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为探究农业管理及山坡位置对土壤健康和根系特征影响，研究发现相关关系，对土壤健康再生意义重大。
在农业生产的漫长历史中，人类的诸多活动，如过度耕作、不合理的放牧以及简单化的作物轮作等，就像一场场悄无声息的 “土壤危机”，逐渐侵蚀着土壤的健康。几个世纪以来，土壤健康状况不断恶化，这不仅影响着农作物的产量和质量，还对整个生态系统的稳定构成了威胁。为了应对这一严峻挑战，科学家们一直在努力寻找恢复土壤健康的有效方法。然而，目前对于最有效的土壤健康再生实践（SHRP）及其内在机制，人们仍知之甚少。在此背景下，来自美国多个研究机构的科研团队开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Plant and Soil》杂志上。
研究人员为了深入了解农业管理、山坡位置及其相互作用如何影响土壤健康和根系特征，以及管理引起的根系特征与土壤健康改善之间是否存在关联，进行了一系列实验。他们选取了美国爱荷华州中部 18 个私人农场的 38 块田地，聚焦其中 5 个农场的 9 块田地，这些田地分别采用常规玉米 - 大豆轮作（Row Crop）、牛放牧牧场（Pasture）和恢复草地（Grassland）三种农业管理方式。
在研究方法上，主要采用了以下关键技术：一是土壤和根系采样技术，在 2018 年 4 月 25 日至 5 月 17 日收集土壤样本，2019 年 10 月 27 日至 12 月 5 日收集根系样本，并精确匹配采样位置；二是样本分析技术，对土壤样本进行多项生物学、化学和物理指标分析，对根系样本进行形态和化学组成分析；三是利用土壤管理评估框架（SMAF），将土壤健康指标转化为无单位的分数，进而计算出综合土壤健康指数（SHI）；四是借助随机森林（RF）机器学习工具，探究各因素对土壤健康指数的影响。
研究结果如下：
- 土壤性质及山坡位置的影响：研究区域内土壤质地较为均匀，山坡位置对大多数土壤性质影响较小，管理方式成为影响土壤健康的主要因素。
- 管理方式对土壤健康的影响：通过 SMAF 评估发现，管理方式对物理 SHI 无显著影响，对化学和生物 SHI 有影响，其中 Pasture 相比 Row Crop 显著提高了生物 SHI。在具体土壤健康指标方面，Pasture 和 Grassland 管理方式下的土壤，在一些指标上表现更优，如潜在可矿化碳（PMC）等，且这种差异主要体现在土壤表层 15cm。
- 管理方式对根系特征的影响：管理方式对根系特征影响显著。Row Crop 的根平均直径（RMD）最大，Pasture 和 Grassland 的 RMD 较小；根长密度（RLD）则是 Pasture 和 Grassland 在不同深度表现更优；根系化学组成方面，Row Crop 的根碳（C）含量较低、氮（N）含量较高，导致根 C:N 比与其他两种管理方式差异较大。综合来看，Pasture 和 Grassland 的总根生物量比 Row Crop 增加了 109%。
- 根系与土壤健康的联系：利用随机森林机器学习技术发现，根系特征对土壤健康有较好的预测能力，RLD 是除土壤深度外对土壤健康较好的预测变量。此外，RMD 和 RLD 与土壤中不稳定碳（C）库密切相关，较小的 RMD 和较高的 RLD 与更好的土壤健康指标相关。
研究结论和讨论部分指出，该研究明确表明增加多年生植被的管理方式能够提高土壤健康水平，Pasture 和 Grassland 管理方式在增加植物根系输入的同时，提升了生物 SHI。与 Row Crop 相比，Pasture 和 Grassland 的根系生物量几乎翻倍，且根系形态特征，如根生物量、RMD 和 RLD，与土壤健康的积极结果更为相关。此外，放牧动物的存在似乎对土壤健康有额外益处，Pasture 在许多土壤健康指标上优于 Grassland。总体而言，采用多年生植被并包含放牧动物的管理实践，能够显著影响根系动态并增强土壤健康，且这些影响在很大程度上与山坡位置无关。
这项研究为农业生产中改善土壤健康提供了重要的理论依据和实践指导，有助于农民和农业管理者制定更科学合理的土地管理策略，对于推动可持续农业发展具有重要意义。
