《Soil and Tillage Research》：Dryland-to-paddy conversion enhances hydrological functioning by reshaping soil structure in the hilly red soil region of southern China
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•旱地短期改水田导致表层土壤大孔隙崩塌。•幼龄旱改稻田中有机碳向下迁移普遍存在。•大孔隙恢复延迟与团聚体稳定性改善之间存在明显解耦现象。•土壤团聚体重建表明土壤结构从通气功能向保水功能转变。引言水稻是全球主要粮食作物之一，养活了一半以上的全球人口（Yan等，2018）。因此，
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旱地短期改水田导致表层土壤大孔隙崩塌。
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幼龄旱改稻田中有机碳向下迁移普遍存在。
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大孔隙恢复延迟与团聚体稳定性改善之间存在明显解耦现象。
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土壤团聚体重建表明土壤结构从通气功能向保水功能转变。
引言
水稻是全球主要粮食作物之一，养活了一半以上的全球人口（Yan等，2018）。因此，水稻生产的长期可持续性是全球粮食安全的基础。然而，过去一个世纪的快速城市化和工业化导致了包括稻田在内的耕地大面积流失（Yan等，2018），催生了对新稻田土地的迫切需求。这种压力推动了大规模土地整治，通过土地利用优化和基础设施建设来提高农田生产力，其中包括旱地改水田（Xin等，2020）。此类旱地改水田在中国已广泛推广，特别是在水热条件有利的地区（Yi等，2020）。目前，旱改水耕地面积占中国耕地总面积的7.3%，预计将对全国水稻生产做出重大贡献（Yan等，2019）。然而，旱地改水田显著增加了灌溉需求，加剧了区域水资源短缺。长期水田（>20年）中的大孔隙和裂缝会引发明显的优先流（Sander和Gerke，2007），而年轻水田（2年和18年）的优先流强于老旧系统（>100年）（Yi等，2020）。现有关于旱地改水田的研究主要集中在土壤裂缝和渗漏（Yi等，2020，Zhou和Hu，2023），而不同耕种年限下的土壤保水性能仍缺乏充分约束。土壤保水性是控制水分可用性和储存的关键水文特性（Hu等，2023），因为土壤水分损失最终应通过增强持水能力来缓解。
土壤结构是土壤水力行为的主要调控因素。它由土壤颗粒的层级排列和粘结形成（Koestel等，2021）。从固相角度来看，土壤结构通常以团聚体粒径分布和稳定性来表征（D??az-Zorita等，2002），它们控制着土壤水、气和养分通量的协调，从而决定植物生长条件（Dai等，2024）。土壤团聚体破碎会促进孔隙崩塌和结构退化，导致渗透性、水力传导率和抗蚀性降低（Yudina等，2022）。从孔隙尺度来看，土壤结构定义为孔隙网络的三维构型（D??az-Zorita等，2002），它控制水分入渗、流动和储存，并与土壤稳定性和易蚀性密切相关（Li等，2025）。一旦水进入土壤，其运动主要由孔隙连通性和连续性控制，而后者依赖于团聚体稳定性（Yu等，2020）。土地利用变化会改变孔隙结构，其效应因土地利用类型、管理方式、土壤特性和转换时间而异（Luo等，2010，Peng等，2023）。土壤有机质在此过程中发挥关键作用，通过增强亲水性和改变容重来影响水分保持（Dai等，2020）。富含有机质的土壤倾向于形成更稳定的团聚体和发展更完善的孔隙网络（Pan等，2017）。因此，从旱地到水田的转变涉及重大的水文和管理扰动，预计会强烈改变孔隙动态和团聚体稳定性。
旱地改水田从根本上改变了土地利用方式，同时重塑了土壤的化学和物理性质。由于中国南方红壤结构脆弱，淹水期间的耕翻和耙耕等机械扰动会破坏原有团聚体框架，促进颗粒分散和颗粒间粘附，从而改变土壤通气性和保水性。此外，旱地改水田通常伴随着田间工程措施，如丘陵红壤地区的田块扩整和平整土地，这进一步改变了土壤自然结构和生态环境。虽然土地平整有利于灌溉管理和机械化耕作，但也可能加剧土壤压实和结构退化，从而制约土壤水力特性和根系发育。因此，从机理上理解不同水稻耕种年限下土壤结构和SOC组成如何影响土壤水力行为，对于指导旱改水系统的土地修复和水资源管理至关重要。据此，本研究旨在（1）定量表征旱地改水田过程中SOC、土壤结构和水力特性的耦合变化，（2）阐明土壤结构和SOC组成如何影响这些系统的水力特性。
章节摘要
选址与土壤采样
研究区位于中国南方广西南宁市双定镇（22.98°N，108.13°E）的丘陵地区，属亚热带季风气候（图S1）。该地区年平均无霜期355天，年日照时数约1478小时，年平均气温21.6°C，范围从1°C至40°C。年降水量约1200毫米，5月至9月为明显雨季，7月达到峰值。土壤为
土壤物理化学性质
土壤物理化学性质在不同处理和土壤深度间差异显著（图1）。在0–50 cm剖面层中，PF3、PF6和PF30的黏土含量显著高于DL和PF1（图1a）。在工程扰动初期，PF1的BD显著高于DL，而表层土壤（0–20 cm）中的TP则相反，这可能与旱地改水田过程中的机械压实和 puddling（耙耕）现象有关
不同水稻耕种年限下的SOC组成
旱地改水田是一个复杂的过程，涉及土地平整、土壤淹水和水稻种植，所有这些都强烈调控着SOC动态（Wang等，2015）。与DL相比，PF1表层土壤中的POC、MBC、HE-C、HA-C、HU-C和MAOC含量略低，这可能与旱地改水田相关的工程扰动有关，包括土地平整、机械压实、耙耕、灌溉系统重建和初期
结论
本研究阐明了旱地改水田过程中SOC动态、土壤结构和水力特性之间的机理联系。结果表明，幼龄旱改稻田受工程扰动和人为重构效应影响，导致表层土壤大孔隙网络退化及有机碳向下迁移。相比之下，长期水田耕作促进了SOC的持续积累和组成转化
CRediT作者贡献声明
凌金燕：撰写——初稿，可视化，数据管理。周勇：方法论，调查研究。秦佳宇：调查研究。朱沙莉：调查研究，形式分析。蒋立更：撰写——审阅与编辑，概念化。袁朋立：撰写——审阅与编辑，监督，项目管理，概念化。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究得到广西区重点研发计划（GUIKENONGAB2506910014）的资助。
凌金燕|周勇|秦佳宇|朱沙莉|蒋立更|袁朋立
