农林复合系统对黏质氧化土土壤结构及有机碳动态的影响研究

《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Soil structure and organic carbon dynamics from agroforestry and conventional coffee systems in a clayey Oxisol

　　本研究针对热带地区咖啡种植系统中土壤退化问题，探讨了咖啡-夏威夷果农林复合系统对黏质氧化土土壤结构、有机碳储量和水分保持的影响。经过10年试验发现，与传统咖啡系统相比，农林复合系统显著降低土壤容重24%，增加孔隙度18%，提升水分储量20%，同时保持较高的有机碳储量（87-100 Mg C ha?1）。该研究为热带地区可持续农业管理提供了重要科学依据，对生态系统服务市场建设和农村发展具有实践意义。

　　

在咖啡王国巴西，连绵的咖啡园构成了独特的农业景观。然而，传统单作咖啡系统正面临着严峻挑战：气候变化导致的干旱频发，土壤退化问题日益突出，这些因素共同威胁着全球咖啡产业的可持续发展。特别是在 Minas Gerais 州——巴西最大的咖啡产区，如何在不损害生态环境的前提下维持咖啡生产，成为摆在科研人员面前的重大课题。

农林复合系统（Agroforestry）作为一种可持续农业实践，通过将树木与作物有机结合，被认为能够改善土壤健康、增强系统韧性。其中，咖啡与高经济价值的夏威夷果（Macadamia integrifolia）间作模式近年来逐渐流行，但这种模式对热带土壤的具体影响尚不明确。为此，研究人员在《Agriculture, Ecosystems and Environment》上发表了一项为期10年的深入研究，系统评估了不同土地利用方式对黏质氧化土（Oxisol）土壤结构和有机碳动态的影响。

研究团队采用了多种关键技术方法：通过环刀法测定土壤容重和孔隙度，运用湿筛法分析水稳性团聚体分布，采用干燃烧法（Vario TOC Cube 分析仪）精确测定土壤有机碳（SOC）和颗粒有机质碳（POM-C）含量。此外，还通过X射线衍射（XRD）进行土壤矿物学分析，并制作土壤薄片进行微形态学观察。研究样本来自巴西圣塞巴斯蒂昂-杜帕拉伊索的Epamig实验农场，设置了传统咖啡（CC）、咖啡+夏威夷果（CM）、免耕大豆-玉米轮作（NT）和次生林（SF）四种处理。

土壤结构与形态的土地利用效应

研究发现，咖啡+夏威夷果系统显著改善了土壤物理性质。CM处理的土壤容重比CC降低24%，总孔隙度增加18%，这使得0-40厘米土层可多储存20%的水分——相当于每公顷多储存400万加仑水。微形态学观察显示，CM系统形成了类似次生林的团粒状结构，而CC和NT则呈现明显的块状结构。团聚体分析表明，CM系统的>2毫米大团聚体比例显著高于CC，特别是在5-20厘米土层，这主要归因于树木凋落物输入增加和根系活动增强。

有机碳储存与颗粒有机质变化

虽然SOC储量在次生林中最高（103.2 Mg C ha^?1），但两种咖啡系统间无显著差异（CC: 90.9，CM: 89.5 Mg C ha^?1）。值得注意的是，所有系统的SOC储量均处于较高水平，这得益于黏质土壤和丰富的铁铝氧化物对有机碳的稳定作用。颗粒有机质碳（POM-C）占总有机碳的比例在各系统间基本一致（约11%），表明经过10年发展，这些系统的有机质周转已达到相对稳定状态。

研究结论与意义

该研究证实，将夏威夷果引入咖啡园能有效改善土壤结构、增强水分保持能力，同时维持较高的有机碳水平。尽管在增加碳储量方面与传统咖啡系统差异不显著，但农林复合系统在提升生态系统韧性方面表现出明显优势。这些发现为热带地区制定可持续农业政策提供了科学依据，对推动碳市场发展、促进农村经济多元化具有重要实践价值。特别是在气候变化加剧的背景下，这种既能保障咖啡生产又能提升环境效益的种植模式，有望成为热带农业转型的重要方向。