美国南部棉区土壤健康管理实践的区域差异与生态功能提升潜力评估

《Journal of Sustainable Forestry》：Value Chain of Grewia tenax Fruits, and Its Contribution to Different Actors in Sheikan Locality, North Kordofan State, Sudan

　　本综述通过多区域土壤健康调查，系统评估了美国南部七大棉区在不同管理实践（减耕、覆盖作物等）下土壤有机碳（SOC）、团聚体稳定性（ASI）和碳矿化潜力（CMP）的响应规律。研究发现土壤质地和气候是影响指标值的关键非管理因素，而土壤健康管理体系（SHMS）可使土壤健康指标提升11%-22%，达到参考潜力的11%-39%。研究为区域化土壤健康评估提供了数据支撑，对推动农业可持续发展具有重要意义。

　　

引言部分阐述了农业生态系统管理向多功能性转变的趋势，指出土壤健康指标和有机碳储量可作为评估管理效果的量化指标。传统单点重复采样方法虽能减少背景变异，但难以快速响应决策需求。空间替代时间采样法通过对比不同管理体系的土壤样本，为量化管理累积效应提供了可行方案，但其有效性依赖于对非管理因素（如土壤固有属性、气候条件）的合理控制。

研究区域与方法

研究覆盖美国南部五大州的七个主要棉区，总面积近3000万公顷，基于主要土地资源区（MLRA）划分调查单元。采样策略优先考虑各区域棉花轮作面积占比75%以上的土壤健康采样组（SHSG），聚焦三种管理系统：基线系统（区域主流耕作方式）、土壤健康管理体系（SHMS，实施减耕、覆盖作物等实践变革）和多年生参考系统（长期无扰动的植被覆盖）。采样深度为0-15 cm和15-30 cm，测定指标包括土壤有机碳浓度（SOC_conc）、团聚体稳定性指数（ASI）、碳矿化潜力（CMP）、容重及有机碳储量（SOC_stock）。采用贝叶斯层次模型分析管理与非管理因素（质地、年均温MAT、年降水MAP等）对指标的影响。

结果与讨论

土壤质地和pH在区域间和区域内差异显著，黏粒含量范围为1%-78%。多区域模型对土壤健康指标和有机碳储量的解释方差达60%-70%。非管理因素中，土壤质地（黏粒或黏粒+粉粒）对指标的影响比MAT和MAP更显著且一致。最细质地土壤的SOC_conc,0-15比最粗质地高181%，CMP高61%，但ASI较低（更易消散）。气候效应在得克萨斯州尤为突出，高温站点SOC_conc,0-15降低51%，CMP降低70%。CMP与pH呈驼峰关系，峰值约在pH 6.4。

区域进展评估显示，所有区域至少有一个土壤健康指标在SHMS下显著高于基线系统。SOC_conc,0-15在得克萨斯南部高原、得克萨斯北部黑土草原和乔治亚州南部沿海平原的SHMS中分别提升12%、14%和18%，达到参考潜力的20%-25%。ASI在五个区域显著改善（提升11%-19%），乔治亚州砂质土壤在SHMS下出现团聚体的概率增加282%。CMP在四个区域提升14%-22%。SOC_stock的改善与SOC_conc基本同步，但阿肯色州南部密西西比河冲积平原的0-30 cm碳储量提升（11%）由15-30 cm深度的碳浓度增加（19%）驱动。各区域仅少数田块达到参考值的100%，但70%参考值被证明是可行目标。

研究局限与展望

采样聚焦高产农地土壤，对边缘土地的土壤健康潜力评估不足。SHMS内部实践时长和实施质量的差异可能增加残差变异。未来需结合管理指数和时序监测，深化管理措施动态响应的理解。

总结与结论

美国南部棉区通过土壤健康实践已实现土壤功能11%-22%的改善，但各区域指标响应差异凸显多指标评估的重要性。消除实践推广障碍有望在更大尺度上释放土壤健康潜力。