生物物理水土保持措施对提格雷退化山地土壤理化性质的影响及气候韧性提升机制研究

《BMC Environmental Science》：Effect of biophysical soil and water conservation measures on physicochemical soil properties and their implications for climate resilience in degraded hillside landscapes of Tigray, Ethiopia

本研究针对埃塞俄比亚提格雷退化山地景观中土壤侵蚀加剧、养分流失严重的现实问题，系统评估了集成生物物理水土保持（SWC）措施对土壤理化性质的空间分异规律及其气候韧性提升效应。通过多因子交互设计，揭示了SWC措施在降低土壤容重（BD）、提升水分含量（MC）和团聚体稳定性（WAS）方面的显著效果，并明确了坡位、土层深度与距SWC结构距离的关键调控作用。研究成果为干旱区山地生态系统恢复提供了可量化的科学依据，对推动基于自然的气候变化适应策略具有重要实践价值。

　　

在埃塞俄比亚北部的提格雷高地，陡峭的山地地形、季节性集中降雨以及长期不合理的土地利用，共同加剧了土壤侵蚀和土地退化，严重威胁着当地农业生态系统的可持续性和农户生计。全球范围内，热带和亚热带山区因其脆弱生态环境而成为土地退化的重灾区，土壤养分流失、有机碳储量下降等问题尤为突出。尽管埃塞俄比亚自20世纪70年代以来持续推行了一系列水土保持（Soil and Water Conservation, SWC）政策与工程，但在陡坡退化山地中，集成生物物理措施（如石堰、深沟、植物篱与封育区结合）如何在不同地形位置（坡位）、土壤深度及距离保护结构的空间尺度上影响土壤质量，尚缺乏系统证据。这一认知缺口限制了SWC措施的优化设计和气候适应效益的充分发挥。

为解决上述问题，Zufan Desta等研究人员在《BMC Environmental Science》发表了题为“Effect of biophysical soil and water conservation measures on physicochemical soil properties and their implications for climate resilience in degraded hillside landscapes of Tigray, Ethiopia”的研究论文。该研究以提格雷区Atsbi-Wenberta县的Mechahile小流域为对象，通过对比经过5–10年SWC处理的坡地与未处理坡地，深入解析了管理措施、坡位（上、中、下坡）、土壤深度（0–30 cm、30–60 cm）以及距SWC结构距离（0–4 m、4–8 m）对土壤理化性质的交互影响。

研究采用因子随机区组设计，共采集96组复合土壤样本，分别针对“管理类型×坡位×土壤深度”和“距离×坡位×土壤深度”两类因子组合进行采样。实验室分析包括土壤容重（BD）、水分含量（MC）、水稳性团聚体（WAS）、有机质（SOM）、全氮（TN）、有效磷（Av. P）及pH等关键指标。数据通过三因素方差分析（ANOVA）和Tukey HSD检验进行统计处理，并结合Pearson相关性分析揭示SOM与其他土壤参数的关系。

Impact of integrated SWC measures on soil physical properties

研究结果显示，SWC措施显著改善了土壤物理性质。处理样地的土壤容重平均降低约6%，其中下坡位处理区的容重最低（1.56 g/cm3），而未处理上坡位容重最高（1.66 g/cm3）。土壤水分含量在处理下坡30–60 cm土层达到7.99%，较未处理上坡（4.77%）提高67%。水稳性团聚体在处理区表层土壤（0–30 cm）中提升28%（64.03%），显著高于未处理区（50.16%）。坡位、土层深度与管理的三重交互作用对MC和WAS影响极显著（P<0.001），说明SWC效果具有明显的景观依赖性。

Impact of integrated SWC measures on soil chemical properties

在化学性质方面，处理样地的SOM、TN、Av. P和pH均显著高于未处理区（P<0.001）。下坡位和表层土壤（0–30 cm）的组合表现出最优的养分状态，如SOM在处理下坡表层达5.50%，而未处理上坡深层仅2.09%。有效磷虽有所提升，但仍处于较低水平，提示需补充磷肥干预。距离SWC结构0–4 m范围内的土壤养分显著高于4–8 m区域，证实保护结构在截留沉积物和有机质方面的核心作用。

Relationships between soil properties and soil organic matter (SOM)

相关性分析表明，SOM与Av. P（r=0.648）、WAS、TN呈显著正相关，与BD呈强负相关（r=-0.729）。这一结果凸显了有机质在增强土壤结构稳定性、促进养分循环和降低压实中的枢纽地位。此外，砂粒含量与多数肥力指标负相关，而粉粒和黏粒则呈正相关，说明SWC措施通过改善土壤质地进一步强化了生态功能。

Conclusions

本研究明确SWC措施在提升退化山地土壤质量和气候韧性方面具有显著效益，但其效果受坡位、土层深度和保护结构距离的强烈调控。最优改善出现于下坡位、表层土壤且靠近保护结构的区域，而未处理上坡及远距离区域土壤退化最为严重。研究建议在SWC规划中优先考虑地形与空间配置的优化，结合生物措施（如植被恢复）与工程措施（如石堰、深沟）以最大化生态效益。尽管本研究局限于短期观测和小流域尺度，但其结果为干旱山地生态系统的恢复实践提供了关键科学支撑。未来需开展长期多站点监测，并纳入生物、水文及社会经济指标，以形成更具普适性的气候适应型土地管理策略。