川中丘陵區榿木、柏木對紫色土風化與養分特征的影響

陸傳豪, 鄧利梅, 崔榮陽, 汪 璇, 周 濤, 劉剛才

(1.中國科學院 水利部 成都山地災害與環境研究所, 四川 成都 610041; 2.中國科學院大學, 北京 100049)

植物是影響風化的主要因素之一，根系的根劈作用能有效促進物理風化，凋落物分解與根系分泌產生的有機酸會腐蝕巖石和土壤中的礦物，加速化學風化[1]。土壤表層是受植物凋落物和根系影響最為集中的區域，對植物帶來的影響敏感度最高[2]；而在表層以下，植物主要通過根系對剖面的風化狀況產生影響。在山地區域許多暴露的垂直剖面中，可以觀察到植物根系穿越土層，而后沿著裂隙進入巖層向下生長，并使得剖面變得較為破碎，風化層厚度顯著提升的現象[3]。在植物對風化影響方面的研究已有較長的歷史，早在1949年Jackson和Sheldon[4]首次研究了樹木根系在石灰巖崩解過程中所起的作用；而后Almeida等[5]分析了高等植物在促進風化成土方面的能力；李勇等[6]2005年在黃土高原的研究表明，不同剖面的風化差異，主要受直徑≤1 mm須根在剖面中的纏繞分布特征影響。Hasenmueller等[1]2017年在賓夕法尼亞州的研究表明，植物根系在頁巖風化成土過程中，對礦物成分轉變、元素遷移等均有顯著的促進作用。但迄今為止，受制于根系作用周期長、野外挖掘觀測困難等，研究進展一直較為緩慢，許多問題尚不明晰。養分是形成土壤肥力的物質基礎，養分積累與肥力形成也是風化成土過程中土壤開始發育并顯著區別于母質的主要特征之一。植物在改變剖面風化進程的同時，對土壤乃至整個剖面的養分特征也產生著顯著的影響。植物在生長過程中不斷從地下環境中吸取必要的營養元素，而其凋落物、根系等的腐敗又將養分元素歸還于土壤，這一系列過程影響了養分的積累和分布[7]。在植物對土壤養分影響方面已有較為悠久的研究歷史，研究方法包括了單項指標評價、主成分分析法[8]、內梅羅指數法等[9]，近年來，將地統計學與GIS等數字化技術進行結合的研究方法，逐步成為了該領域的研究熱點[10]。已有研究[11]表明植物生長能顯著提升土壤養分含量，但截止目前，在喬木對剖面養分特征的影響方面尚研究較少。川中丘陵區是紫色土的主要分布區域，面積約1.20×105km2，區內人口承載量大，農耕活動密集，是四川省社會經濟的核心區[12]。20世紀50年代后，該區原生林地在人口壓力下，被大量轉化為耕地，林地面積占比一度降至9%，致使水土流失加劇，耕地肥力下降等[13]。20世紀70年代起，該區開始大量營造榿柏混交林，至20世紀末，榿柏混交林面積已占到全區林地面積的近1/3。目前，榿柏混交林及其演替而成的柏木純林已成為川中丘陵區主要林地類型[14]。但至今為止，在榿木、柏木對紫色土風化成土影響方面的研究尚未見報道，對榿木、柏木影響下紫色土的養分特征尚缺乏基本了解。為此，本研究選擇川中丘陵區鹽亭縣境內的萬安小流域為研究區，以榿木、柏木為研究對象，通過野外調查、剖面挖掘采樣等，分析榿木、柏木對紫色土風化和養分特征的影響。研究有利于提升對紫色土的了解，促進農業的可持續發展，維持區域的生態安全以及水土保持措施的有效性等，并可為同類研究的開展提供借鑒。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

本次研究選擇川中丘陵區鹽亭縣萬安小流域(31°16′N，105°27′E)為研究區，該小流域為典型的川中紫色土丘陵地貌，地處涪江支流彌江、湍江分水嶺附近，流域面積1 236 hm2。該地為亞熱帶濕潤季風氣候，年均氣溫17.3 ℃，無霜期294 d，多年平均降雨量826 mm，降雨年內分布不均，大部分降雨集中在5—9月[15]。流域海拔400～600 m，地形以中深丘陵為主，坡度介于3°～15°之間。小流域岀露地層為侏羅系上統蓬萊鎮組上部，與白堊系下統城墻巖群下部，兩組呈假整合接觸，砂泥巖互層，裂隙發育強烈。主要土壤類型為鈣質紫色土和水稻土。小流域土地利用類型中林地面積占比56.3%，林地植被類型中柏木為優勢樹種，同時分布有榿木、松樹等喬木，以及馬桑等灌木[16]。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗設計 基于前期調查，于2019年6月在萬安小流域內林齡在50 a左右的成熟林地中，選擇位于不同坡向、不同坡位的20 m×20 m樣區6個，每個樣區中選擇生長高度和直徑接近、生長健康、干形通直的成年榿木、柏木植株各3～5株，進行剖面挖掘。挖掘前記錄GPS坐標、海拔等，并測定樹高和胸徑。而后按照剖面挖掘方法[1]，沿樹木根系往下挖掘剖面，并在相鄰的無植物生長區域挖掘對照剖面。挖掘完成后，首先沿坑壁在橫向和縱向放置1 m×1 m的刻度尺，進行剖面觀測并記錄，而后從表層往下按照0—20，20—40，40—60，60—80，80—100 cm分層采樣。指標測定前將樣品按四分法取出1 kg，挑出雜物，風干，過篩確定顆粒組成，并研磨過篩備用。本次試驗分別挖掘榿木、柏木下土壤剖面19個和30個。

1.2.2 樣品分析測定 顆粒篩分方面，由于剖面中粗細顆?；祀s，故充分參考謝賢健[17]、張丹[18]在同類研究中基于土工規程與土壤粒徑分級標準設置的粒徑梯度，將自然風干樣過60，40，20，10，5，2，1，0.5，0.25 mm標準篩，統計每一組粒徑的質量百分含量，并進行分形維數的計算。指標測定方面，pH值采用pHS-3E酸度計測定；有機質采用高溫外熱重鉻酸鉀容量法測定；總N利用干燥燃燒元素分析儀測定；堿解N利用氫氧化鈉堿解擴散法測定；有效P利用碳酸氫鈉法測定；速效K利用乙酸銨提取法測定。K2O，Na2O，CaO，MgO均采用火焰原子吸收分光光度法測定；Al2O3采用氟化物取代絡合滴定法測定[19]。

1.2.3 數據處理與分析

(1) 分形維數計算方法。已有研究表明，巖石崩解后顆粒存在很高的統計自相似性，符合分形特征，因此部分研究者從分形幾何理論出發，運用分形維數來衡量巖石的物理風化程度[20]，并將該方法應用于剖面分型特征研究中[17]。通常提到的分維是立足于自相似的，對于分形描述，可采用關聯分數維，其表達式為：

(1)

式中：x為標度；N(x)為在該標度下所得的量度值；D為分維數值。

已有研究多采用Gate-Gaudin-Schuhmann分布函數來表征巖石破碎后的分布特征。設崩解后碎石的總質量為M，篩孔直徑為ε，通過該孔徑ε的碎石質量為M(ε)，σ為碎石平均尺寸。則該分布函數表達式為：

M(ε)/M=(ε/σ)b

(2)

對其求導則可獲得dM(ε)∝εb-1dε。

與此同時，根據分維數概念N(ε)∝ε-D，求導可獲得dN(ε)∝ε-D-1dε。

根據前人對分形維數中碎石巖塊數增量與巖塊體增量之間關系的相關研究[21]，二者關系為dM∝ε3dN，故可以獲得如下關系式：

εb-1dε∝ε3ε-D-1dε

(3)

通過整理，即可將分形維數D表述為：

D=3-b

(4)

式中：b為在lgε為橫軸,lg〔M(ε)/M〕為縱軸情況下一元線性回歸的斜率值;M(ε)/M是直徑小于ε的碎石的質量百分含量[22]。

(2) 化學風化指數計算方法?；瘜W蝕變指數CIA是判斷化學風化程度的重要指標，能有效指示風化剖面中長石風化成黏土礦物的程度，其值越大，化學風化程度越高。CIA的計算方法為：

CIA=〔Al2O3/(Al2O3+K2O+

Na2O+CaO)〕×100

(5)

式中：氧化物均以分子摩爾數表示[23]。

風化淋溶系數BA可表征鹽基元素的淋失程度，其計算方式為：

BA=(K2O+Na2O+CaO+MgO)/Al2O3

(6)

式中：均為分子摩爾數,風化淋溶系數BA越小,鹽基元素淋失越多,化學風化越強烈[24]。

(3) 綜合肥力指數計算方法。

①利用全國第二次土壤普查結果，對各土壤養分指標進行分級標準化，分別計算各項指標的分肥力系數[25]。分肥力系數計算公式為：

(7)

式中：IFIi為分肥力系數;X為養分含量;Xa,Xb,Xc分別為表1中各項指標的分級標準。

表1 土壤養分指標分級標準

②采用內梅羅指數法計算綜合肥力指數。內梅羅指數法是當前綜合肥力指數計算中的較為通用的方法之一，且在西南紫色土區已有一定應用[26]。

〔(n-1)/n〕

(8)

式中：IFIi·Avg為分肥力系數的均值; IFIi·min為分肥力系數最小值;n為指標個數。IFI值越大,則綜合肥力越高。

(4) 統計分析方法。本文利用SPSS 11.5進行數據處理及統計分析；運用Sigmaplot 10.0進行制圖；數據差異顯著性分析采用Duncan法；相關性分析采用Pearson相關系數法。

2 結果與分析

2.1 榿木、柏木根系分布特征

由于榿木、柏木根系較為龐大，故本次基于剖面挖掘法，對剖面進行數字化，進而確定剖面中根系暴露面積占總面積的比例，即根系截面積比率，來表征根系在剖面中的分布狀況[27]。由圖1可知，榿木下土壤剖面根系截面積比率為13.57%，其中0—20 cm層為32.65%，20—40 cm層為10.83%，深度40 cm以下根系截面積比率較低。柏木下土壤剖面根系截面積比率達到了21.91%，較榿木下土壤剖面偏高8.34%，其中0—20 cm層為40.74%，20—40 cm層為20.76%，深度40 cm以下根系迅速減少，根系截面積比率同樣較低。在垂直分布上，榿木根系在剖面中相比柏木更趨向于表層，其62.65%的根系分布于0—20 cm土層中，根系截面積比率隨深度下降的速度較快。柏木根系截面積比率隨深度下降的速度顯著慢于榿木，其0—20 cm層根系占剖面總量的50.52%，在各層分布也更為均勻?？傮w而言，相較于榿木根系，柏木根系密度更大，粗根和細根數量均顯著偏多，呈現出更強的競爭力。

圖1 不同樹種下土壤剖面根系截面積比率特征

2.2 物理風化特征

2.2.1 剖面顆粒級配特征 顆粒級配反映了各級粒度組成所占的比例，是較為通用的物理風化程度衡量方法。通常認為紫色土顆粒粒徑<2 mm即為成土，而粒徑≥2 mm的礫石含量是物理風化的主要表征指標之一，礫石含量越少，物理風化程度越高[12]。各剖面的顆粒級配如圖2所示，表層0—20 cm均以<2 mm的成土顆粒為主，榿木、柏木、對照剖面表層成土顆粒占比分別達到了86.06%，78.19%和72.19%，而粒徑>10 mm的大顆粒占比均極低，其中榿木下土壤剖面表層質地最細。

圖2 不同樹種下土壤剖面土壤顆粒級配特征

自表層往下，細顆粒占比減少，粗顆粒含量迅速增加，其中柏木下土壤剖面顆粒組成變化最慢，對照剖面變化最快。80—100 cm深度范圍多為完整的母巖或剛開始崩解的大顆粒母質，榿木、柏木、對照剖面80—100 cm層粒徑>60 mm顆粒質量百分數分別占到了88.35%，74.44%，93.01%?？傮w上榿木、柏木下土壤剖面的破碎程度較之對照均有明顯提升，說明根系在一定程度上促進了剖面的物理崩解。

2.2.2 剖面分形維數特征 分形維數將巖石崩解過程中大小不一的粒徑組分，統一到分形維數中進行衡量。根據分形維數計算方法，獲得不同剖面的分形維數(表2)。結果表明，研究區榿木、柏木下土壤剖面分形維數分別為2.07和2.13，二者較之對照提升幅度分別達到了6.47%和9.03%，其中柏木下土壤剖面崩解程度最高，物理風化最強烈。垂直深度上，各剖面分形維數均呈現自表層往下迅速遞減的變化態勢；其中表層0—20 cm區間上，榿木下土壤剖面分維數最高為2.72，對照剖面最低為2.60；底層80—100 cm區間分形維數均較低。不同剖面方面，榿木、柏木下土壤剖面0—20，20—40 cm深度分形維數在0.05水平上差異均不顯著，60—80，80—100 cm區間差異同樣不顯著，而40—60 cm與其余各層均呈顯著性差異(p<0.05)，表明榿木、柏木下土壤剖面的物理風化程度均在40—60 cm深度區間發生了顯著轉變。而對照剖面除了60—80 cm與80—100 cm深度區間呈現差異不顯著，其余各層的分形維數之間均呈顯著性差異(p<0.05)。可見榿木、柏木根系的生長，一定程度上提升了剖面中上各層的分形維數，并減小了層間差異。

表2 不同樹種下土壤剖面土壤分形維數特征

2.3 化學風化特征

本研究選用化學蝕變指數CIA，Na/K摩爾比、風化淋溶系數BA來表征紫色土剖面的風化強度特征。根據公式計算獲得各剖面的化學風化指數，結果如圖3所示。榿木、柏木樹種下土壤剖面化學蝕變指數CIA分別為51.72和52.15，較之對照剖面分別小幅偏高了1.14和1.57。根據化學蝕變指數分級標準，各剖面均處于低等化學風化水平，化學風化程度較弱。Na/K摩爾比方面，榿木下土壤剖面為0.62，柏木下土壤剖面為0.60，二者較之對照剖面分別偏低了0.02，0.04。風化淋溶系數BA方面，榿木、柏木下土壤剖面分別為1.24和1.21，較對照分別偏低了0.03與0.06，各剖面鹽基元素的淋失均較少，風化強度均較低。在垂直深度上風化強度隨深度小幅減弱?？傮w而言，榿木、柏木生長對紫色土剖面化學風化的影響較小，各剖面化學風化程度均較低，且剖面間差異不顯著。

圖3 不同樹種下土壤剖面的化學蝕變指數CIA，Na/K摩爾比，風化淋溶系數BA特征

2.4 養分特征

2.4.1 剖面養分指標特征 基于同類研究中的指標選取方法，選擇有機質，全N，全P等構成衡量養分狀況的指標體系，該指標體系已得到較為廣泛的應用與驗證，可有效表征紫色土剖面的養分特征[2,25]。由圖4—5可知，榿木、柏木下土壤剖面除全K外各項養分指標均顯著高于對照剖面。

圖4 不同樹種下土壤剖面有機質特征

不同指標方面，剖面有機質，全N，堿解N，速效K表現為：榿木>柏木>對照；其中榿木下土壤剖面有機質，全N，堿解N，速效K平均含量分別達到了5.14 g/kg，0.35 g/kg，45.25 mg/kg和46.35 mg/kg，較之對照剖面分別提高了67.20%，28.68%，32.79%，24.38%。有效P表現為：柏木>榿木>對照，柏木下土壤剖面有效P平均含量達到了2.86 mg/kg，較之對照剖面提高了45.51%，提升幅度非常顯著。在垂直分布上，有機質，全N，堿解N，有效P，速效K均隨深度增加而迅速降低，上述指標在各剖面80—100 cm層的平均含量僅分別為表層0—20 cm區間的10.29%，20.37%，22.29%，28.78%，23.06%。全P含量在各層之間差異并不顯著。而全K含量受淋溶作用影響，隨深度呈現小幅上升的變化態勢，但各層差異同樣不顯著?？傮w而言，榿木、柏木生長對紫色土剖面有機質，全N，堿解N，速效K等的提升非常顯著，其中榿木的提升效果優于柏木。

圖5 不同樹種下土壤剖面養分指標特征

表聚系數指的是指表層元素含量占整個剖面總含量的比值，表聚系數越大，表聚性就越強[2]。本次研究將剖面分為5層，且每層厚度相同，因此當表聚系數大于0.20，即認為產生了表聚現象。由圖6可知，榿木、柏木下土壤剖面除全K和全P外各項養分指標的表聚系數相較于對照剖面均有顯著提升。其中榿木下土壤剖面在堿解N和速效K方面的表聚系數要顯著高于其余剖面；而柏木下土壤剖面在有機質、全N上的表聚系數最高。

圖6 不同樹種下土壤剖面養分的表聚系數

不同養分指標方面，有機質，全N，堿解N，有效P，速效K的表聚系數均顯著大于0.20，表現出明顯的表聚特征。其中有機質的表聚效應最為顯著，其在榿木、柏木、對照土壤剖面中的表聚系數分別達到了0.57，0.61，0.48。

2.4.2 剖面綜合肥力指數 綜合肥力指數將眾多養分指標統一到同一個評價指數中，有助于更好的了解肥力的總體變化特征?；趦让妨_綜合肥力指數法，獲得各剖面的綜合肥力指數(圖7)。結果表明，榿木、柏木下土壤剖面的綜合肥力指數分別為0.81，0.79，二者較之對照剖面提升幅度分別達到了14.08%和11.27%，提升較為顯著，其中榿木生長的提升效果優于柏木。垂直深度上，各剖面綜合肥力指數均隨深度呈下降趨勢，其中榿木、柏木下土壤剖面的下降速度顯著快于對照剖面，60 cm深度以下，各剖面的綜合肥力指數均較低，且值均介于0.60～0.66之間。總體而言，各剖面之間的綜合肥力指數差異主要體現在0—40 cm深度區間，榿木、柏木對剖面中上層的綜合肥力指數起到了顯著的提升作用。

圖7 不同樹種下土壤剖面綜合肥力指數特征

2.5 根系分布、風化指標、養分指標之間相關性分析

榿木、柏木的生長與其所處環境時刻處于密切的互相作用過程中，單一指標的變化影響著其余指標的演變進程與速度，使得指標間往往存在一定的相關性。由表3—4可知，榿木、柏木根系截面積比率與所在剖面分形維數均呈現顯著正相關關系(p<0.05)，與綜合肥力指數均呈現極顯著正相關關系(p<0.01)，與化學蝕變數之間的相關關系均不顯著(p>0.05)，說明榿木、柏木下土壤根系生長主要提升了剖面的物理崩解程度與養分特征。榿木、柏木下土壤剖面分形維數與綜合肥力指數之間同樣均呈現顯著正相關關系(p<0.05)，紫色土剖面物理崩解的進行，也在一定程度為養分積累提供了條件。但其與化學風化指數之間的關系在不同剖面中有所差異，其中柏木下土壤剖面分形維數與化學蝕變數呈現顯著的正相關關系(p<0.05)，而在榿木下土壤剖面中二者相關性并不顯著(p>0.05)。

表3 榿木下土壤剖面各項指標間相關性分析

表4 柏木下土壤剖面各項指標間相關性分析

3 討 論

3.1 榿木、柏木對風化的影響

本次研究結果表明榿木、柏木生長顯著促進了紫色土剖面的物理崩解，二者較之無植物對照，分形維數分別提高了6.47%和9.03%。紫色土區土層較淺，朱波等[13]研究結果表明川中丘陵區73%的坡地土層厚度在20—60 cm之間，而本次野外調查發現林地土層平均厚度僅為27 cm。淺薄的土層使得根系在作用于上層土壤的同時，與中下層基巖發生接觸的狀況非常頻繁。與此同時，由于紫色母巖裂隙發育強烈，平均裂隙率能達到4%左右[12]，這一特征為植物細根進入巖體生長提供了充足的條件。野外調查研究過程中對剖面1 m×1 m面積上，穿透土層并通過裂隙進入巖層生長的根系進行了一個初步的測定和統計，其中單個剖面中進入巖層生長的柏木粗根數量最多達9根，榿木粗根數量則平均在3根左右。另一方面，調查過程中發現研究區林地邊緣、山間道路旁等曝露邊坡上，柏木、榿木根系進入甚至穿透巖層生長，并導致巖層變得較為破碎的現象非常普遍。這些狀況均表明榿木、柏木根系對整個剖面物理風化產生著非常強烈的影響。研究區榿木、柏木根系的持續生長，產生了顯著的根劈作用，加速了紫色土剖面的物理崩解，這其中柏木根系由于根系密度與數量均高于榿木，在剖面中展現出來更為顯著的破壞能力。榿木、柏木生長對紫色土風化成土速率的促進，可在一定程度上彌補紫色土較容易發生侵蝕而流失的不足，維持了風化成土速率與土壤侵蝕速率之間的平衡。但值得注意的是，在部分邊坡區域，植物根系的作用有可能導致邊坡穩定性降低，造成邊坡垮塌等危害。

3.2 榿木、柏木對養分特征的影響

榿木、柏木生長對紫色土剖面的綜合肥力指數有較為顯著的提升，其提升幅度分別達到了14.08%和11.27%，其中對有機質，全N，堿解N，有效P，速效K的提升尤為明顯。在地表，榿木、柏木凋落物中的有機質以及N，P等養分元素向下輸移過程往往受到各類因素的阻隔，最終富集于表層，使得有機質，全N，堿解N，有效P，速效K等產生了明顯的表聚效應，從而顯著提升了表層的養分，這一特征與相關研究結果基本一致[7,11]。而在地表以下，本次研究結果表明剖面根系分布密度與綜合肥力指數呈現較強的正向相關性(p<0.05)，表明根系活動在一定程度上影響了剖面養分。植物根系的衰亡給土壤提供了有機質以及原本富集于根系的N，P等養分元素，同時根系在生長過程中會向根際輸入由含C有機物構成的根系分泌物，也在一定程度上提升了剖面的養分條件。不同植物之間，榿木對剖面養分的提升效果總體上優于柏木，尤其在有機質，全N，堿解N，速效K方面最為典型。研究過程中對榿木、柏木不同器官組織的養分狀況進行測定，結果表明兩種植物除了在全K含量方面差異較小，在其他指標方面，榿木均顯著高于柏木，其中榿木樹葉的全N，全P，全K含量分別為20.85，4.32和8.75 g/kg，較之柏木分別偏高了2.01，2.23和1.01 g/kg。與此同時，榿木作為落葉闊葉植物，其凋落物歸還量要顯著高于柏木。在上述兩方面因素的共同影響下，使得榿木對剖面綜合肥力的提升作用優于柏木。總體而言，川中丘陵區榿柏混交林營造至今，在提升土壤肥力，促進農業生產，以及防治水土流失等方面均起到了明顯的作用。但值得注意的是隨著研究區榿柏混交林逐步向柏木純林演變，林分結構逐步轉向單一，而柏木對紫色土養分的促進作用要低于榿木，這可能導致研究區林地植被對養分的提升效果會有所降低。因此需進一步關注研究區林地類型的演變方向，改善林地植被組成，提高林分結構的豐富度和抗干擾能力，以期發揮更大的生態和經濟效益。

3.3 植物、風化和養分間的關系

榿木、柏木根系截面積比率與所在剖面分形維數、綜合肥力指數均呈現較為顯著的正相關關系(p<0.05)，但與化學蝕變數CIA均呈現不顯著的正相關關系(p>0.05)。說明榿木、柏木根系的生長，在一定程度上促進了剖面的物理崩解以及養分積累，這與研究過程中觀察到的狀況基本相符，與相關研究結果基本一致[17]。與此同時，盡管有研究表明，植物根系分泌的低分子有機酸等，可加速對礦物的腐蝕溶解，在一定程度上提升剖面的化學風化程度[1]。但本研究結果表明榿木、柏木根系生長對紫色土剖面化學風化的影響較為有限，這可能是由于紫色土作為初育土，化學風化程度較淺，加之侵蝕速率較快，使得剖面各層之間并未呈現較大的差異。在物理風化與化學風化間的關系方面，柏木下土壤剖面分形維數與化學風化指數之間呈顯著的正相關關系(p<0.05)，而榿木下土壤剖面中二者的相關性并不顯著(p>0.05)。這可能是受柏木根系在各層分布較為均勻的影響，各層分形維數均較高，破碎度的增加也為化學風化提供了更多的反應面積和入滲水分，一定程度上提升了化學風化程度，進而使得分形維數和化學風化指數之間呈現一定的相關性；另一方面，由于榿木根系分布更趨于表層，導致榿木下土壤剖面分形維數隨深度遞減的速率較快，并未給剖面中下層的化學風化產生足夠影響，使得二者并未呈現顯著的相關關系。此外，榿木、柏木下土壤剖面中物理崩解速率與養分條件均呈現較強的正相關關系。這主要是因為根劈作用的進行使得巖層崩解速率加快，為礦質元素的釋放，植物根系的進一步生長，低等生物的附著等提供了條件，進而促進了養分的積累。因而川中丘陵區榿柏混交林的營造，除了起到了水土保持的效果，還在一定程度上改善了養分條件，提升了紫色土成土速率，發揮了良好的生態效益。這可為其他地區人工林的營造，以及為相關研究的開展提供借鑒。

4 結 論

(1) 榿木、柏木根系在剖面中的分布特征方面，柏木根系在垂直截面上的根系截面積比率較榿木根系偏高8.34%，其在根系密度與根系數量上均顯著高于榿木，呈現出更強的競爭力。

(2) 對物理風化影響方面，榿木、柏木下土壤剖面的分形維數均高于對照剖面，兩種喬木的生長顯著促進了紫色土剖面的物理崩解程度，提升了成土速率，其中柏木的促進作用高于榿木。

(3) 對化學風化影響方面，榿木、柏木、對照剖面之間化學風化程度差異并不顯著，各剖面表層化學風化程度略高于底層，但各層之間差異同樣不顯著。

(4) 對養分影響方面，榿木、柏木下土壤剖面綜合肥力指數均顯著高于對照剖面，兩種植物的生長顯著提升了紫色土剖面的養分特征。其中榿木的提升效果優于柏木，其對有機質，全N，堿解N，速效K的提升尤為顯著。