土壤内在特性如何调控不同土地利用方式下的水分有效性：以巴西热带地区砂质与黏质土壤为例

本研究针对热带地区土地利用变化对土壤水分有效性的影响机制，探讨了土壤质地、有机质(SOM)和容重(BD)如何调控土壤水分保持曲线(SWRC)和植物有效水(PAW)。研究发现在砂质土壤中，CLF（农林牧系统）和牧场(PAST)通过适度增加BD和SOM提升了田间持水量(FC)和PAW；而在高黏土含量土壤中，BD和SOM的增加反而可能因提高了萎蔫点(WP)水分保持而降低PAW。该研究强调了基于土壤内在特性制定差异化土地管理策略的重要性，为热带农业生态系统水分优化提供了理论依据。

　　

在巴西广袤的塞拉多（Cerrado）热带 savanna 生态区，近一半的原生植被因农业开垦而消失，这不仅导致大量碳释放至大气，还引发了严重的土壤退化问题。传统牧场经营中，过度放牧和粗放管理造成土壤养分流失、结构破坏和持水能力下降，直接威胁农业生产的可持续性。面对这一挑战，一种新型的集约化土地利用方式——作物-畜牧-林业一体化系统（Crop-Livestock-Forestry, CLF）应运而生。这种系统通过将树木、作物和牲畜有机结合，被证明能够提升土壤碳储量、稳定农业生产并改善水分利用效率。然而，土地利用方式转变如何影响土壤水分保持能力？在不同质地的土壤中，这种影响是否存在差异？这些关键问题尚未得到系统解答。

为探究这些问题，来自巴西农业研究公司（Embrapa）水稻与豆类研究中心的研究团队在戈亚斯州选择了四个典型站点，覆盖砂质和黏质两种主要土壤类型（Ferralsols 和 Cambisols），系统比较了原生林（NF）、牧场（PAST）和CLF系统下的土壤水分特性。研究人员采集了0–0.2 m和0.2–0.4 m土层的样品，测定土壤容重（BD）、有机质（SOM）和黏粒含量等基本性质，并采用离心法获得土壤水分特征曲线（SWRC），使用Van Genuchten模型进行拟合，最终计算田间持水量（FC，–6 kPa条件下的水分含量）、萎蔫点（WP，–1500 kPa）和植物有效水（PAW = FC－WP）。通过主成分分析和统计检验，揭示了不同土地利用方式下土壤水分动态的变化规律。

研究发现，土壤质地是调控水分响应的关键因素。在砂质土壤中（如Quirinópolis和Iporá站点），CLF和牧场系统通过适度提升BD和SOM含量，显著增加了FC和PAW。这是因为砂土本身孔隙较大，有机质的增加改善了团聚体结构，而轻度压实使部分大孔隙转化为中小孔隙，增强了土壤的持水能力。相反，在高黏土含量土壤中（如Morrinhos和Cachoeira Dourada站点），BD和SOM的增加往往导致萎蔫点处水分保留过多，反而减少了植物可利用的水分。黏土矿物类型也发挥了重要作用：以高岭石为主的土壤易形成致密结构，降低通透性；而以三水铝石（gibbsite）为主的土壤则因形成稳定团聚体而具备更好的孔隙结构。

具体而言，在Quirinópolis的砂质土壤中，CLF系统的PAW比原生林提高了26%，牧场提高了40%。土壤有机质与饱和含水量（θs）呈正相关，表明其有效提升了土壤的持水潜力。而在黏质土壤站点Cachoeira Dourada，牧场系统的PAW反而比原生林降低了42%，CLF也降低了8%，说明过度压实和黏土含量的增加可能导致孔隙不连续，阻碍水分利用。

这些结果凸显了土壤管理策略必须“因土制宜”。在砂质土壤地区，推广CLF系统有助于提升水分保持能力，缓解干旱胁迫；而在黏重土壤地区，则应重点避免过度压实，并通过有机质管理优化孔隙结构。该研究不仅为热带地区土地利用优化提供了科学依据，也为全球可持续土壤管理贡献了重要实践经验。

论文发表于土壤学权威期刊《Soil Biology and Biochemistry》，其发现对实现联合国可持续发展目标（尤其是目标2.4中关于 resilient agricultural practices 的倡议）具有重要支撑意义。未来研究可进一步结合水文模型和长期田间观测，深入揭示不同管理措施下土壤-植物-大气连续体的水分运移机制，为应对气候变化下的农业水资源安全提供更全面的解决方案。