我国西南喀斯特地区温热多雨，坡地水土经岩溶裂隙与地下管道大量漏失，石漠化问题严重。植被恢复是有效抑制石漠化发展的重要措施。然而，喀斯特地区土壤普遍浅薄，石漠化坡地地表土壤更是稀缺，植物难以从中获得充足的水分、养分和根系生长需要的空间。这导致移植植物成活率低、生长缓慢、生物量小，难以起到有效控制石漠化发展的作用^[1-2]。土壤养分储存与供给能力不足已成为石漠化坡地植被与生态恢复的关键限制因子之一^[3]。

西南喀斯特地区表层岩溶带平均裂隙率可达5.3%左右^[4-5]，浅层岩溶裂隙（SKF，shallow karst fissure）聚集由地表径流冲蚀带入的土壤，其面积可占到典型岩溶山地剖面的5.3%~8.9%^[6-7]。SKF及填充于其中的土壤能为植物生长提供生长空间、水分和养分，是石漠化地区生态恢复必须依赖的宝贵自然资源和重要生境类型^[8-9]。SKF是喀斯特地区特殊地表-地下“二元三维”系统的重要组成部分和坡地水土流失的重要通道。填充于其中的土壤在存留环境、养分侵蚀淋溶过程和理化性质方面相较于非SKF土壤已发生较大变化^{[4, 6-7]}。土壤团聚体是土壤结构的基本单元和养分贮存库，其稳定性大小是评价土壤抗蚀性和土壤肥力的主要指标之一^[10-11]。表征团聚体的稳定性和其养分状况是研究喀斯特地区地球化学过程以及生态系统服务功能的基础任务之一。随着对岩溶裂隙小生境土壤生态服务功能认识的加深，学者开展了对其性质和肥力的初步探索。研究发现，随土层深度增加，SKF土壤砂粒减少，粗粉粒、黏粒含量增加^[6-7]，有机质、总氮和总磷随着土层深度增加而降低^{[7, 12-13]}。但是，有关SKF剖面土壤团聚体的组成、稳定性以及团聚体养分含量的垂向变化规律尚不清楚，SKF形态对团聚体稳定性及养分含量影响的相关研究未见报道。因此，本研究在喀斯特石漠化坡地采集两种典型形态的SKF，分析其剖面土壤团聚体组成、稳定性、破坏机制，以及团聚体中土壤有机质（SOM）、碱解氮（AHN）和有效磷（AP）含量的垂向变化特征，分析团聚体稳定性与养分含量的相关关系。研究结果将加深对SFK剖面土壤团聚体性质的认识，为石漠化治理过程中采取合理的耕作方法和土壤改良措施提供一定的理论依据。

采样点位于贵州省普定县后寨河流域（26°17'05.30″N，105°39'21.44″E），海拔1 100~1 400 m，亚热带季风湿润气候，年平均气温15.1 ℃，多年平均降雨量为1 314.6 mm。研究区域碳酸盐岩广为分布，表层岩溶带发育强烈，石漠化面积超过35%，难利用的石山、裸岩占流域面积的10%左右，在南方喀斯特地区极具典型性和研究价值。

以新近道路建设和住房建设开挖边坡断面出露的矩形和漏斗形SKF剖面为研究对象（表 1和图 1）。自下而上挖取0~20 cm、30~50 cm、50~70 cm、70~90 cm、90~110 cm层土壤，装入硬质塑料盒中。为减少0~20 cm表层土对下层土壤性质的影响，将20~30 cm土层作为缓冲层，不采集土壤样品。土壤样品在实验室内自然风干，捡出石块、落叶和根等杂物，备用。

表 1 Table 1

表 1 采样点及SKF剖面概况 Table 1 Overview of sampling sites and SKF profile 序号 No. 地点 Sampling site 地理坐标 Latitude and longitude SKF形态 SKF type 岩性 Rock type 土壤类型 Soil group 顶孔孔径 Top aperture width/cm 迹长 Trace length/cm 采样深度 Samplingdepth/cm 1 青山村 26°20′42.04″N，105°48′10.54″E 矩形 灰岩 石灰土 30 90 0~90 2 陈旗堡 26°16′20.61″N，105°45′21.39″E 矩形 灰岩 石灰土 10 120 0~110 3 陈旗堡 26°16′21.05″N，105°45′21.77″E 漏斗 灰岩 石灰土 60 100 0~90 4 青山村 26°20′54.75″N，105°48′12.75″E 漏斗 灰岩 石灰土 30 150 0~110

表 1 采样点及SKF剖面概况 Table 1 Overview of sampling sites and SKF profile

注：从左至右分别为 1～4 号。  Note：Number 1～4 from left to right. 图 1 SKF小生境剖面照片 Fig. 1 Profile morphology of SKF microhabitat

（1）干筛分析^[14]：取风干土样1 kg，用孔径5、3、2、1、0.5和0.25 mm的土壤筛筛分，称重。（2）湿筛分析^[15]：将干筛获得的各级团聚体按其百分含量配制成50 g左右的待筛分土样，移入1 L量筒中，用水润湿并浸泡至水饱和状态后，沿量筒壁灌满水，封住筒口后颠倒至量筒中土样完全沉降，重复10次。将孔径为5、3、2、1、0.5和0.25 mm的土壤筛由上至下依次绑定成筛组，浸入水中。倒转沉降筒将土壤转至水中的土壤筛上，取出量简，将筛组在水中上、下提动筛分10次，取出5、3、2 mm的土壤筛，将剩下土壤再上下提动筛分5次，转移各级水稳性团聚体至铝盒，烘干称重。（3）不同破碎机制下团聚体稳定性分析：选取干筛获得的3~5 mm团聚体，40℃的烘24 h，参照Le Bissonnais方法^[16]进行快速湿润（FW）、湿润震荡（WS）和缓慢湿润（SW）三种破碎处理，将团聚体移至孔径为50 μm筛上，浸入95%酒精中，2 cm振幅上下振荡20次。取出土壤筛至40℃烘箱烘20 min，将土粒移入铝盒，40℃下烘12 h后称重，再用一组孔径为3、2、1、0.5、0.25、0.1和0.05 mm的套筛筛分，称重。土壤团聚体粒径分布与稳定性定参数及计算公式如表 2所示：

表 2 Table 2

表 2 土壤团聚体粒径分布与稳定性参数及计算公式 Table 2 Particle size distribution and stability parameters of soil aggregates and their calculation formulas 参数 Stability parameters of soil aggregates 公式 Calculation formulas 参数 Stability parameters of soil aggregates 公式 Calculation formulas > 0.25土壤团聚体含量（R> 0.25） $ R_{>0.25}=\frac{w_{>0.25}}{w_{0}} \times 100 \% $ 分形维数（D）[17] $ D=3-\frac{\log \left( {}^{{{w}_{i}}}\!\!\diagup\!\!{}_{{{w}_{0}}}\; \right)}{\log \left( {}^{\overline{{{d}_{i}}}}\!\!\diagup\!\!{}_{\overline{{{d}_{\max }}}}\; \right)}\times 100% $ 团聚体破坏率（PAD） $ P A D=\frac{R_{>0.25(干筛)}\ \ \ \ \ \ -R_{>0.25(湿笋)}}{R_{>0.25(干笃)}} \ \ \ \times 100 \% $ 平均重量直径（MWD） $ M W D=\sum\limits_{i=1}^{n} w_{i} {\rm{r}}_{i} $ 相对糊化指数（RSI） $ R S I=\frac{M W D_{S W}-M W D_{F W}}{M W D_{S W}} $ 相对机械破碎指数（RMI） $ R M I=\frac{M W D_{S W}-M W D_{W S}}{M W D_{S W}} $

表 2 土壤团聚体粒径分布与稳定性参数及计算公式 Table 2 Particle size distribution and stability parameters of soil aggregates and their calculation formulas

表中，w₀为土壤样品总重量，w_{> 0.25}为大于0.25 mm团聚体总质量，$ \overline{\rm{d}}_i $为两筛分粒级d_i与d_i-1间粒径的平均值，$ \overline{\rm{d}}_ {\rm{max}} $为最大粒径土粒的平均值，w_i为小于d_i的累积土粒重量，w₀为土壤各粒径重量的总和，w_i为第i粒级团聚体质量百分数（%），r_i指相邻两级团聚体的平均粒径，MWD_FW、MWD_SW、MWD_WS分别表示快速湿润、缓慢湿润和湿润振荡处理方式下的平均重量直径。

SOM用重铬酸钾容量法（外加热法）测定，AHN采用碱解扩散法测定，AP采用NaHCO₃浸提—钼锑抗比色法测定。

采用SPSS 19.0对实验数据进行单因素方差分析（one-way ANOVA）、Pearson相关性分析和显著性分析，OriginPro 8.5.1进行内插值、数据归一化和绘图。

干、湿筛法分别得到抗机械力分散的力稳定性团聚体和抗水力分散的水稳定性团聚体^[18]。从图 2可知，干筛作用下，SKF剖面各土层土壤均以 > 5 mm团聚体为主，并呈现出团聚体粒径越大含量越高的趋势。湿筛作用下，SKF各土层 > 5 mm团聚体含量相较于干筛大幅下降，随着土层加深小粒径团聚体含量增加。干筛不同土层团聚体粒径分布没有明显的规律性，而湿筛则大体呈现出随着土层加深大粒径团聚体百分含量减少的趋势。

图 2 SKF剖面土壤团聚体粒级质量分布 Fig. 2 Mass distribution in SKF profile soil aggregates with different particle sizes

从表 3可知，干、湿筛法处理下SKF土壤中粒径 > 0.25 mm的团聚体超过90%。各土层R_{> 0.25 %}相差不大且随土层加深没有明显的规律性，湿筛法R_{> 0.25 %}略小于干筛法。> 0.25 mm的团聚体被称为土壤团粒结构体，是土壤中最好的结构体，其数量大小与土壤的稳定性状况呈正相关关系^[19]。PAD可以较好地反映出 > 0.25 mm土壤团聚体在水力振荡作用下被破坏的程度。该值越大，表明团聚体破碎的越剧烈，土壤结构越不稳定，也表明土壤退化程度增加^[20]。4个SKF各土层PAD范围为0.01%~4.75%，PAD随土层加深未表现出明显的规律性。MWD是反映土壤团聚体大小分布状况的常用指标，其值越低表示团聚体稳定性越低^[21]。从表 3可知，干筛和湿筛MWD值变化范围分别为4.63~7.69 mm和1.33~4.24 mm，湿筛MWD明显小于干筛，MWD随土层加深未表现出明显的规律性。根据Le Bissonnais ^[16]的研究，MWD为1.3~2.0 mm时团聚体稳定，大于2.0 mm时团聚体非常稳定。因而，干筛作用下，SKF土壤团聚体极稳定，湿筛作用下SKF土壤团聚体稳定。土壤团聚体分形维数D越小，土壤相对越松散，土壤结构、通透性与稳定性越好。分形维数D > 2.88属质地黏重、通透能力弱的土壤^[17]。从表 3可知，4个SKF干筛和湿筛团聚体分形维数D范围分别为1.57~2.18和1.55~2.15，两者之间没有显著性差异。从土层来看，土壤团聚体分形维数D随土层加深未表现出明显的规律性。

表 3 Table 3

表 3 干、湿筛处理下SKF剖面土壤团聚体分布与稳定性参数 Table 3 Distribution and stability parameters of SKF profile soil aggregates under dry and wet sieve treatments SKF 土层 Soil horizon/cm R> 0.25 PAD/% MWD/mm D 干筛 Dry sieve 湿筛 Wet sieve 干筛 Dry sieve 湿筛 Wet sieve 干筛 Dry sieve 湿筛 Wet sieve 1号No.1 0~20 99.52 98.65 0.88 5.50 4.24 1.68 2.08 30~50 99.18 98.81 0.37 5.14 3.76 1.89 1.63 50~70 99.22 97.69 1.54 4.63 3.68 1.77 2.02 70~90 99.02 95.84 3.20 4.74 2.53 1.85 2.03 2号No.2 0~20 96.93 96.92 0.01 7.81 3.58 1.90 2.08 30~50 97.91 97.25 0.67 6.91 4.03 1.73 2.03 50~70 98.36 96.73 1.66 6.93 1.99 1.65 1.83 70~90 97.95 96.96 1.01 6.50 1.57 1.76 1.78 90~110 99.11 96.09 3.05 7.59 1.65 1.70 1.92 3号No.3 0~20 99.37 98.73 0.64 5.94 3.30 1.63 1.71 30~50 99.45 98.54 0.92 6.32 2.05 1.57 1.55 50~70 99.24 96.735 2.52 5.55 1.33 1.66 1.78 70~90 98.69 93.99 4.75 6.59 1.33 1.88 2.05 4号No.4 0~20 98.84 97.52 1.34 5.62 3.25 2.18 2.15 30~50 99.46 98.47 0.99 7.13 2.95 2.15 1.99 50~70 99.47 96.83 2.66 7.69 2.57 2.16 1.96 70~90 99.15 97.26 1.90 6.57 2.36 2.09 1.94 90~110 99.49 96.34 3.16 7.51 1.38 1.88 1.91

表 3 干、湿筛处理下SKF剖面土壤团聚体分布与稳定性参数 Table 3 Distribution and stability parameters of SKF profile soil aggregates under dry and wet sieve treatments

SKF剖面团聚体在不同破碎机制下形成的粒级质量分布如图 3所示。从中可知，不同土层团聚体对湿润处理的响应不同。FW处理下，4个SKF剖面0~20 cm土层以粒径 > 3 mm的团聚体为主，30 cm以下土层以粒径0.5~2 mm的团聚体为主。随着土层的加深，小粒径团聚体所占比重相应增加，FW处理对团聚体的破坏作用逐渐加强。SW处理和WS处理也表现出相同的规律。对比发现，矩形和漏斗形SKF团聚体对同一湿润处理的响应有一定的差别。FW处理下，1号矩形SKF的0~90 cm土层和2号矩形SKF的0~110 cm土层粒径 > 3 mm的团聚体质量百分含量变化范围分别为80.64%~13.82%和89.21%~4.94%，3号和4号漏斗形SKF的值则分别为59.88%~9.95%和78.29%~3.30%。统计分析表明，FW处理下矩形SKF剖面中粒径 > 3 mm的团聚体占比要显著大于漏斗形SKF（P < 0.05），团聚体破碎化程度也相对更小。WS处理下也表现出相同的规律。SW处理矩形和漏斗形SKF土壤团聚体的破碎化程度则没有显著性差异。这说明，在FW和WS处理下，漏斗形SKF团聚体的水稳性较矩形SKF的差。

图 3 SKF剖面不同破碎机制下土壤团聚体粒级质量分布 Fig. 3 Mass distribution of SKF profile soil aggregates with different particle sizes under different crushing mechanisms

从图 4a可以看出，随着土层的加深，各处理MWD均呈现出减少趋势。这表明，SKF土壤团聚体的稳定性随深度垂直降低。不同处理条件下土壤团聚体MWD的大小为FW < WS < SW（P < 0.05）。这表明，FW处理模拟的土壤遇暴雨或灌溉下的崩解过程对SKF团聚体的破坏能力最强，快速湿润产生的消散力是SKF团聚体主要破碎机制。因而，在SKF中种植农作物和植树造林时，不宜大水漫灌，应采用滴灌方式，避免快速湿润对SKF团聚体的破坏。在FW处理下，4个SKF的0~20 cm土层团聚体的MWD_FW范围为2.32~2.66 mm，按Le Bissonnais^[16]的标准评价均非常稳定。1号和2号矩形30 cm以下土层团聚体的稳定性均在中等以上。4号漏斗形SKF的50~70 cm和70~90 cm土层和3号漏斗形SKF的70~90 cm土层不稳定，4号的90~110 cm土层团聚体极不稳定。统计结果表明，矩形SKF的MWD_FW显著大于漏斗形SKF，表明在径流冲蚀和雨水浸泡作用下，矩形SKF土壤团聚体的稳定性强于漏斗形SKF。

注：红、黄、紫、灰和绿色色块区域分别表示团聚体非常不稳定（MWD < 0.4 mm）、不稳定（MWD 0.4~0.8 mm）、中等稳定（MWD 0.8~1.3 mm）、稳定（MWD 1.3~2.0 mm）和非常稳定（MWD > 2.0 mm）。  Note: Red, yellow, purple, gray, and green patches represent very unstable(MWD < 0.4 mm), unstable(MWD 0.4~0.8 mm), moderately stable(MWD 0.8~1.3 mm), stable(MWD 1.3~2.0 mm), and very stable aggregates(MWD > 2.0 mm), respectively. 图 4 湿润处理下SKF剖面土壤团聚体MWD、RSI和RMI值 Fig. 4 MWD, RSI and RMI values of SKF profile soil aggregates under wetness treatment

RSI反映了快速湿润时土壤孔隙中空气受压产生的消散作用（slaking）下团聚体的稳定性，RMI反映了雨滴打击、耕作、根系穿透等外应力作用下的团聚体稳定性。RSI和RMI值越高代表团聚体稳定性越低^[21]。由图 4b可知，RSI和RMI范围分别为6.34~81.68和0.80~52.36，SKF各土层的RSI均高于相应的RMI。这说明，径流通过SKF时快速湿润产生的消散作用对团聚体的破坏作用大于雨滴打击、耕作和根系穿透等外应用力对团聚体产生的机械破坏作用。从土层来看，各SKF团聚体RSI大致呈现出随着土层加深而增加的趋势，深层土壤团聚体更易受消散作用的破坏。从裂隙类型来看，矩形SKF土壤RSI和RMI值均显著小于漏斗形SKF团聚体的相应值（P < 0.05）。这说明，漏斗形SKF更易受消散作用和机械破碎作用的破坏，稳定性要低于前者。

图 5a为SKF剖面土壤团聚体SOM含量的变化情况。从中可知，各SKF剖面0~20 cm土层SOM含量明显高于其他土层。其中，1号和2号SKF剖面0~20 cm土层SOM含量分别为38.34±6.53 g·kg^-1和90.91±10.02 g·kg^-1，30 cm以下的含量范围分别为13.58±1.25~21.33±3.36g·kg^-1和13.27±0.94~ 37.53±3.47g·kg^-1。3号和4号SKF剖面0~20 cm土层SOM含量分别为58.81±9.84和46.90± 6.05 g·kg^-1，30 cm以下的含量范围分别为22.19±2.51~28.83±2.45 g·kg^-1和17.61±1.52~22.83±2.11 g·kg^-1。进一步分析表明，1、2号矩形SKF 30 cm以下土层SOM含量随土层加深而显著降低（P < 0.05），而3、4号漏斗形SKF则没有显著性差异（P > 0.05）。图 5d为SKF剖面30 cm以下不同粒径土壤团聚体SOM含量的变化情况。单因素方差分析表明，1~3号SKF剖面30 cm以下土层不同粒径团聚体SOM含量没有显著性差异，只有4号SKF > 5 mm团聚体SOM含量显著大于0.25~3 mm。因而，粒径不是影响SKF剖面30 cm以下土层团聚体SOM含量的重要因素。而对于0~20 cm土层，1号SKF的SOM含量呈现出随着团聚体粒径的减小而显著增加的趋势（P < 0.05），2~4号1~5 mm粒径团聚体SOM含量显著大于其他粒径（P < 0.05）。

注：图a、b、c为不同土层养分含量的变化情况，图d、e、f为30 cm以下土层不同粒径团聚体养分含量变化情况。  Note: Figures a, b, and c show the changes in nutrient content in different soil horizons. Figures d, e, and f show the changes in the nutrient content of aggregates with different particle sizes in the soil horizon below 30 cm. 图 5 SKF剖面团聚体中养分含量变化 Fig. 5 Changes of nutrient contents in SKF profile soil aggregates

图 5b为SKF剖面土壤团聚体AHN含量变化情况。从中可知，0~20 cm土层AHN含量明显高于其他土层。1号和2号SKF剖面，0~20 cm土层AHN含量分别为212.92±23.66 mg·kg^-1和373.93±38.27 mg·kg^-1；30 cm以下含量范围分别为85.79±13.39~129.21±9.71 mg·kg^-1和89.31±13.19~ 198.54±22.63 mg·kg^-1，AHN含量随着深度增加均显著降低（P < 0.05）。3号和4号SKF剖面，0~20 cm土层AHN含量分别为279.18 ±33.66 mg·kg^-1和208.09 ±24.10 mg·kg^-1，30 cm以下的含量范围分别为100.67±14.17~150.78±16.56 mg·kg^-1和71.58±3.27~146.85±34.55 mg·kg^-1。30 cm以下土层，3号除30~50 cm土层和50~70 cm土层外，其他各土层之间的含量差异显著（P < 0.05）；4号AHN含量随着深度增加均显著降低（P < 0.05）。图 5e为SKF剖面30 cm以下土层不同粒径土壤团聚体AHN含量的变化情况。单因素方差分析表明，1~4号SKF剖面30 cm以下土层不同粒径团聚体AHN含量没有显著性差异，粒径对其没有显著影响。而对于0~20 cm土层，1号SKF的AHN含量呈现出随着团聚体粒径的减小而显著增加的趋势（P < 0.05），2~4号1~5 mm粒径团聚体AHN含量显著大于其他粒径（P < 0.05）。

图 5c为SKF剖面土壤团聚体AP含量变化情况。从中可知，0~20 cm土层AP含量明显高于其他土层，30 cm以下土层AP含量大幅下降。这与张倩等^[22]对普定非SKF 0~90 cm土层的研究结果一致。1~4号SKF剖面0~20 cm土层各粒径团聚体AP平均含量分别为6.55±4.51、1.98±0.96、8.13±6.45和6.51±2.46 mg·kg^-1。1~4号SKF 30 cm以下土层AP平均含量范围分别为0.23±0.08~0.38± 0.10 mg·kg^-1、0.15±0.03~30.22±0.08 mg·kg^-1、0.26±0.10~ 0.36±0.13mg·kg^-1和0.26±0.08~0.38± 0.10mg·kg^-1。同一SKF中，30 cm以下土层AP含量随土层加深变化无显著性差异（P > 0.05）。图 5f为SKF剖面30 cm以下土层不同粒径土壤团聚体AP含量的变化情况。从中可知，30 cm以下土层AP含量随团聚体粒径大小的变化没有表现出明显的规律性。而对于0~20 cm土层，1~4号0.25~0.5 mm和 < 0.25 mm粒径团聚体速效磷的含量较其他粒径团聚体含量高。

Yan等^[23]将RSI×RMI的值定义为团聚体稳定性特征参数（As），用其来综合表征土壤团聚体稳定性和对径流冲蚀下消散和剪切破坏的敏感性。As值越大，团聚体的稳定性越差，土壤抗蚀性越弱^[23-24]。为更直观展示SKF土壤团聚体稳定性、养分含量随SKF剖面深度的变化情况，采用内插值法获得连续土层As值和归一化的养分含量（图 6）。从中可知，随着SKF剖面加深，As值增大，团聚体稳定性降低。1号和2号SKF剖面As值的范围为0.0013~ 0.0512和0.0031~ 0.0909，3号和4号的范围为0.0013 ~0.1272和0.0024 ~0.3367。矩形、漏斗形SKF表层10~20 cm土层As值相差不大，而漏斗形SKF 80 cm和100 cm处的As较矩形SKF相应值高出一个数量级。这说明，漏斗形SKF土壤团聚体的稳定性和抗蚀性随剖面深度加深而大幅降低，而矩形SKF的这种降低程度则相对要小得多，20 cm以下土层漏斗形SKF剖面团聚体的稳定性和抗蚀性要低于矩形SKF。

图 6 团聚体稳定性与归一化的土壤养分含量随SKF剖面深度的变化 Fig. 6 Aggregate stability and normalized soil nutrient contents varied with the depth of SKF profile

从图 6可知，随土层深度加深，同一形态SKF剖面SOM含量变化趋势基本一致。1号和2号矩形SKF中40 cm处SOM含量约为10 cm处含量的30%，3号和4号漏斗形SKF则约为20%。40 cm以上土层矩形SKF剖面SOM含量随深度的变化幅度小于漏斗形SKF，40 cm以下则相反。综上可得出，SKF形态会影响SOM含量随土层深度的变化。从图 6可知，不同SKF剖面AHN含量随深度的变化趋势差异明显。1号SKF剖面AHN含量随深度的变化趋势与SOM几乎一致，2号AHN含量变化趋势除在40 cm处无明显转折外也与SOM类似。3号SKF剖面AHN含量在40 cm以上土层与SOM变化趋势一致，40 cm以下区别较大。4号AHN含量随土层深度加深呈线性下降趋势。综上可得出，SKF形态与AHN含量随土层深度的变化之间没有明显关联。从图 6可知，4个SKF剖面中AP含量随深度的变化趋势具有一致性。AP含量在40 cm以上土层随着深度增加而快速降低，40 cm处含量降低为10 cm处含量的2%左右，40 cm以下含量变化不大。综上可得出，SKF形态对AP含量随土层深度的变化没有影响。

SKF是在基岩中形成的、与周围环境有一定隔离度的微地形，土壤来源、赋存环境及受径流的侵蚀作用较喀斯特地区非SKF有较大区别，使得其团聚体的稳定性与非SKF土壤有所不同。多项研究中，喀斯特地区非SKF土壤团聚体PAD值的范围为7.5%~68.10%^[25-27]，干、湿筛分形维数D范围为2.67~2.92^{[14, 26]}，均远大于本研究的SKF剖面各土层土壤的相应值。研究表明，贵州普定陈旗堡喀斯特地区非SKF土壤0~90 cm剖面水稳性团聚体MWD值小于1.0^[28]，贵州关岭县喀斯特地区该值的均值为1.9^[29]，均小于本研究所得值。以上对比分析表明，与喀斯特地区的非SKF土壤相比，SKF剖面团聚体水稳定更好，通透能力和抗蚀性可能要强于非SKF土壤。

消散作用（slaking）和非均匀膨胀作用（differential swelling）是引起团聚体破裂的重要机制^[30]。干燥条件下，团聚体内部的孔隙被土壤空气占据。降雨或径流冲刷时，水将团聚体快速包覆，外部水进入孔隙压缩闭蓄于其中未能及时排出的空气，巨大的压力使团聚体消散破裂。土壤初始含水量高时，孔隙多被水占据，闭蓄的空气少，消散作用相应减弱^{[16, 31]}。SKF汇集一定面积岩土界面径流向下输送，加上与周围环境一定程度的隔离，使SKF填充土壤初始含水量大于非SKF土壤，孔隙闭蓄空气体积少于非SKF土壤，消散作用相应较弱^[31]。研究发现，土壤初始含水量对非均匀膨胀作用的影响与消散作用一致^{[16, 31]}。因而，非均匀膨胀作用对SKF土壤团聚体的破坏作用也较非SKF土壤小。此外，干-湿循环可导致团聚体的崩解，干-湿循环次数越多，水稳性团聚体崩解率越高^[32-33]。SKF土壤湿度大，干湿交替没有非SKF土壤频繁。这也是SKF土壤团聚体的稳定性强于非SKF的原因之一。

黏粒含量对团聚稳定性有重要影响^[16]。研究发现，SKF剖面土壤黏粒含量大于非SKF土壤，随土层深度增加，黏粒含量增加^[7]。黏粒比表面积大，吸附性强，易聚集成黏团。黏团和粉粒、砂粒在有机质的胶结作用下形成稳定性团聚体^[34]。当有机质含量低时，分散的黏粒将使土壤孔隙堵塞，降低土壤的通气和透水性能。本研究中，SKF剖面SOM含量较普定非SKF剖面无明显降低。在含量更高的黏粒作用下，造成SKF剖面团聚体的稳定性较非SKF高。SKF土壤有机质含量随剖面加深而降低，胶结作用减小，虽然SKF下层剖面的黏粒含量更高，但团聚体的水稳定性更小。Yan等^[7]发现，漏斗形SKF剖面土壤颗粒分型维数明显高于其他形态SKF类型。这佐证了本研究得出的漏斗形的SKF团聚体水稳性要较矩形SKF差的结论，但相关机理还有待进一步研究。

研究表明，普定喀斯特非SKF剖面0~90 cm土层SOM含量范围为7.89~239.29 g·kg^-1[22]，贵州喀斯特石漠化地区非SKF土壤AHN含量范围为64.0~508.0 mg·kg^-1[35]。本研究中SKF剖面土壤SOM和AHN含量位于以上两个浓度范围之内。研究表明，普定喀斯特非SKF剖面0~90 cm土层AP含量范围为2.26~40.88 mg·kg^-1[22]，本研究各SKF剖面0~20 cm土层AP含量在这个范围之内，30 cm以下土层AP含量却较该范围的最小值小一个数量级。因而，SKF剖面30 cm以下土层AP的含量显著小于非SKF剖面。其原因可能是淋溶作用是土壤生态系统磷输出的重要途径^[36]，SKF是连通喀斯特地表与地下的重要通道，强烈的淋溶作用导致30 cm以下土层AP大量流失。土壤中AP含量是影响植物生长的两大主要因素之一^[37]，自然生态系统普遍受到磷素限制^[38]。本研究中SKF剖面0~20 cm土层土壤AP含量处于较低水平，30 cm以下土层AP十分贫乏，加上喀斯特地区全磷不易转化为速效磷^[39]，因而在农业生产过程中要增加AP的供给。

表 4为SKF剖面土壤养分含量和团聚体稳定性参数MWD_FW、D_湿筛、RSI和RMI之间的相关性。从中可知，SKF中SOM、AHN和AP含量呈显著正相关关系。由于SOM是土壤中氮、磷的主要来源之一^[39]，这三种养分的来源具有一致性，进而可以推测SKF土壤中这三种养分的流失行为可能具有一致性。SOM、AHN与PAD呈显著负相关，与MWD_FW呈显著正相关，而AHN还与RMI呈显著负相关。这意味着，SOM和AHN的含量越高，SKF土壤团聚体抗径流冲蚀能力和耕作、根系穿透等外应力侵蚀的能力越强。研究表明，有机物对土壤团聚体稳定性的长期影响是由腐殖质引起的，免耕有利于农田土壤中作物残体的缓慢分解和腐殖质的累积，提高深层土壤团聚体稳定性^[40-41]。SKF土壤是“被岩石包围着的土壤”，翻耕难度较大。进行植被恢复和农业生产时宜实行免耕，并将作物秸秆、根系留存在SKF土壤中，以提高团聚体的稳定性和养分保持能力。AP含量分别与MWD_FW和RSI呈极显著正相关和极显著负相关关系，表明SKF土壤团聚体水稳定性和抗径流冲蚀能力越强，土壤中AP含量越高。土壤胶体颗粒吸附作用越强，是AP迁移的重要载体^[42-43]。土壤团聚体稳定性越好，胶体颗粒含量越高^[4^4]，被吸附的AP越多，随径流流失量就越小。这可能是土壤团聚体稳定性与AP含量呈正相关的原因之一。

表 4 Table 4

表 4 SKF剖面土壤养分含量和团聚体水稳定性各参数之间的相关性 Table 4 Correlations between parameters of water-stable aggregates and the contents of soil nutrients in SKF profile 土壤有机质 SOM 碱解氮 AHN 有效磷 AP 团聚体破坏率 PAD 湿筛分形维数 Dwet 平均重量直径（快速湿润） MWDFW 相对糊化指数 RSI 相对机械破碎指数 RMI 土壤有机质SOM 1 碱解氮AHN 0.979** 1 有效磷AP 0.566* 0.610** 1 团聚体破坏率PAD -0.570* -0.660** -0.357 1 湿筛分形维数Dwet 0.184 0.149 0.156 0.230 1 平均重量直径（快速湿润）MWDFW 0.726** 0.819** 0.611** -0.793** 0.185 1 相对糊化指数RSI -0.727** -0.823** -0.628** 0.704** -0.176 -0.960** 1 相对机械破碎指数RMI -0.398 -0.490* -0.387 0.531* 0.063 -0.736** 0.778** 1 *：P < 0.05；**：P < 0.01

表 4 SKF剖面土壤养分含量和团聚体水稳定性各参数之间的相关性 Table 4 Correlations between parameters of water-stable aggregates and the contents of soil nutrients in SKF profile

SKF土壤团聚体的稳定性随剖面深度加深而降低，矩形SKF土壤团聚体的稳定性要强于漏斗形SKF，快速湿润产生的消散作用是引起SKF土壤团聚体破碎的主要机制。PAD、团聚体分形维数D和MWD这三类指标均表明，SKF土壤团聚体水稳定性、通透性均较好。SKF剖面30 cm以下土层，团聚体SOM、AHN和AP含量较0~20 cm土层大幅下降，土壤AP贫乏，粒径对团聚体中养分含量影响不大。SKF形态对SOM、AHN和AP含量随剖面深度变化的影响不同。SKF形态会影响SOM含量随土层深度的变化，矩形SKF 30 cm以下土层团聚体中SOM含量随深度加深而降低，而漏斗形SKF则没有显著性差异。随土层深度加深，矩形和漏斗形SKF剖面AP含量的变化趋势一致，AHN含量的变化趋势则与SKF形态之间没有明显关联。SOM、AHN和AP含量越高，SKF土壤团聚体水稳定性能力越强。