林草恢复对热水河小流域侵蚀区土壤团聚体稳定性与有机碳氮特征的影响

2021-07-28张剑雄周明华

草业科学 2021年6期

张剑雄，谷丰，朱波，周明华

（1. 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，四川成都 610041；2. 中国科学院大学，北京 100049）

土壤侵蚀是导致土地退化、农业减产和生态功能退化的全球性环境问题[1]。泥石流作为一种高强度的土壤侵蚀，危害性大且易对人类社会造成巨大损失，因此，对泥石流等高强度土壤侵蚀的研究与防治更为迫切。泥石流治理的主要方式包括岩土工程和生态工程两类，前者减灾效果显著，但成本较高；而后者不仅可以从源头防治土壤侵蚀，降低泥石流发生概率，还能改善流域生态环境。研究表明，植被恢复不仅能够改善土壤性质，还能有助于减缓水土流失，以及防治泥石流发生[2-4]。

土壤团聚体是影响土壤侵蚀的一个关键指标，其稳定性直接影响土壤表层的水土界面行为[5]，不同粒级的团聚体对改善土壤孔隙度、提高水土保持能力、促进土壤生物活动等具有不同的作用[6]。土壤团聚体是土壤颗粒通过有机质胶结而成的团块，土壤有机碳氮与团聚体稳定性密切相关[7-8]。土壤有机碳和全氮的数量和质量是表征土壤质量的重要指标，直接影响植物养分的供应，从而影响植被恢复的效果。近年来，植被恢复对土壤团聚体稳定性和有机碳氮特征的影响研究逐渐成为研究热点[5-6,9-11]。谢锦升等[12]对退化红壤的研究表明，草地转化为林地后，大团聚体含量增加，土壤地力提高，而天然林转化为人工林会导致土壤大团聚体含量减少、土壤团聚体稳定性减弱，并导致土壤团聚体有机碳含量下降。马东方等[13]通过研究华南地区典型花岗岩侵蚀区荒草地、桉树林、松林和木荷林4 种植被类型发现，林下生物量较高的木荷林土壤团聚体平均重量直径(mean weight diameter, MWD)和几何平均直径(geometric mean diameter,GMD)显著高于其他植被类型(P＜ 0.05)，林地空间结构较好的林草模式有利于土壤有机碳的积累和土壤结构的稳定。

干热河谷区气候干燥炎热，水热矛盾突出，植被覆盖程度低，土壤侵蚀严重，是中国西南地区特殊的脆弱生态环境类型区，属于泥石流高发区域[14]。为防治泥石流，自20 世纪以来我国在西南干热河谷实行多种植被恢复措施。但植被恢复措施对土壤团聚体稳定性及碳氮分布特征影响的评估较少。基于此，选取位于西南干热河谷典型小流域中草地、灌木和林地3 种植被恢复措施作为研究对象，研究干热河谷区植被恢复措施对土壤团聚体含量、稳定性及碳氮含量的影响，并分析其主控因素，旨为该地区可持续性的生态工程建设提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于四川省凉山州喜德县红莫镇热水河小流域(28°06′ N，102°12′ E)，是发育于安宁河中游左岸的一级支流，其由东北向西南径流，流域面积163.22 km2，主沟长度28.08 km，主沟平均纵比降67‰，流域最高点高程3 442 m，最低点高程1 550 m，相对高差达1 892 m。该流域为典型干热河谷区域，年平均气温14.1 ℃，年最低气温0 ℃，最高气温达33 ℃，年均蒸发量达802 mm，降水量1 075 mm，集中于6 月 - 9 月，占全年的76%，相对湿度73%。区域降雨较丰沛且雨量集中，其雨强可以激发泥石流等严重土壤侵蚀，暴雨是泥石流等土壤侵蚀的主要诱发因素，频发的土壤侵蚀导致大面积的地带性植被及生态环境的破坏。为防治泥石流等土壤侵蚀，流域侵蚀源区内主要分布有3 种林草恢复措施土壤：草地、灌丛、林地。研究区概况如图1 所示，3 种林草恢复样地的基本情况如表1 所列。

表1 样地基本概况Table 1 Basic overview of the sample site

图1 研究区概况图Figure 1 Overview of the study area

1.2 供试土壤

供试土壤于2019 年10 月采自热水河小流域内，根据植被恢复类型(草地、灌丛和林地)不同，分别随机选取3 块相似样地，按照剖面采样法，分层(0 - 10、10 - 30、30 - 60 和60 - 100 cm)采集土壤样品。每层用铁铲小心地采集2 kg 原状土壤样品装入铝质样品盒，用于测定土壤水稳定性团聚体数量；采集土壤混合样品，用于测定土壤基础理化性质；用100 cm3环刀采集土壤样品，用于测定土壤容重和田间持水量等，根据美国制土壤质地分类表，林地为砂质黏壤土，草地和灌丛为粘壤土，供试土壤的基础理化性质如表2 所列。

表2 供试土壤样品基本理化性质Table 2 Basic physical and chemical properties of tested soil samples

采集的土壤样品带回实验室在阴凉处自然风干，仔细挑出土样中混入的碎石、凋落物及植物根系。将原状土壤样品中的大块土沿纹理轻轻掰成直径8 mm 大小土块。混合土壤样品分别过2 mm 和0.053 mm 筛以供分析测定。

1.3 测定方法

本研究分析指标包括土壤pH、土壤容重、田间持水量、土壤颗粒组成、有机碳、全氮、水稳定性团聚体等。具体方法：土壤pH 采用土水比1 ∶ 2.5 比例浸提后，使用pH 测定仪(PHS-3C，上海仪电公司)测定；土壤容重通过烘干法测定[15]；土壤田间持水量通过离心机法测定[16]；土壤机械组成采用吸管法测定[17]；有机碳(SOC)和全氮(TN)使用元素分析仪(vario TOC cube，Elementar，德国)测定。水稳定性团聚体通过湿筛法测得：称取过8 mm 筛风干土样150 g于2 mm 筛上，依次下置0.25 mm、0.053 mm 孔径筛，将套筛缓慢置入装有纯水的桶中，保持最上部套筛始终高于水面，使其浸泡5 min，保证土样充分湿润，在纯水环境中上下震荡5 min，振幅为3 cm，振频为每分钟30 次，将各筛上的残留土样用纯水洗入已知重量烧杯中，并将桶中土样充分沉淀后洗入已知重量烧杯中，并置于60 ℃烘箱中烘至恒重，取出冷却后称重，并进行土壤团聚体含量测算，即得到＞ 2 mm，0.25～2 mm，0.053～0.25 mm，＜ 0.053 mm共4 个粒级团聚体，其中＜ 0.053 mm 粒级团聚体按照差减法求得。

1.4 团聚体稳定性评价指标

平均重量直径(mean weight diameter，MWD)、几何平均直径(geometric mean diameter，GMD)和＞ 0.25mm 粒级团聚体含量[the ratio of large aggregate(＞ 0.25 mm)，R0.25]是评价土壤团聚体稳定性的重要参考指标[18-19]。一般认为，MWD、GMD 和R0.25越大，土壤团聚体稳定性越强。各指标计算公式如下：

1.5 数据分析

本研究利用Excel 2016 进行数据的整理，在SPSS 26.0 软件中使用单因素方差分析分析不同植被恢复类型和不同深度土壤指标之间差异的显著性(P＜ 0.05)，并用最小显著性差异法(LSD)进行多重比较；用Person 相关分析衡量土壤参数之间的相关性。应用Origin 2020b 软件进行图件绘制。文中所有结果均为3 个样本测定结果的平均值 ± 标准差。

2 结果与分析

2.1 不同林草恢复土壤团聚体含量

通过湿筛法测得的土壤水稳性团聚体含量结果如表3 所列。3 种林草恢复措施下土壤团聚体粒级分布趋势类似，在不同土层深度均表现为＞ 2 mm粒级团聚体含量比重最大，达到47.13%～73.11%。团聚体含量随团聚体粒级减小而不断减少，＜ 0.053 mm粒级团聚体含量最低，仅为0.99%～5.52%。

表3 不同林草恢复土壤团聚体含量分布情况Table 3 Distribution of soil aggregate content in different forest and grass restoration areas%

在各土层深度中，不同林草恢复土壤团聚体含量的差异表现不同。在0 - 10 cm 土层中，草地＞2 mm 粒级团聚体含量(59.43%)最大，灌丛(55.29%)次之，两者均显著高于林地(49.26%) (P＜ 0.05)；而0.25～2 mm 粒级团聚体含量则表现为林地最大，为42.95%，显著大于灌丛和草地(P＜ 0.05)，但灌丛和草地之间无显著差异(P＞ 0.05)；随团聚体粒级的减小，灌丛＜ 0.25 mm 粒级团聚体含量增加；其中灌丛0.053～0.25 mm 粒级团聚体含量(8.34%)显著大于草地和林地(P＜ 0.05)；＜ 0.053 mm 粒级团聚体含量为5.52%，显著大于草地(3.13%)和林地(2.31%) (P＜0.05)。在10 - 30 cm 土层中，草地＞ 2 mm 粒级团聚体含量在3 种林草恢复土壤中最大，为65.58%，显著大于灌丛(48.06%)和林地(47.13%)；而草地0.25～2 mm 粒级团聚体含量(27.76%)则显著小于林地(42.25%)和灌丛(40.21%) (P＜ 0.05)；0.053～0.25 mm 粒级团聚体含量表现为灌丛＞林地＞草地(P＜ 0.05)，且随土层加深，在30 - 60 和60 - 100 cm土层中0.053～0.25 mm 粒级团聚体含量的这一分布趋势不变；而＜ 0.053 mm 粒级团聚体含量则表现为林地＞草地＞灌丛(P＜ 0.05)。在30 - 60 cm 土层中，＞ 2 mm粒级团聚体含量表现为草地＞林地＞灌丛(P＜0.05)；0.25～2 mm 粒级团聚体含量草地最小(22.18%)；＜ 0.053 mm 粒级团聚体含量与0.25～2 mm 粒级团聚体含量分布趋势相似。在60 - 100 cm土层中，草地＞ 2 mm 粒级团聚体含量最小(56.15%)，呈现灌丛＞林地＞草地的分布趋势(P＜ 0.05)；0.25～2 mm 粒级团聚体含量则表现为草地＞林地＞灌丛(P＜ 0.05)；而＜ 0.053 mm 粒级团聚体含量则表现为林地(2.67%)最大，草地和灌丛则无显著差异(P＞ 0.05)。

同一林草恢复措施下土壤各级团聚体在不同土层深度上也表现出一定的差异性(表3)。草地＞2 mm 粒级团聚体含量在0 - 60 cm 土层中表现出随土层加深，团聚体含量分布增加的趋势，在30 - 60 cm土层中分布最多(73.11%)，而在60 - 100 cm 土层中分布最少(56.15%)，比其在30 - 60 cm 土层中分布少23.20%；0.25～2 mm 粒级团聚体含量在0 - 60 cm土层中则表现为随土层加深，含量不断减少的趋势，在30 - 60 cm 土层中最少(22.18%)，但在60 -100 cm 土层中最高，比在30 - 60 cm 土层中的含量多73.85% (P＜ 0.05)。草地随土层深度变化在0.053～0.25 mm 及＜ 0.053 mm 粒级团聚体含量上的分布趋势相似，其中，0.053～0.25 mm 粒级团聚体在10 - 10 cm 土层中分布最多(5.98%)，而随土层加深，在0 - 100 cm 土层该粒级团聚体分布含量则无显著差异(P＞ 0.05)；而＜ 0.053 mm 粒级团聚体随土层变化则表现为0 - 10 cm土层中分布最多(3.13%)，10 -30 cm 土层中分布次之(2.19%)，而在30 - 60 及60 -100 cm 土层中的分布含量显著小于0 - 10 和10 -30 cm 土壤(P＜ 0.05)。

灌丛在＞ 2 mm 粒级团聚体含量上表现为60 -100 cm 土层中最大，达70.34%，显著大于其在30 -60 (61.67%)、0 - 10 (55.29%)和10 - 30 cm (48.06%)土层的含量(P＜ 0.05)；0.25～2 mm 粒级团聚体含量则表现出随土层加深先增后减的趋势；0.053～0.25 mm 粒级团聚体含量则表现为10 - 30 cm 土层中最大，为10.12%，而在其他土层中，无显著差异(P＞ 0.05)；＜ 0.053 mm 粒级团聚体含量则表现为0 -10 cm 土层中分布最多(5.52%)，随土层加深，分布无显著差异(P＞ 0.05)。

林地＞ 2 mm 粒级团聚体分布表现为在30 -60 和60 - 100 cm 土壤中显著大于在0 - 10 和10 -30 cm 土层中的含量(P＜ 0.05)；而0.25～2 mm 粒级团聚体在0 - 10 和10 - 30 cm 土层中的分布含量显著大于在30 - 60 和60 - 100 cm 土层中的含量(P＜0.05)；0.053～0.25 mm 粒级团聚体在10 - 30 cm 土层中分布最多(7.34%)，而在其他土层中无显著差异(P＞ 0.05)；＜ 0.053 mm 粒级团聚体含量分布趋势与0.053～0.25 mm 粒级团聚体含量相似，但在30 -60 cm 土层中的分布(1.57%)显著小于其他土层(P＜ 0.05)。

2.2 不同林草恢复土壤团聚体稳定性特征

不同植被恢复下土壤团聚体稳定性特征如表4所列。团聚体MWD 值在0 - 10 cm 土层中表现为草地＞灌丛＞林地(P＜ 0.05)；在10 - 30 cm 土层中，草地团聚体MWD 值最大，为3.64 mm，灌丛和林地无显著差异(P＞ 0.05)；在30 - 60 cm 土层中，团聚体MWD 值表现为草地＞林地＞灌丛(P＜ 0.05)；而在60 - 100 cm 土层中，团聚体MWD 值则表现为灌丛＞林地＞草地(P＜ 0.05)。团聚体GMD 值在0 - 10 cm土层中表现为草地＞林地＞灌丛(P＜ 0.05)；而在10 - 30 cm 土层中，团聚体GMD 值表现为草地＞灌丛＞林地(P＜ 0.05)；在30 - 60 和60 - 100 cm 土层中与MWD 值分布趋势相似。土壤团聚体R0.25在0 -10 cm 土层中表现为草地和林地显著大于灌丛(P＜0.05)；在10 - 30 cm 和30 - 60 cm 土层中，团聚体R0.25表现为草地＞林地＞灌丛(P＜ 0.05)；在60 -100 cm 土层中，草地团聚体R0.25最大，灌丛和林地无显著差异(P＞ 0.05)。

土壤团聚体稳定性随土层深度也呈现一定的变化规律(表4)。草地土壤MWD 值在0 - 60 cm 土层中表现为随土层加深不断增大的趋势，在30 -60 cm 土层中最大，为3.94 mm，但在60 - 100 cm 土层中最小(3.30 mm)；草地团聚体GMD 值分布随土层加深先增后减，与土壤团聚体R0.25分布趋势相似，在30 - 60 cm 土壤中分布最大。灌丛土壤团聚体MWD 值在60 - 100 cm 土层中最大(3.80 mm)，显著大于0 - 10、10 - 30 和30 - 60 cm 土壤(P＜ 0.05)；灌丛GMD 值和R0.25值均表现为在0 - 10 cm 土层中最小，随土层加深，特征数值不断增大。林地团聚体MWD 值在30 - 60 和60 - 100 cm 土层中最大，显著大于0 - 10 和10 - 30 cm 土壤；而土壤团聚体GMD 值也表现出同样的规律；土壤团聚体R0.25值在10 - 30 cm 土层中分布最少(89.38%)，而在其他土层中无显著差异(P＞ 0.05)。

表4 不同林草恢复土壤团聚体稳定性分布情况Table 4 Stability distribution of soil aggregates in different forest and grass restoration areas

2.3 不同林草恢复土壤碳氮含量分布特征

土壤全氮、有机碳含量及碳氮计量比测定结果如图2 所示。在0 - 10 cm 土层中，土壤全氮含量的大小顺序为草地＞林地＞灌丛，且差异显著(P＜0.05)；在10 - 30 cm 土层中，土壤总氮含量也表现为草地＞林地＞灌丛，其中草地(4.01 g·kg-1)显著大于灌丛和林地(P＜ 0.05)，而灌丛和林地土壤之间无显著差异(P＞ 0.05)；在30 - 60 cm 土层中，土壤总氮含量分布特征为灌丛显著大于林地和草地(P＜ 0.05)；60 - 100 cm 土壤全氮含量大小顺序为灌丛＞林地＞草地(P＜ 0.05)，与30 - 60 cm 土层分布特征相似。在不同土层中土壤有机碳含量的分布与总氮含量分布特征相似，在0 - 10 cm 土层中，草地土壤有机碳含量显著大于林地和灌丛(P＜ 0.05)；在10 -30 cm 土层中，土壤有机碳含量表现为草地显著大于林地和灌丛(P＜ 0.05)，其中草地有机碳含量为49.04 g·kg-1；在30 - 60 和60 - 100 cm 土层中，土壤有机碳含量大小顺序均为灌丛＞林地＞草地(P＜0.05)。土壤碳氮计量比在0 - 10 cm 土层表现为林地显著大于灌丛和草地(P＜ 0.05)；在10 - 30 cm 土层中，土壤碳氮计量比大小顺序表现为林地＞灌丛＞草地(P＜ 0.05)；在30 - 60 和60 - 100 cm 土层中，土壤碳氮计量比均表现为灌丛和林地显著大于草地(P＜ 0.05)。

图2 不同林草恢复土壤总氮、有机碳含量及碳氮计量比Figure 2 Soil total nitrogen, organic carbon content, and carbon nitrogen stoichiometric ratio of different forest and grass restoration areas

不同土地利用土壤全氮及有机碳含量均呈现随土层加深含量不断减小的趋势(图2)。灌丛土壤在0 - 10 cm 土层中总氮含量最高，为3.66 g·kg-1，大于在10 - 30 cm 土壤中的总氮含量，但无显著性差异(P＞ 0.05)，显著大于30 - 60 和60 - 100 cm 土层土壤总氮含量(P＜ 0.05)；草地和林地随土层加深，土壤总氮含量显著减少(P＜ 0.05)。不同土地利用条件下土壤有机碳含量在土壤剖面上的分布特征与总氮含量相似，灌丛土壤有机碳含量在0 - 10 cm 土层中最高，为45.62 g·kg-1，在10 - 100 cm 随土层加深，有机碳含量减少，但无显著性差异(P＞ 0.05)；草地和林地土壤随土层深度的加深，有机碳含量显著减少(P＜ 0.05)。不同林草恢复下土壤碳氮计量比在不同土壤剖面表现为：灌丛随土层深度变化，碳氮计量比无显著变化(P＞ 0.05)；草地0 - 10、10 - 30 和30 - 60 cm 土壤碳氮计量比显著大于60 - 100 cm 土壤(9.20) (P＜ 0.05)；林地土壤碳氮计量比大致表现为随土层加深逐渐减小的趋势，60 - 100 cm 土壤碳氮计量比最小，为12.56，显著小于0 - 10 和10 - 30 cm土层土壤(P＜ 0.05)。

2.4 土壤指标之间的相关性

相关性分析表明，土壤碳氮含量及土壤团聚体稳定值指标与其他多种土壤理化性质之间相关性显著，但具体表现不同(表5)。土壤总氮含量与土壤pH 和粉粒含量呈极显著负相关关系(P＜ 0.01)，与团聚体R0.25呈显著负相关关系(P＜ 0.05)，与土壤砂粒含量、有机碳含量和碳氮计量比呈极显著正相关关系(P＜ 0.01)；土壤有机碳含量与土壤pH 和粉粒含量呈极显著负相关关系(P＜ 0.01)，与团聚体GMD 和R0.25呈显著负相关关系(P＜ 0.05)，与土壤砂粒含量和碳氮计量比呈极显著正相关关系(P＜0.01)；土壤碳氮计量比与土壤砂粒和粘粒含量呈极显著正相关关系(P＜ 0.01)，与粉粒含量和团聚体R0.25呈极显著负相关关系(P＜ 0.01)；团聚体MWD值与土壤pH、GMD 和R0.25呈极显著正相关关系(P＜ 0.01)；团聚体GMD 值与土壤pH 和粉粒含量呈显著正相关关系(P＜ 0.05)，与R0.25呈极显著正相关关系(P＜ 0.01)，与砂粒含量呈显著负相关关系(P＜0.05)；团聚体R0.25与土壤砂粒和粘粒含量呈极显著负相关关系(P＜ 0.01)，与土壤容重呈显著负相关关系(P＜ 0.05)，与土壤粉粒含量呈极显著正相关关系(P＜ 0.01)。

表5 研究区土壤指标之间的相关性Table 5 Correlation between soil indicators in the study area

3 讨论

植被恢复通过多种因素影响土壤生态环境，从而影响土壤理化性质，进而对土壤碳氮分布及团聚体稳定性产生影响[20]。土壤团聚体是土壤的基本结构单元，对维持和稳定土壤系统功能具有重要的作用，土壤团聚体的组成和特性不仅是评估土壤侵蚀、板结等物理过程的一个关键指标，也被作为评价土壤质量的重要指标之一，是保持土壤健康的基础[21-23]。大团聚体是维持土壤结构稳定的基础，大团聚体含量较高的土壤结构更加稳定[24]。土壤有机质是土壤团聚体形成的重要胶结物质，不同林草恢复对土壤有机质含量具有一定影响，进而对土壤团聚体的形成产生影响。本研究发现，在研究区域0 -10 cm 土层中，土壤有机碳含量为草地(58.38 g·kg-1) ＞林地(54.14 g·kg-1) ＞灌丛(45.62 g·kg-1) (P＜ 0.05)，与草地相比，灌丛有机碳含量减少了21.86%，林地有机碳含量减少了7.26%。在该土层3 种土地利用方式下，＞ 2 mm 粒级团聚体含量和MWD 值大小顺序与有机碳含量分布一致，这可能是因为相较于较深土壤，表层土壤受草本植物的根系作用强于深根的木本植物，表层根系的固结缠绕增强了土壤抗侵蚀能力，从而增强了土壤大团聚体的分布。但相关性研究发现，有机碳含量与团聚体GMD 和R0.25呈显著负相关关系(P＜ 0.05)，林地和草地随土层加深有机碳含量不断减少，而GMD 和R0.25呈现增加趋势，这与前人的研究结果不完全一致[25-26]，这可能与采样区位于土壤侵蚀源区，而各土壤剖面有机碳含量均处在较高水平，对土壤团聚体稳定性作用影响减弱有关，而表层土壤在侵蚀过程中，最先遭受侵蚀，因而团聚体稳定性与侵蚀先后有一定关系。已有研究表明，土地利用影响团聚体含量的分布，然而土壤团聚体分布及其稳定性还受到土壤侵蚀强度、坡位、气候以及土壤微生物活性等多因素的影响[27-30]。因此，针对多种复杂土壤状况对土壤团聚体稳定性的影响仍需要进一步研究。

土壤碳氮含量的分布还受土壤质地和pH 的影响，研究区土壤总氮和有机碳含量与pH 和粉粒含量呈极显著负相关关系，与砂粒含量呈极显著正相关关系(表5)。本研究0 - 10 cm 土层土壤pH 草地＜林地＜灌丛(P＜ 0.05)，而在总氮和有机碳含量的分布上则表现为草地＞林地＞灌丛(P＜ 0.05)，这可能与研究区草地植被覆盖度高，且草地植物根系主要分布在表层，地下根系的数量比林地和灌丛多，同等条件下根系分泌物释放比林地和灌丛多，因而土壤pH 较低。植物根系分泌物主要是指植物生长过程中通过根系向根际环境分泌的有机化合物[31]，该类化合物为土壤微生物生长繁殖提供充足碳源，从而起到增加碳氮的作用，此外根系分泌物对稳定性高的团聚体形成具有促进作用[32]。土壤颗粒的不同排列和形成的空隙决定土壤的基本结构，是影响有机碳含量水平的重要因素。在30 - 60 和60 - 100 cm土层土壤中，砂粒含量灌丛显著大于林地，大于草地，粉粒含量则表现为草地＞林地＞灌丛(P＜ 0.05)(表2)；在这两层土壤剖面中，土壤全氮和有机碳含量均表现为灌丛＞林地＞草地(图2)。前人研究发现，土壤粘粒含量和有机碳的有效固存呈正相关关系，土壤中粘粒和粉粒含量越高，有机碳的有效固存量越高[33]。此外，马文明等[34]在对高寒草地灌丛化对土壤团聚体稳定性和有机碳分布特征的研究中发现，有机碳含量与粘粒含量呈显著性负相关关系(P＜ 0.05)，与砂粒和粉粒含量没有显著相关性(P＞ 0.05)，而总氮含量与砂粒含量成正比(P=0.05)，与粘粒含量呈显著负相关(P＜ 0.05)，这与本研究结果不完全一致，这可能是因为本研究区域位于土壤侵蚀区域，与其他土壤不同，侵蚀区土壤受侵蚀影响，粘粒、粉粒等质量较轻的物质更容易被带走，而砂粒由于质量较重，容易在原位及附近沉积。不同成土母岩也会影响土壤机械组成，研究区土壤母岩多为砂页岩，相关研究发现砂页岩砂粒含量较高且不同成土母岩的风化程度差异会引起砂粒含量的差异，进而影响到土壤机械组成，成土母质对机械组成的解释程度随土层加深而增大[35]，此外，林草恢复在一定程度上减轻了土壤侵蚀强度，植物的生态补偿也弥补了因侵蚀而流失的碳氮。相比土壤全氮和有机碳含量对土壤质量的直接反映，土壤碳氮比在一定程度上也能反映有机质的分解速率[36]。Tian 等[37]对中国全国范围内的土壤碳氮比进行分析发现，全国土壤碳氮比平均水平为11.9，草地60 - 100 cm 土层碳氮比为9.20，低于该平均值，这可能与草地深层土壤有机碳代谢和养分循环有关[38]。