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为探究气候变化下牧场系统可持续性问题，研究人员以澳大利亚新英格兰高原为对象，分析树冠下、边缘及开阔地的土壤性质与牧草叶片功能性状（如净碳同化率An、光合耐热性Tcrit等）。发现树冠下牧草生物量及土壤养分（有机碳、氮等）显著更高，揭示牧场树木对提升系统生产力与抗逆性的关键作用。
论文解读
研究背景：气候变化下牧场系统的生存挑战
全球约 30 亿公顷的牧场系统贡献了近 21 万亿美元的经济价值，不仅是粮食生产与碳储存的核心，还肩负着维持生物多样性、水源涵养等重要生态功能。然而，全球变暖引发的高温胁迫与干旱等气候灾害，正严重威胁牧场的生产力与可持续性 —— 牧草生长受阻、土壤退化等问题频发，如何增强牧场系统的气候韧性成为农业生态领域的重大课题。在此背景下，将树木战略性地整合到牧场景观中（即林牧系统）被视为潜在解决方案，但其对牧草生长、土壤环境及植物功能性状的影响机制尚不完全明确。
澳大利亚新英格兰高原作为典型的放牧区，其牧场系统中分散的原生树木（如桉树、安格菲拉树）与牧草长期共存。来自澳大利亚新英格兰大学（University of New England）的研究团队聚焦于此，旨在揭示树木对牧场生物量、土壤性质及叶片功能性状的调控作用，为气候变化下的牧场管理提供科学依据。该研究成果发表于国际期刊《Plant and Soil》，为林牧系统的生态效益评估提供了关键数据。
研究方法：多维度探究树木对牧场的影响
研究团队在新英格兰高原的 Kirby 田间实验室开展实地实验，选取 3 个典型牧场（K10、K11、K12），每个牧场内设置树冠下（距树干 2 米）、树冠边缘（树冠外 2 米）及开阔地（距最近树木≥40 米）三种采样区域，每个区域布置 9 个 1×1 米样方。研究涵盖三大核心技术方法：
- 生物量测定：收割样方内所有牧草，分地上与地下部分测定干重，评估树木对生物量积累的影响。
- 土壤性质分析：采集 0-30 厘米土层土壤，测定有机碳、全氮、有效磷、速效钾及 pH 值，分析土壤养分分布规律。
- 叶片功能性状检测：选取紫花苜蓿（Medicago sativa）、红三叶草（Trifolium pratense）和高羊茅（Festuca arundinacea），测定净碳同化率（An）、光合机构耐热临界温度（Tcrit，反映光合系统 II 的热稳定性）、比叶面积（SLA）及叶片氮含量（Leaf N），探讨树木对牧草生理特性的影响。
研究结果：树木的 “生态绿洲” 效应
1. 树冠下牧草生物量显著提升
与树冠边缘及开阔地相比，树冠下的地上生物量分别高出 42% 和 38%，地下生物量至少高 1.4 倍。这表明树木营造的微环境显著促进牧草生长，其效应集中在树冠范围内，边缘区域与开阔地无显著差异。
2. 土壤肥力的 “树岛化” 现象
树冠下土壤的有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量均显著高于其他区域，其中钾含量几乎为开阔地的 2 倍。土壤养分的富集可能与树木凋落物分解、根系活动及动物聚集排泄（如 “动物露营” 效应）有关，形成 “土壤肥力岛”。
3. 叶片功能性状与树木 proximity 的非一致性关联
尽管树冠下生物量显著增加，但An、Tcrit、SLA 及 Leaf N 等功能性状在不同区域间无显著差异。值得注意的是，开阔地中牧草生物量与叶片氮含量呈显著负相关（R=?0.85），暗示高氮含量可能与资源竞争或胁迫环境下的生理适应有关。此外，树冠下叶片氮含量与土壤氮、有机碳呈正相关，表明树木通过改善土壤养分间接影响叶片化学组成。
4. 微气候与土壤 - 植物互作的复杂性
研究发现，树冠下的微气候（如遮荫、水分保持）与土壤结构改善（如减少压实、增强孔隙度）共同促进生物量积累，而叶片功能性状的变化更多受物种差异驱动（如豆科植物比叶面积显著高于禾本科）。树 - 草间的资源竞争（如光照、养分）与互补作用（如树木深层根系提升养分可用性）并存，但在本研究的高降雨环境中，互补效应占主导。
结论与意义：树木 —— 牧场系统的 “生态工程师”
本研究证实，牧场树木通过以下机制提升系统韧性：
- 土壤肥力优化：通过凋落物分解、根系活动及生物多样性富集（如吸引动物活动），显著提升树冠下土壤养分含量，形成局部生态热点。
- 微气候缓冲：树冠遮荫降低高温胁迫，增强土壤水分保持能力，为牧草提供更稳定的生长环境。
- 生物量积累驱动：土壤养分而非叶片功能性状是生物量差异的主要驱动力，表明树木对牧场生产力的提升更依赖土壤环境的改善而非直接促进光合效率。
尽管研究结果基于单一区域，但其揭示的 “树木 - 土壤 - 牧草” 互作机制为全球类似气候区（如巴西塞拉多草原）的林牧系统管理提供了参考。未来研究可进一步拓展树种多样性、放牧强度等因素的影响，以完善林牧系统的优化策略。
该研究的重要意义在于，为应对气候变化下的牧场危机提供了低成本、生态友好的解决方案 —— 通过保留或引入分散树木，可在不显著改变现有放牧模式的前提下，实现土壤健康、生物量提升与系统抗逆性增强的多重目标，为可持续农业与生态保护的协同发展开辟了新路径。
