土壤类型、景观连通性与土壤多样性对农业区自然贡献(NCP)的影响机制研究——以松嫩平原为例

推荐：针对长期农业活动下土壤类型、景观连通性与土壤多样性对自然贡献(NCP)变化的影响机制不明的问题，研究人员以松嫩平原为典型农业区，通过方差分析、景观生态指标和地理加权回归等方法，揭示了Haplic Phaeozems等土壤类型对SOC(土壤有机碳)、SR(土壤保持)和WY(水产量)的差异化贡献，发现景观连通性与土壤多样性对NCP的影响甚至超过气候因子，为农业土壤可持续管理提供了新视角。

　　

土壤作为地球生命支撑系统的核心组成部分，其类型、结构和生态过程直接影响着人类赖以生存的自然贡献(Nature's Contributions to People, NCP)。然而，在长期农业活动干扰下，土壤性质的变化如何通过土壤类型、景观连通性和土壤多样性(Pedodiversity)影响NCP的动态变化，始终是生态学和土壤学领域的认知空白。这一问题在松嫩平原这类典型黑土农业区尤为突出——这里既是我国重要的粮食生产基地，又面临着土壤退化、有机质下降和侵蚀加剧等多重挑战。

为破解这一科学难题，中国科学院东北地理与农业生态研究所的研究团队以松嫩平原为研究对象，创新性地将景观生态学理论与土壤分类系统相结合，系统评估了1980-2020年间不同土壤类型下SOC(土壤有机碳)、SR(土壤保持)和WY(水产量)的时空变化特征。研究通过方差分析揭示了Haplic Phaeozems等优势土壤的NCP供给优势，首次量化了景观连通性指标(CONTAG、CONNECT、COHESION)和土壤多样性指标(PR、SHDI、SHEI)对NCP的空间异质性影响，并利用随机森林模型证实了土壤因素在某些区域对NCP的影响甚至超越气候因子。这项发表于土壤学顶级期刊《Geoderma》的研究，为理解农业景观中土壤-生态系统服务的关联机制提供了全新框架。

研究团队采用了多学科交叉的技术路线：基于HWSD(世界和谐土壤数据库)和中国两次全国土壤普查数据构建土壤属性时空数据集；运用Fragstats 4.2计算景观连通性和土壤多样性指数；采用InVEST模型评估WY，修订通用土壤流失方程(RUSLE)计算SR；通过地理加权回归(GWR)解析空间异质性关系；最后利用随机森林模型量化各因素的相对重要性。

研究结果呈现出三个重要发现：

1. 土壤类型的NCP供给差异：Haplic Phaeozems展现出全面的NCP优势(SOC 19.50-19.74 g/kg，SR 22.83-27.03 t/ha，WY 119.81-146.83 mm)，而西部脆弱的Gleyic Chernozems等土壤则出现多项指标下降。聚类分析将土壤分为稳定改善型(如Cumulic Anthrosols)、轻度脆弱型(如Gleyic Solonetz)、中度脆弱型和高度脆弱型(Calcic Chernozems)。
2. 景观格局的差异化影响：地理加权回归显示，土壤多样性指标PR在64.22%区域促进SOC，而景观聚集度CONTAG在60.18%区域抑制SOC。CONNECT对SR的促进作用(64.63%区域)甚至超过部分气候因子。
3. 驱动因素的权重重构：随机森林模型表明，虽然温度(78.02%IncMSE)和降水(79.33%)主导NCP变化，但COHESION(景观凝聚力)对SR变化的贡献(17.43%)与温度相当，颠覆了传统认知。

讨论部分深入剖析了这些发现的科学价值：从土壤发生学角度看，黑土的高NCP源于其良好的结构和腐殖质层，而Anthrosols的改善则印证了人为耕作措施的积极作用。景观连通性通过调控水土运移过程影响NCP，如高CONNECT促进物质传输但可能加剧侵蚀。特别值得注意的是，在农业管理背景下，土壤因素对SR和WY的解释力可超越地形等自然因子，这一发现为精准农业布局提供了理论依据。

该研究的实践意义体现在三方面：首先，确认了秸秆还田耕作对SOC提升的关键作用(如Cambic Arenosols的SOC增长144.77%)；其次，揭示了梯田建设通过形成Cumulic Anthrosols实现SR提升209.58%的机制；最后，提出的土壤脆弱性四级分类体系，为东北黑土保护分区施策提供了科学工具。未来研究需结合第三次全国土壤普查数据，进一步验证这一框架在更广泛农业生态系统的适用性。