牧场土壤健康与养分动态：关于替代性放牧管理方式与传统放牧管理方式影响的十年研究

《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Soil health and nutrient dynamics in pasturelands: A decadal study on the effects of alternative vs. prevailing grazing management

土壤养分时空分布受土壤特性、植物生产和管理策略复杂互动影响。研究对比了轮牧+免耕覆盖作物与持续放牧+翻耕作物的长期效应，发现轮牧策略在碳封存（WE-TC显著提升）和减少磷流失（PO??浓度更低）方面更具优势，且微生物活性（CO?呼吸）与气候事件（如干旱）显著相关。结论强调需通过长期大尺度监测优化农畜系统管理。

　　本研究探讨了不同放牧管理策略对土壤健康和养分循环的长期影响，尤其是在牧草地的广阔空间尺度上。放牧方式的多样性及其对土壤特性的潜在影响，是生态学和农业科学领域的重要议题。研究团队由多位来自美国农业部（USDA）农业研究服务（ARS）的科学家组成，他们共同致力于评估放牧策略如何改变土壤中的关键养分含量，包括氮、磷和钾，以及土壤有机碳和总碳含量。研究还关注了土壤提取方法（如去离子水法、H3A法和Mehlich-3法）对养分测量结果的影响，并探讨了这些方法在不同年份和处理条件下的趋势一致性。

放牧管理策略对土壤健康的影响通常涉及复杂的生态过程，这些过程受到土壤属性、植物生产力和管理实践的共同作用。传统的放牧方式，如全年连续放牧和种植饲料大麦，往往会导致土壤养分的不稳定，而替代性的放牧策略，如轮牧和覆盖作物放牧，被认为可以提高植物生产力，从而改善土壤健康。然而，关于这些策略在长时间尺度和大范围区域内的影响，目前的研究仍然有限。因此，本研究的目的是填补这一知识空白，通过长期监测和大规模数据分析，评估轮牧和覆盖作物放牧与传统放牧方式在土壤健康方面的差异。

研究地点位于美国德克萨斯州中部的Riesel Watersheds，该地区是进行放牧管理研究的理想场所。由于该地区降水模式在年份间变化较大，常常出现干旱和洪涝现象，因此能够为评估极端气候条件下放牧策略对土壤健康的影响提供重要数据。研究团队利用多种土壤提取方法，包括去离子水法、H3A法和Mehlich-3法，对土壤中的总碳、有机碳、无机碳、总氮、硝酸盐、钾和磷含量进行了分析。同时，通过24小时的二氧化碳培养法，评估了土壤微生物活性的变化。

研究结果表明，放牧策略、年份和土壤养分含量之间存在显著的关联。轮牧和覆盖作物放牧的区域，其土壤中的磷含量较低，而总碳和有机碳含量则较高。然而，值得注意的是，有机碳含量在某些年份出现下降趋势，尤其是在2022年，这一年被认定为极端干旱年。这表明，土壤碳含量的变化可能受到年际气候变化的影响，尤其是干旱等极端天气事件。这些事件可能通过影响微生物活性，进而改变土壤碳的积累和转化过程。研究发现，微生物活性在时间上呈现出逐步上升的趋势，直到2021–2022年，即干旱年份，这一趋势可能反映了干旱对土壤生态系统的影响。

土壤健康指标的测量结果在不同提取方法之间表现出差异，但这些方法在时间趋势和处理条件上的表现具有一定的相似性。这表明，尽管不同提取方法针对的土壤养分池不同，但它们在评估长期放牧策略对土壤养分变化的影响时，能够提供一致的结论。研究还指出，轮牧和覆盖作物放牧的区域在某些关键养分上表现出更高的相对丰度，如氮。这可能是因为这些管理策略能够促进植物生产力，从而提高土壤养分的输入和积累。然而，研究结果并未完全支持所有假设，尤其是在磷和钾含量方面，轮牧和覆盖作物放牧的区域并未表现出显著的降低趋势。

土壤健康和养分循环的变化对于可持续农业和生态保护至关重要。长期采用替代性放牧策略不仅有助于提高土壤碳的固存能力，还能降低磷的释放，从而减少水体富营养化的风险。研究团队认为，这些发现为制定更有效的土壤管理措施提供了科学依据，尤其是在应对气候变化和极端天气事件方面。此外，研究还强调了对牧草地进行长期监测和大规模研究的重要性，以更好地理解放牧策略对土壤健康和养分循环的长期影响。

在德克萨斯州中部的Riesel Watersheds，研究团队已经开展了超过十年的放牧管理研究。这一长期研究为评估放牧策略对植物和动物生产力以及土壤健康的影响提供了宝贵的数据。尽管初步研究结果表明轮牧可能在某些方面优于连续放牧，但大多数结果仍不明确，这可能是由于研究单元的复制不足和研究周期较短所致。因此，本研究通过更长时间尺度和更大空间范围的数据分析，旨在更全面地评估不同放牧策略对土壤健康的影响。

研究还指出，牧草地和草地生态系统在养分循环和土壤健康方面存在显著差异。牧草地通常位于湿润地区，受到人为水资源和除草剂管理输入的影响，因此较少受到水和养分的限制。这使得牧草地能够生产丰富的植物生物量，为放牧牲畜提供充足的饲料。相比之下，草地生态系统通常位于干旱地区，受到较少的人为管理干预，因此其土壤健康和养分循环可能受到更多自然因素的影响。然而，尽管存在这些差异，许多关于牧草地土壤健康的研究仍然借鉴了草地生态系统的研究结果，这可能导致对牧草地管理措施的误判。

研究团队认为，未来的研究应更加关注牧草地和草地生态系统之间的差异，以制定更精确的土壤管理措施。同时，对于集成作物-放牧系统的研究也应进一步加强，因为这些系统在养分管理和土壤健康方面具有独特的特征。集成作物-放牧系统通常结合牧草地和种植的年度饲料作物，为牲畜提供补充营养，同时也能够提高土壤碳的固存能力。因此，这些系统在应对气候变化和极端天气事件方面具有重要的潜力。

在本研究中，团队提出了三个假设：1）采用替代性放牧策略的区域，其土壤中的氮、磷和钾含量会低于传统放牧方式；2）由于替代性放牧策略能够提高植物生产力，因此这些区域的土壤碳含量会更高；3）土壤养分含量会因所选的提取方法而有所不同，但不同年份和处理条件下的趋势在方法之间是相似的。研究结果部分支持了这些假设，尤其是在土壤碳含量方面，轮牧和覆盖作物放牧的区域表现出更高的相对丰度。然而，对于磷和钾含量，研究结果并未完全支持假设，这可能与研究区域的土壤特性和管理实践有关。

土壤健康和养分循环的变化不仅影响农业生产，还对生态环境产生深远影响。因此，研究团队认为，未来的研究应更加关注放牧策略对土壤健康和养分循环的长期影响，尤其是在应对气候变化和极端天气事件方面。此外，研究还强调了对牧草地进行长期监测和大规模研究的重要性，以更好地理解放牧策略对土壤健康的影响。研究团队希望这些发现能够为制定更有效的土壤管理措施提供科学依据，促进可持续农业和生态保护。

研究团队还指出，土壤健康指标的测量方法对结果的准确性具有重要影响。不同的提取方法可能针对不同的土壤养分池，因此在评估土壤健康时，应选择合适的提取方法。同时，研究还强调了对土壤微生物活性的测量对于理解土壤养分循环的重要性。微生物活性的变化可能反映土壤生态系统的健康状况，因此在评估放牧策略对土壤健康的影响时，应结合微生物活性的测量结果。

在本研究中，团队采用了多种土壤提取方法，包括去离子水法、H3A法和Mehlich-3法，以全面评估土壤中的关键养分含量。这些方法在不同土壤类型和气候条件下可能表现出不同的效果，因此在评估土壤健康时，应综合考虑这些方法的适用性。此外，研究还强调了对土壤碳含量的测量对于理解放牧策略对土壤健康的影响的重要性，尤其是在应对气候变化和极端天气事件方面。

研究团队认为，长期采用替代性放牧策略可以提高土壤碳的固存能力，同时减少磷的释放，从而降低水体富营养化的风险。然而，这些效果可能受到多种因素的影响，包括气候条件、土壤类型和管理实践。因此，在制定土壤管理措施时，应综合考虑这些因素，以实现最佳的土壤健康和养分循环效果。研究团队希望这些发现能够为未来的研究和实践提供指导，促进可持续农业和生态保护。

研究团队还指出，土壤健康和养分循环的变化可能受到多种因素的影响，包括气候条件、土壤类型和管理实践。因此，在评估放牧策略对土壤健康的影响时，应采用综合的方法，以全面了解这些因素的相互作用。此外，研究还强调了对土壤微生物活性的测量对于理解土壤养分循环的重要性，尤其是在应对气候变化和极端天气事件方面。

研究团队认为，未来的研究应更加关注放牧策略对土壤健康和养分循环的长期影响，尤其是在应对气候变化和极端天气事件方面。同时，对于牧草地和草地生态系统的研究也应进一步加强，以制定更精确的土壤管理措施。研究团队希望这些发现能够为未来的研究和实践提供指导，促进可持续农业和生态保护。