森林管理调节了卡廷加干森林中土壤团聚、碳和球囊霉素之间的关系

《Forest Ecology and Management》：Forest management modulates the relationship between soil aggregation, carbon, and glomalin in Caatinga dry forest

　　

•森林管理强度在卡廷加土壤中造成干扰梯度。
•皆伐减少了碳和球囊霉素含量，并减缓了土壤恢复。
•按树种进行的择伐保护了土壤碳储量。

引言
热带干林约占全球热带森林覆盖面积的 40%，包括卡廷加生物群落，这是世界上最大的连续季节性热带干林。卡廷加位于巴西东北部半干旱地区，覆盖面积约 735,000 平方公里，拥有高生物多样性，特有性水平高 (Lozado et al., 2025, Ferreira et al., 2025)。然而，其生态重要性并未阻止该生物群落在历史上遭受强烈的人为压力，主要与不可持续的木质植被开采（用于薪材和木炭生产）有关 (Barbosa et al., 2019)。
卡廷加自然植被的人为改变，加上该地区典型的长期干旱，通过改变植被结构、生物多样性和生态过程，加剧了生态系统退化 (Araújo et al., 2023, Silva et al., 2025)。在此背景下，可持续森林管理 (SFM) 被提议作为一种重要策略，以平衡卡廷加生物群落中森林生态系统的保护与自然资源的经济利用，并在全世界范围内被公认为实现这一目标的基本工具 (Gregersen et al., 2017, FAO, UNEP, 2020, Lucena et al., 2023, Meira et al., 2025, Santos Júnior et al., 2025)。巴西的《森林法典》（第 12,651/2012 号联邦法律）确立了 SFM 作为合法和合理利用森林资源的强制性条件。SFM 的采用使得森林开采的系统性规划成为可能，促进植被的逐渐和动态使用，每年只移除管理区域的一小部分，而剩余区域在整个砍伐周期内保持休耕 (Barreto-Garcia et al., 2021)。
卡廷加地区采用的主要 SFM 实践包括皆伐，其特征是完全移除植被，以及择伐，这可能基于最小砍伐直径（≤ 5 厘米）或预定义的物种选择（巴西农业研究公司 – EMBRAPA, 2007）。这些管理实践在干预程度上不同，因此对生态系统过程的影响也不同。皆伐代表最高的干扰水平，因为它涉及完全移除植被，导致林冠覆盖、凋落物输入和根系活动的急剧减少。相比之下，择伐保留了部分植被结构和持续的有机质输入。在此类别中，按直径择伐移除所有超过最小砍伐直径的个体，而按树种择伐只移除选定物种，保留了更大比例的原植被。因此，这些实践可能对林冠覆盖 (Meira et al., 2025) 和林地表凋落物质量 (Matos et al., 2019) 产生相反的影响，并对植被再生 (Santos et al., 2023) 和土壤功能 (Barreto-Garcia et al., 2021) 产生潜在后果。
现有证据表明，卡廷加生物群落的森林管理可在短期内影响土壤的化学、物理和生物属性，包括土壤微生物生物量 (SMB) (Barreto-Garcia et al., 2021)、丛枝菌根真菌群落 (Pereira et al., 2018)、土壤大型动物 (Matos et al., 2019)、土壤有机碳 (SOC) 的易失性组分 (Batista et al., 2018)、凋落物分解动态 (Matos et al., 2022) 以及土壤密度和总孔隙度 (Gon?alo Filho et al., 2018)。中期也检测到一些影响，特别是对于土壤微生物生物量和酶活性 (Meira et al., 2025)。然而，关于管理实践如何影响中期 SOC 动态，特别是调节其稳定和持续的机制，如团聚体形成和球囊霉素积累，仍然存在重大空白。
土壤有机碳 (SOC) 在维持土壤质量方面发挥着根本作用，通过影响关键的土壤过程和生态系统功能 (Voltr et al., 2021)。森林生态系统中的 SOC 储量在很大程度上取决于碳输入（主要来自凋落物沉积和根系周转）与通过分解和矿化导致的碳损失之间的平衡。森林管理可以通过改变植被结构、有机质输入和土壤条件来改变这种平衡。然而，SOC 的持续不仅取决于碳输入，还取决于调节其周转的稳定化机制，包括土壤团聚体内的物理保护 (Baumg?rtner et al., 2021, Monroe et al., 2022, Silva et al., 2025)。
土壤团聚是矿物颗粒与有机质结合的结果，受有机和无机粘合剂的作用介导 (Six et al., 2004, Li et al., 2023)，以及胶体表面电荷相关的静电力 (Tisdall and Oades, 1982)。该过程产生了不同形状和大小的结构，促进包被和物理绝缘效应，减少团聚体内的氧气扩散，并由于限制对有机基质的访问而限制微生物分解 (Christensen, 1996, Umer and Rajab, 2012, Monroe et al., 2022, Yang et al., 2022, Hamza et al., 2025)。直径大于 2000 微米的团聚体，通常称为大团聚体，可以根据研究目标分层为子类别，并在 SOC 的物理保护中起着重要作用，特别是在短期时间尺度上 (Sun et al., 2023, Sun et al., 2020, Zhang et al., 2018)。
土壤团聚体的形成和稳定性受多种生物和非生物因素影响，包括土壤生物活动、根系生长和分泌物释放，以及水分变化和机械干扰 (Six et al., 2004, De Goede et al., 2025)。在生物因子中，丛枝菌根真菌 (AMF) 在土壤团聚中起着重要作用，既通过菌丝的物理缠结，也通过产生球囊霉素，一种与菌丝壁相关的疏水糖蛋白。球囊霉素通过菌丝周转在土壤中积累，并起粘合剂作用，促进有机 - 矿物复合物的形成，有助于团聚体稳定性和对其内部存在的有机碳的保护 (Peng et al., 2013, Anandakumar et al., 2025, De Goede et al., 2025)。
研究球囊霉素、土壤团聚和 SOC 储量之间关系的研究在干燥卡廷加森林中仍然稀少 (Nobre et al., 2015, Silva et al., 2018, Gondim et al., 2025)，而且没有研究评估过森林管理对这些关系的影响。整合这些方面的研究可以有助于了解不同的管理实践如何影响 SOC 储量，为定义更合适的生物群落保护措施提供支持。
鉴于上述内容，我们检查了受三种森林管理实践影响的干燥卡廷加森林土壤样本：皆伐、按直径择伐和按树种择伐，以未管理的卡廷加作为参考。我们试图回答以下问题：在中期内，(1) 森林管理实践是否影响土壤碳储量和大型土壤团聚体的分布？(2) 这些变化如何影响团聚体中的碳和球囊霉素水平？以及 (3) 以林冠开阔度为代表的森林管理，在多大程度上通过涉及凋落物分解、土壤水分、AMF 和球囊霉素的直接和间接途径影响土壤团聚和 SOC 稳定化？基于先前描述的机制，我们假设在中期内（7 年），(i) 皆伐会由于完全移除植被、土壤暴露增加和有机质输入减少而降低土壤团聚、SOC 和球囊霉素水平；(ii) 按直径择伐也会对这些属性产生负面影响，尽管程度较小，因为移除了所有超过最小砍伐直径的个体；(iii) 按树种择伐会导致团聚、SOC 和球囊霉素水平变化较小，因为它保留了更大比例的原植被结构，并保持有机质输入更接近未管理的卡廷加。此外，我们预期林冠开阔度作为森林管理强度的替代指标，将通过涉及凋落物动态和土壤水分变化的间接途径影响 SOC 稳定化，随后影响 AMF、球囊霉素、与大型土壤团聚体相关的 C，并最终影响土壤有机碳储量。

片段
研究区域
本研究在昆坦达斯多辛科拉国家森林 (FLONA) 进行，这是一个联邦保护单元 (CU)，属于国家保护单元系统 (Brasil, 2000) 中的可持续利用类别，并被国际自然保护联盟 (IUCN) 归类为 VI 类保护区（自然资源可持续利用）(Day et al., 2012)。FLONA 面积约为 11,000 公顷，位于巴西巴伊亚州西南部地区。显示...的地图

森林结构、微气候和凋落物动态
即使在管理七年之后，较密集的实践导致了更大的林冠开阔度，CC 显示最高值 (57.33%)，其次是 SCD (19.63%)，而 SCS 与未管理的卡廷加无差异 (平均值 = 9.02%) (图 1)。尽管存在这些结构变化，只有 CC 显示出比对照和其他管理实践 (2.54%) 低的土壤水分 (1.94%)，后者之间无差异 (补充图 S2)。
年凋落物输入量在...之间变化

讨论
森林管理七年之后，卡廷加土壤功能仍然通过相互关联的地上和地下响应反映了管理强度的差异。皆伐导致了林冠开阔度和凋落物动态的最持久变化，而按树种择伐维持了更接近未管理卡廷加的条件。森林管理还改变了 AMF 属性并减少了球囊霉素积累，而对 SOC 的影响在...下更为明显

结论
森林管理七年之后的卡廷加土壤功能通过相互关联的地上和地下响应反映了管理强度的差异。皆伐下更大的植被移除与林冠开阔度和凋落物动态的显著变化以及较低的 SOC 储量有关，而按树种择伐维持了更接近未管理卡廷加的条件。按最小直径择伐代表了一个中间水平的植被

CRediT 作者贡献声明
基埃格拉·贝阿特丽斯·达·席尔瓦·马丁斯：写作 – 审阅与编辑，方法论，调查，正式分析，数据整理。
帕特里夏·安乔斯·比滕库尔特·巴雷托 - 加西亚：写作 – 审阅与编辑，可视化，监督，资源，项目管理，方法论，资金获取，概念化。
保罗·恩里凯·马尔克斯·门罗：写作 – 审阅与编辑，方法论，正式分析。
亚历山德罗·德·保罗：方法论。
塔莉塔·奥利维拉·多斯·桑托斯：方法论。
马科斯·热尔瓦西奥·佩雷拉：

关于写作过程中使用生成式人工智能和人工智能辅助技术的声明
在本工作准备期间，作者使用了 ChatGPT (OpenAI) 来提高手稿部分内容的清晰度和语言。使用此工具后，作者根据需要对内容进行了审阅和编辑，并对已发表文章的内容承担全部责任。

利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文所述的工作。

致谢
感谢高等教育人员进修协调处 (CAPES) 和巴伊亚州研究基金会 (FAPESB) 的第 45/201 号合作协议，授予第一作者奖学金；感谢巴西政府机构国家科学与技术发展委员会 (CNPq) 授予第二作者的研究生产力拨款 (进程编号 308021/2020–7 和 307037/2023–1)。

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