研究表明，隨著土壤侵蝕強(qiáng)度的增加，土壤表層的砂礫化越嚴(yán)重，從無(wú)水土流失的風(fēng)水林到極強(qiáng)度水土流失的侵蝕裸地土壤中砂粒含量從32.11%增加到63.14%[5]，土壤表層粒徑大于2 mm的礫石含量高達(dá)24%～43%(課題組前期試驗(yàn)結(jié)果)，土壤砂礫化已成為南方紅壤侵蝕區(qū)土壤退化的重要特征[6].土壤顆粒組成在很大程度上影響土壤結(jié)構(gòu)的改變[7]，直接影響植物生長(zhǎng)所依賴的土壤環(huán)境中的水分、空氣和熱量運(yùn)動(dòng)等.礫石、粗晶顆粒是土壤重要組成成分，其對(duì)土壤溫度、導(dǎo)熱率、土壤含水量、飽和導(dǎo)水率、孔隙度及入滲特性等影響不容忽視[8-10].在南方紅壤侵蝕區(qū)，夾雜在土壤層中的礫石改變了土壤水分的動(dòng)力學(xué)特性，從而影響土壤抗蝕性[11-12].在北方干旱、沙化地區(qū)的農(nóng)田中礫石覆蓋是田間的蓄水保墑、蓄土保溫的農(nóng)業(yè)措施之一，礫石覆蓋能夠顯著提高地表和不同土層深度的土壤溫度[13-14]，土壤含水量隨著礫石覆蓋厚度的增加而增加，且土壤含水量與礫石粒徑大小相關(guān)，礫石粒徑越小，抑制土壤蒸發(fā)效果越好，土壤含水量越高[15].但是關(guān)于南方紅壤侵蝕區(qū)土壤表層砂礫化的生態(tài)效應(yīng)研究甚少，土壤表層砂礫化對(duì)土壤的溫度、水分等土壤環(huán)境因子影響情況尚不清楚，而這又直接影響紅壤侵蝕區(qū)植被恢復(fù)初始階段植物種子能否萌發(fā).

長(zhǎng)汀紅壤強(qiáng)度侵蝕區(qū)地表砂礫化、植被恢復(fù)困難一直受到當(dāng)?shù)卣蛯W(xué)者的關(guān)注，課題組前期在長(zhǎng)汀紅壤嚴(yán)重砂礫化的強(qiáng)度侵蝕裸地上的植被恢復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，自然條件下，撒播大量紅壤區(qū)先鋒植物種子，但鮮有植物種子萌發(fā).王玉珍等[16]、鄭惠欣等[17]通過(guò)砂礫、土壤不同配比，模擬不同砂礫化程度的土壤對(duì)紅壤侵蝕區(qū)植被恢復(fù)先鋒草種寬葉雀稗(Paspalumwettsteinii)和類(lèi)蘆(Neyraudiareynaudiana)種子的萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)試驗(yàn)表明，隨著土壤粗顆粒(砂礫)比例的增加，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均降低，說(shuō)明土壤組成物質(zhì)以及砂礫含量影響植物種子萌發(fā)及生長(zhǎng).種子萌發(fā)是植被自然恢復(fù)初始階段新個(gè)體形成的關(guān)鍵時(shí)期，也是植物生長(zhǎng)最脆弱的時(shí)期，關(guān)系到植物種群自然繁殖、擴(kuò)展及植被恢復(fù)的成敗[18].植物種子萌發(fā)需要適宜的環(huán)境條件，溫度、水分是植物種子萌發(fā)的重要影響因子[19]，大多數(shù)亞熱帶植物種子在土壤含水量10%～25%、溫度15～25 ℃條件下發(fā)芽率高，而水分不足或過(guò)多均不利于種子萌發(fā)，即使耐旱植物種子在土壤含水量4%以下也無(wú)法發(fā)芽[20-21]，耐高溫的植物種子在30 ℃以上萌發(fā)率也顯著下降[22-25]，說(shuō)明高溫低濕嚴(yán)重制約植物種子的萌發(fā).因此在強(qiáng)度侵蝕區(qū)土壤表層砂礫化可能引起土壤表層高溫低濕的干熱環(huán)境，從而嚴(yán)重制約植物種子萌發(fā)，這是導(dǎo)致其植被自然恢復(fù)困難的關(guān)鍵所在.但目前關(guān)于表層土壤砂礫化與土壤溫濕度及植物種子萌發(fā)之間的關(guān)系研究甚少，內(nèi)在機(jī)制尚不明確，從而導(dǎo)致長(zhǎng)汀強(qiáng)度侵蝕區(qū)砂礫化土壤的植被恢復(fù)缺乏理論支撐.

馬尾松(PinusmassonianaLamb.)屬松科松屬常綠針葉喬木，耐干瘠，對(duì)土壤要求較低，適應(yīng)能力極強(qiáng)，是長(zhǎng)汀水土流失區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建的重要鄉(xiāng)土樹(shù)種和先鋒樹(shù)種.胡枝子(LespedezabicolorTurcz.)屬豆科胡枝子屬落葉灌木，適應(yīng)能力強(qiáng)，耐干瘠，根系發(fā)達(dá)，萌蘗力強(qiáng)，是長(zhǎng)汀水土流失治理中最重要的先鋒灌木植物.寬葉雀稗為多年生禾本科雀稗屬草本植物，根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)速度快，分蘗能力強(qiáng)，對(duì)土壤適應(yīng)性較廣，具有強(qiáng)抗旱性、耐貧瘠、耐酸等優(yōu)良性狀，是我國(guó)南方水土流失區(qū)、礦山廢棄地、道路邊坡等生態(tài)惡地植被恢復(fù)的理想先鋒植物.馬尾松、胡枝子、寬葉雀稗是長(zhǎng)汀紅壤侵蝕區(qū)植被恢復(fù)中最主要的的喬灌草先鋒植物，因此，根據(jù)課題組前期研究結(jié)果，以長(zhǎng)汀紅壤強(qiáng)度侵蝕區(qū)的土壤為研究對(duì)象，模擬長(zhǎng)汀紅壤侵蝕區(qū)不同砂礫化程度的土壤環(huán)境，選取馬尾松、胡枝子和寬葉雀稗種子，在露天自然條件下(不施加其他處理)進(jìn)行盆栽土培發(fā)芽試驗(yàn)，觀測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中的土表溫濕度變化及植物種子萌發(fā)情況，研究不同砂礫化程度的土壤環(huán)境對(duì)土表溫濕度及植物種子萌發(fā)的影響，旨在探討長(zhǎng)汀紅壤侵蝕區(qū)土壤砂礫化對(duì)植被恢復(fù)生長(zhǎng)的影響效應(yīng)，以期為長(zhǎng)汀紅壤侵蝕區(qū)植被恢復(fù)提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以長(zhǎng)汀紅壤侵蝕區(qū)常見(jiàn)植物馬尾松、胡枝子和寬葉雀稗種子為試驗(yàn)材料，選取籽粒飽滿、大小均一的種子進(jìn)行消毒、浸種處理之后用于發(fā)芽試驗(yàn).盆栽土壤取自福建長(zhǎng)汀河田鎮(zhèn)紅壤強(qiáng)度侵蝕區(qū)，采集侵蝕區(qū)表層(0～20 cm)土壤，自然風(fēng)干后過(guò)2 mm篩，將粒徑大于2 mm的礫石(下文統(tǒng)一表述為大于2 mm的礫石)與粒徑小于2 mm的土壤分離、備用.

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)于2014年9至10月在福建農(nóng)林大學(xué)進(jìn)行(試驗(yàn)期間福州市平均氣溫26.8 ℃，平均最高、最低氣溫分別為36.2和18.9 ℃；平均相對(duì)濕度69.3%；降水總量37.1 mm,日平均降水量1.28 mm).采用盆栽土培法，盆栽基質(zhì)模擬長(zhǎng)汀紅壤侵蝕區(qū)不同砂礫化程度的土壤環(huán)境，將大于2 mm礫石和小于2 mm土壤按重量百分比(10%和90%、20%和80%、30%和70%、40%和60%、50%和50%)混合配制成5種不同砂礫化程度的土壤，將配制好的土壤充分混合均勻，裝入內(nèi)徑18 cm、高18 cm的塑料花盆中，每盆裝土1.5 kg.隨機(jī)選取的消毒浸種處理后的馬尾松、胡枝子、寬葉雀稗3種植物種子50 粒(寬葉雀稗種子100粒)均勻置于裝好土的花盆中，然后覆土0.5 cm，確保土壤蓋住種子.每種植物分別在5種土壤基質(zhì)中進(jìn)行種子發(fā)芽試驗(yàn)(每盆為1個(gè)重復(fù)，每個(gè)處理9個(gè)重復(fù))，共135盆.盆栽土壤發(fā)芽試驗(yàn)在露天自然條件下進(jìn)行，并且每天觀測(cè)盆土和空氣溫濕度情況.

為證明種子本身具有發(fā)芽能力和溫度對(duì)種子發(fā)芽影響，采用上述試驗(yàn)相同消毒浸種處理的馬尾松、胡枝子、寬葉雀稗種子，相同時(shí)間段設(shè)置了適宜濕度條件下溫度對(duì)種子發(fā)芽影響的試驗(yàn)，試驗(yàn)在培養(yǎng)箱(以濾紙為基質(zhì)，濕度75%±5%，光照L/D=12 h/12 h)內(nèi)進(jìn)行，設(shè)計(jì)4個(gè)溫度(15、20、25、30 ℃)梯度處理，每個(gè)處理5個(gè)重復(fù)，試驗(yàn)期間確保種子處于濕潤(rùn)狀態(tài)，每天觀測(cè)記錄種子發(fā)芽情況.

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定 采用望云山土壤溫濕度自動(dòng)觀測(cè)計(jì)(Wthot1-sm-5-0.2)對(duì)盆栽土壤表層(約1 cm處)的溫濕度進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，采用望云山空氣溫濕度自動(dòng)觀測(cè)計(jì)(Wthot1-1-0.2)對(duì)空氣溫濕度(1.5 m處)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，土壤和空氣溫濕度觀測(cè)分別設(shè)3和2個(gè)重復(fù)，均為每30 min觀測(cè)記錄1次；同時(shí)每天對(duì)種子發(fā)芽情況進(jìn)行觀測(cè)，待種子開(kāi)始萌發(fā)后，每天記錄萌發(fā)正常的種子數(shù)，計(jì)算種子發(fā)芽率.

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

本試驗(yàn)中日最高、日最低溫濕度為試驗(yàn)觀測(cè)期間每天的最高、最低溫濕度，某一時(shí)刻的空氣及土壤溫濕度值均為觀測(cè)期間同一時(shí)刻的平均值，以8：00—20：00為日間，以20:00—8:00為夜間，采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理與制圖，用 SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)和Person相關(guān)性分析(雙側(cè)檢驗(yàn)，P=0.05).

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤砂礫化對(duì)土表溫濕度的影響

從圖1可知，各種砂礫化程度都對(duì)土表溫濕度存在顯著影響.日間(8：00—20：00)土表溫度隨著大于2 mm礫石比例的增加呈逐漸上升的趨勢(shì)，在大于2 mm礫石比例為10%時(shí)土表溫度最低，在大于2 mm礫石比例為50%時(shí)土表溫度最高，且兩者間的土表溫度差異顯著；夜間(20：00—8：00)土表溫度隨著大于2 mm礫石比例的增加呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)，但變化較不明顯，且不同大于2 mm礫石比例間土表溫度差異不顯著；日間與夜間的土表溫差總體呈上升趨勢(shì).日間與夜間土表濕度隨著大于2 mm礫石比例的增加均呈逐漸下降的趨勢(shì)，且均低于10%，不同礫石比例間差異不顯著.說(shuō)明大于2 mm礫石比例對(duì)土表溫濕度的影響較大.

不同小寫(xiě)字母表示不同砂礫化程度土壤間差異顯著(P<0.05).圖1 不同砂礫化程度對(duì)土壤表層溫濕度的影響Fig.1 Effect of sand-gravel ratio on surface temperature and humidity of soil

2.2 土壤砂礫化對(duì)土表溫濕度日變化的影響

從圖2可知，露天自然條件下，空氣溫度的日變化呈現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)的單峰曲線，日出前出現(xiàn)最低氣溫(23.8 ℃)，午后出現(xiàn)最高氣溫(36.2 ℃)，不同沙礫化程度土壤的土表溫度日變化趨勢(shì)與空氣溫度日變化趨勢(shì)基本一致.隨著大于2 mm礫石比例的增加，土表溫度呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)；土表最高溫度由10%礫石比例的35.7 ℃升高至50%礫石比例的38.6 ℃，大于2 mm礫石比例30%以上的土表溫度高于空氣溫度，且以日間(8：00—20：00)為更顯著；大于2 mm礫石比例為50%時(shí)，土表溫度變化幅度最大，隨著土壤中礫石比例的減少，土表溫度的變化幅度減小.空氣和土表濕度的日變化呈現(xiàn)大體一致的趨勢(shì)，土表濕度的日變化不明顯，不同沙礫化程度土壤間濕度相差較小，且均低于10%(6.4%～8.2%)，表現(xiàn)為大于2 mm礫石比例越高，土表濕度越低.說(shuō)明土表溫濕度變化與土壤中大于2 mm礫石比例高低有關(guān).

圖2 不同砂礫化程度對(duì)土表溫濕度日變化的影響Fig.2 Diurnal variation of surface temperature and humidity under different sand-gravel ratios

2.3 土壤砂礫化對(duì)土表日最高、日最低溫濕度的影響

由圖3可知，試驗(yàn)期間土表日最高、日最低溫度的變化趨勢(shì)與空氣溫度的變化趨勢(shì)基本一致，隨著大于2 mm礫石比例的增加，土表日最高溫度呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，日最低溫度呈現(xiàn)降低的趨勢(shì).在日最高氣溫較高時(shí)，不同礫石比例間的土表日最高溫度差異較大，且明顯高于氣溫；土表日最低溫度低于日最低氣溫，除50%礫石比例外，其他4個(gè)礫石比例間土表日最低溫度差異較不明顯.試驗(yàn)期間86%的天數(shù)土表日最高溫度均高于30 ℃，59%的天數(shù)土表日最高溫度均高于35 ℃，35%的天數(shù)土表最高溫度高于40 ℃，在礫石比例為40%和50%時(shí)，土表日最高溫度甚至超過(guò)50 ℃，最高達(dá)52.4 ℃.

圖3 不同砂礫化程度對(duì)土表日最高、日最低溫濕度的影響Fig.3 Effect of sand-gravel ratio on daily maximum and minimum soil surface temperature and humidity

露天自然條件下空氣和土表日最高、日最低濕度呈現(xiàn)大體一致的變化趨勢(shì)，試驗(yàn)期間除少數(shù)降雨天外，土表日最高、日最低濕度均不高，基本低于10%.隨著大于2 mm礫石比例的增加，土表日最高、日最低濕度呈逐漸下降的趨勢(shì)，表現(xiàn)為大于2 mm礫石比例越高，土表濕度越低，且不同礫石比例間日最高土表濕度的變化較不明顯.這說(shuō)明土表日最高、日最低溫濕度的變化除與土壤中大于2 mm礫石比例高低有關(guān)外，當(dāng)日的天氣狀況也對(duì)其產(chǎn)生了較大的影響.

2.4 土壤砂礫化程度與土表溫濕度的相關(guān)性分析

從表1可知，土壤砂礫化影響土表溫濕度.土表溫度與土壤砂礫化程度間存在顯著正相關(guān)關(guān)系，而土表濕度則相反，與土壤砂礫化呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，且日間土表溫濕度與土壤砂礫化程度間的相關(guān)性較夜間土表溫濕度更大.土表溫度與濕度間存在較高的相關(guān)性，日間、夜間土表溫度與土表濕度間存在顯著的負(fù)相關(guān).

表1 土表溫濕度與土壤砂礫化程度的相關(guān)性1)Table 1 Correlation between soil surface temperature, humidity and gravitation

2.5 土壤砂礫化對(duì)植物種子發(fā)芽率的影響

由表2可知，相同時(shí)期，在室內(nèi)適宜溫度濕度(相對(duì)濕度約75%)條件下，3種植物種子均可以發(fā)芽，且胡枝子和寬葉雀稗在25 ℃發(fā)芽率最高(馬尾松在15 ℃發(fā)芽率最高)，30 ℃時(shí)發(fā)芽率顯著下降(寬葉雀稗下降不顯著).表明30 ℃以上高溫不利于植物種子萌發(fā).而露天自然條件下(不施加其他處理)，3種植物種子在不同礫石配比土壤中均無(wú)發(fā)芽.

表2 不同砂礫化程度及溫度對(duì)植物種子發(fā)芽率的影響1)Table 2 Effects of soil sand-gravel ratio and temperature on germination rate of plant seeds

由圖2、圖3可知，試驗(yàn)期間，不同沙礫化程度土壤的日間土表溫度明顯高于氣溫，且基本高于30 ℃， 86%的天數(shù)土表日最高溫度高于30 ℃，最高達(dá)52.4 ℃，且土表濕度基本低于10%；由此可見(jiàn)，土壤砂礫化導(dǎo)致的土表高溫低濕可能是限制植物種子發(fā)芽的主要因子.

3 討論與結(jié)論

3.1 土壤砂礫化對(duì)土表溫度的影響

土壤溫度變化的影響因素十分復(fù)雜，除了太陽(yáng)輻射能這一主要因素外，土壤溫度還與周?chē)h(huán)境的熱能交換、土壤本身的熱傳導(dǎo)、土壤水分的蒸發(fā)及微生物分解等一系列物理化學(xué)作用過(guò)程中所吸收和釋放的熱能相關(guān).而土壤熱容量、熱傳導(dǎo)度及比熱等是決定土壤熱能傳遞的重要影響因子，其中，又以熱容量對(duì)土壤溫度的影響最為顯著.土壤物質(zhì)的熱容量均低于水的熱容量，且以石英的熱容量為最低，以土壤腐殖質(zhì)為最高[25].因此，細(xì)土的熱擴(kuò)散率要低于含礫石土壤[10]，礫石含量高的土壤，其土壤溫度因粗晶砂礫含量高、土壤養(yǎng)分含量低、腐殖質(zhì)含量少而變化更為明顯.長(zhǎng)汀縣紅壤侵蝕區(qū)的土壤為粗晶花崗巖風(fēng)化發(fā)育的山地丘陵紅壤，強(qiáng)度侵蝕區(qū)土壤砂礫化嚴(yán)重.本試驗(yàn)結(jié)果也表明，土壤中大于2 mm礫石對(duì)土表溫度的影響較大，土壤中大于2 mm礫石比例增加，土表溫度呈上升趨勢(shì)，大于2 mm礫石比例較低的土表溫度變化較為緩和，這可能是因?yàn)橥寥乐兴趾枯^高，土壤熱容量和熱導(dǎo)率大，吸收的熱量容易向下層傳遞，而失去的熱量又容易得到補(bǔ)充，因此溫度變化比較緩和[26].相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤沙礫化程度與土表溫度之間顯著相關(guān).何玉潔等[10]對(duì)青藏高原含砂礫石土壤導(dǎo)熱率的研究發(fā)現(xiàn)，砂礫石對(duì)土壤孔隙度和土壤導(dǎo)熱率有顯著影響，砂礫石含量比重大的土壤孔隙度較小，且砂礫石含量越大的土壤導(dǎo)熱率高.潘永潔等[13]的研究也表明，礫石可通過(guò)改變混合土壤的容重、導(dǎo)熱率及其熱容，從而影響土壤溫度的變化.說(shuō)明土壤砂礫化對(duì)長(zhǎng)汀紅壤侵蝕區(qū)土表溫度有極大影響.

3.2 土壤砂礫化對(duì)土表濕度的影響

土壤顆粒的大小及礦物質(zhì)組成對(duì)土壤水分有重要影響.秦百順等[15]研究表明，礫石粒徑越小，覆蓋抑制土壤蒸發(fā)效果越好，土壤含水量越高.本試驗(yàn)結(jié)果表明，大于2 mm礫石比例越高的土壤其土表濕度越低，這是因?yàn)橥寥乐写笥? mm礫石含量越多，土壤空隙越大，土壤緊實(shí)度越差，水分下滲越快，同時(shí)礫石間的大孔隙還增加了水分向空氣中蒸發(fā)的途徑.土壤溫度和土壤水分作為反映土壤環(huán)境的重要指標(biāo)，是影響土壤中各種生物化學(xué)過(guò)程和非生命的化學(xué)過(guò)程的重要因子[10].日間、夜間土表溫度與土表濕度間存在顯著的負(fù)相關(guān)，日最高、日最低土表溫度與土表濕度間也存在顯著的負(fù)相關(guān)，說(shuō)明土壤溫度與濕度間存在較高的相關(guān)性.土壤溫度能夠直接或間接地影響土壤與大氣間的能量交換，同時(shí)溫度還是驅(qū)動(dòng)土壤水分遷移的重要因子，通過(guò)影響土壤水分的附存形式及活動(dòng)性強(qiáng)度，影響著土壤水分的再分布狀況[26].砂礫化土壤因礫石熱容量小、升溫快，在太陽(yáng)輻射加熱條件下，土表溫度高，水分蒸發(fā)快，因此表層土壤濕度低，而土壤濕度又通過(guò)影響土壤溫度的變化趨勢(shì)及幅度，進(jìn)而影響土壤水分的傳導(dǎo)與變化.隨著大于2 mm礫石比例的增加，土表濕度逐漸下降，且大于2 mm礫石比例越高，土表濕度波動(dòng)變化更為明顯，這可能與土壤中礫石的水熱性質(zhì)有關(guān).與細(xì)土的水熱性質(zhì)不同，礫石能夠通過(guò)改變土壤孔隙度改變土壤導(dǎo)水路徑的曲折度及土壤的過(guò)水?dāng)嗝?，從而使得土壤水的傳輸和溶質(zhì)的運(yùn)移受到影響，進(jìn)而改變土壤的導(dǎo)水率和土壤的入滲速度[8]，最終導(dǎo)致表層土壤含水量降低.

3.3 土壤砂礫化對(duì)植物種子發(fā)芽的影響

植物種子是否萌發(fā)是土壤砂礫化地區(qū)植被恢復(fù)的先決條件，種子萌發(fā)需要合適的初始環(huán)境.適宜的環(huán)境條件有助于植物種子的萌發(fā)，土壤溫度、濕度及通氣條件是限制植物種子萌發(fā)的重要影響因子[19].每種植物種子萌發(fā)都有其適宜的溫度范圍，溫度過(guò)低、過(guò)高或者持續(xù)的低溫和高溫都不利于植物種子萌發(fā)，植物種子萌發(fā)在低溫的土壤環(huán)境中多數(shù)緩慢，而高于30 ℃則不利于植物種子萌發(fā)[25].研究表明，25 ℃是馬尾松種子的最適發(fā)芽溫度，35 ℃以上的高溫就會(huì)顯著限制其萌發(fā)[24]；胡枝子種子發(fā)芽的最適溫度為22～25 ℃，最高溫度為32～34 ℃[27]；寬葉雀稗種子在20、25 ℃時(shí)發(fā)芽率較高，30 ℃種子萌發(fā)率下降，其最適生長(zhǎng)溫度為25～30 ℃[16,28].本試驗(yàn)中培養(yǎng)箱種子發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)果與多數(shù)研究結(jié)果相似，說(shuō)明35 ℃以上高溫條件下大多數(shù)的植物種子難以萌發(fā).水分是植物種子萌發(fā)及其生長(zhǎng)過(guò)程中的另一個(gè)重要限制因素，生境中水分的供應(yīng)情況很大程度上決定著植物種子的萌發(fā)，韓愈等[29]研究表明，地楓皮種子在土壤含水量低于40%時(shí)不能萌發(fā).干旱情況下，土壤濕度是植被生長(zhǎng)的限制因子[30].在植物種子萌發(fā)期，種子通過(guò)向外界吸取水分從而激活體內(nèi)各種酶的活性，進(jìn)而增強(qiáng)呼吸及代謝作用，積蓄種子萌發(fā)所需能量，促進(jìn)種子萌發(fā)，因此，當(dāng)水分缺乏到一定程度時(shí)，種子吸脹明顯受到抑制，無(wú)法完成萌發(fā)過(guò)程[31].

砂礫化土壤顆粒較粗大，土壤孔隙較大，對(duì)土壤導(dǎo)熱、導(dǎo)水均有較大影響，從而影響土壤的溫度、水分及其水分入滲等特性，進(jìn)而影響植物種子萌發(fā).本試驗(yàn)期間(9月11日—10月9日)，在自然露天條件下3種植物在不同砂礫化土壤中均無(wú)發(fā)芽，試驗(yàn)期間有86%的天數(shù)土表最高溫度在30 ℃以上，甚至有些天超過(guò)50 ℃，這樣的溫度條件下，嚴(yán)重制約植物種子發(fā)芽，即使偶爾雨天，土壤濕度增加、土溫下降，偶有萌發(fā)的土壤環(huán)境條件，但是在福建夏秋季節(jié)大多數(shù)是短時(shí)的暴雨，一般雨后第2天甚至1～2 h又很快恢復(fù)大晴天的高溫天氣，砂礫化土壤的水分快速下滲后，土壤溫度又很快回升，加速土壤水分的蒸發(fā)，土壤濕度也隨著土壤溫度的升高而下降，土壤環(huán)境日間重新回到高溫低濕狀態(tài)，因此在試驗(yàn)期間有35%天數(shù)土壤環(huán)境日最高溫度在40 ℃以上，日最高濕度低于10%，此土壤環(huán)境，即使耐旱性、耐高溫較好的3種紅壤侵蝕區(qū)植被恢復(fù)先鋒植物也難以萌發(fā).有研究表明， 6、7月份高溫季節(jié)長(zhǎng)汀縣裸露侵蝕地地表溫度更是可高達(dá)60 ℃以上，有的甚至高達(dá)70 ℃以上[32]，這樣的高溫下一般植物基本無(wú)法萌發(fā)，即使春季萌發(fā)的小苗也難以存活，課題組前期在長(zhǎng)汀紅壤強(qiáng)度侵蝕裸地上撒播大量植物種子進(jìn)行植被恢復(fù)試驗(yàn)，后期調(diào)查中卻鮮有發(fā)現(xiàn)植物，因此，土壤砂礫化是南方紅壤侵蝕區(qū)植被恢復(fù)困難的重要影響因子[16,33].

綜上，長(zhǎng)汀紅壤侵蝕區(qū)土壤表層砂礫化導(dǎo)致土表溫度顯著升高、濕度顯著降低，土壤嚴(yán)重干熱化，在此條件下植物種子難以萌發(fā)，進(jìn)而導(dǎo)致植被恢復(fù)困難，因此，土壤砂礫化是長(zhǎng)汀紅壤侵蝕區(qū)植被恢復(fù)的重要限制因子.