《Agroforestry Systems》：Ecological and productive variation across a silvopastoral chronosequence under retained tree cover in high-Andean grazing systems
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高安第斯环境中的牲畜系统可通过与放牧管理和土地利用相关的改变影响植被结构和土壤条件。在保留树冠下建立的林牧系统（silvopastoral systems, SPS）是这些景观中的一种替代管理策略；然而，高安第斯条件下农民管理的林牧系统建立不同阶段所关联的生态
高安第斯环境中的牲畜系统可通过与放牧管理和土地利用相关的改变影响植被结构和土壤条件。在保留树冠下建立的林牧系统（silvopastoral systems, SPS）是这些景观中的一种替代管理策略；然而，高安第斯条件下农民管理的林牧系统建立不同阶段所关联的生态响应受到的关注相对较少。本研究评估了秘鲁Amazonas地区在保留树冠下建立的林牧时间序列（chronosequence）中的土壤理化性质（soil physicochemical properties）、植被组成（vegetation composition）和牧草生产力（pasture productivity）。该时间序列由代表建立后1年、4年和7年的3个林牧系统（SPS-1、SPS-4和SPS-7）组成，同时纳入一个10年开放放牧系统（open-field grazing system, OF-10）作为对比放牧条件。研究评估了干季和雨季条件下的土壤性质、植被组成、多样性指数（diversity indices）和牧草生产力。系统间在pH、有机质（organic matter, OM）、容重（bulk density）、硝酸盐（nitrate）、钙（calcium）、镁（magnesium）、锌（zinc）和硼（boron）浓度方面观察到显著差异（p < 0.05）。有机质由SPS-1的17.87%降至OF-10的5.98%，而容重则由0.97增至1.15 g cm?3。林牧系统表现出比开放放牧条件更高的植被异质性和更高的丰富度（richness）值。植物区系分析（floristic analyses）表明系统间存在组成分化，而SPS-1和SPS-4在两种季节条件下的牧草生产力均高于OF-10。这些响应表明，保留树冠下的林牧系统建立与土壤特征、植被多样性相关，并相对于开放放牧条件促进更稳定的饲草生产（forage production）。
研究背景与目的：高安第斯牲畜生产系统通过改变植被结构和土地利用影响陆地生态系统，虽贡献粮食安全和农村生计，但也与温室气体排放及关键生态系统服务退化相关；安第斯广泛放牧可改变土壤物理结构、干扰水文过程并阻碍自然恢复，进而影响土壤和水质。放牧下土壤性质与草本植被变化会影响饲草生长和植物群落组成。秘鲁Amazonas地区牲畜扩张历史上加速了土地利用变化，导致森林砍伐、生物多样性丧失和土壤退化。林牧系统（silvopastoral systems, SPS）整合树木、饲草和牲畜，保留树木可通过有机残体、光和水条件改变影响土壤与饲草生产，但树冠密度、空间配置和管理实践会改变响应方向。许多高安第斯林牧实践并非高密度植树，而是在保留原生树冠下选择性去除灌木并播种牧草，形成成熟树木、栽培牧草和自发演替植被共存的异质结构。已有研究多比较林牧与常规放牧，但保留树冠下不同建立阶段的土壤性质、植被组成和饲草生产力变异仍较少被记录；农民管理的渐进式建立尤其受关注不足。时间序列（chronosequence）方法可在缺乏长期监测数据时评估建立时间相关变异，但建立年限差异不能完全归因于时间，因初始立地条件和管理历史亦可能不同。为此，研究人员在秘鲁Amazonas地区评估高安第斯保留树冠下林牧时间序列的土壤理化性质、植被结构、植物区系组成和牧草生产力变异，并检验土壤性质、植物区系与丰富度、牧草干物质生产随放牧配置和季节变化的假设。研究结论表明，SPS与土壤特征、植被多样性和较稳定饲草生产相关；其重要意义在于为高安第斯放牧景观中保留树冠的林牧管理提供生态与生产依据，同时提示长期放牧管理需维持养分补充。
关键技术方法：研究地点为秘鲁北部Amazonas地区Luya省Granero annex的Eco2Kuelap livestock farm（06°09′54″S，77°56′49″W），海拔2930–3015 m.a.s.l.，坡度8–16%；采样时间为2022年7月至2024年7月。采用观察性时间序列设计，比较SPS-1、SPS-4、SPS-7及OF-10。每个SPS设2个放牧小区，OF-10设1个小区；土壤以0–25 cm之字形采样，每系统15个子样、每5个混合为1个复合样，共12个复合样送AgSource Laboratories分析。植被在OF-10设3条150 m样线，在SPS各设3个5×5 m样方，计算丰富度、Shannon、Simpson、均匀度和Berger–Parker指数。生产力于干季55 d、雨季42 d生长后以0.25 m
2样方收获，105 °C烘干24 h测干物质。统计在R v4.5.2中完成，采用ANOVA、Tukey检验、PERMANOVA（10,000次置换，Bray–Curtis相异）及NMDS。
研究结果：
**土壤理化性质**：通过土壤采样与实验室理化分析，系统间pH、有机质、缓冲指数、可溶性盐、容重、硝酸盐、钙、镁、锌和硼存在显著差异（p < 0.05）。有机质由SPS-1的17.87%降至OF-10的5.98%，容重由0.97增至1.15 g cm
?3；SPS-1和SPS-4容重较低，SPS-7与OF-10较高。SPS-1 pH较高，钙、镁较高并随序列向OF-10降低；SPS-1和SPS-4硝酸盐约6.9 mg kg
?1，高于SPS-7和OF-10约3.1–3.3 mg kg
?1；锌在SPS-1和SPS-4高于OF-10，硼在SPS-1最高；磷、钾、钠、硫化物及锰、铜、铁无显著差异。
**植物区系组成与植被结构**：通过样方/样线调查，共记录89种植物，隶属24科45属，Asteraceae、Poaceae和Fabaceae物种最多。草本层为优势层，但SPS较OF-10包含更多灌木和乔木组分、植被异质性更高；OF-10以草本牧草为主。*Pennisetum clandestinum*、*Lolium multiflorum*和*Trifolium repens*在多个系统中反复出现；每75 m
2木本植物密度为SPS-7 18株、SPS-1 21株、SPS-4 24株。SPS-1饲草种丰度较高，SPS-4和SPS-7草本与木本组分更多；Poaceae在所有系统中占优势，Asteraceae对丰富度贡献较大，Fabaceae主要出现在SPS。
**物种丰富度、多样性与群落组成**：通过多样性指数和多元分析，丰富度存在显著差异（p < 0.001），OF-10低于3个SPS；Shannon、Simpson、均匀度和Berger–Parker优势度无显著差异。PERMANOVA显示系统间植物区系组成显著分化（pseudo-F = 3.35，R
2 = 0.56，p = 0.003），组内多变量离散同质（F = 2.16，p = 0.170）；OF-10与3个SPS分化，SPS-4与SPS-7部分重叠，SPS-1处中间位置；NMDS（2D stress = 0.096）支持上述格局。
**跨系统和季节的牧草生产力**：通过干季与雨季样方收获及干物质测定，系统、季节及系统×季节交互均显著（系统F = 44.20，p < 0.001；季节F = 156.69，p < 0.001；交互F = 4.25，p = 0.015）。雨季平均2252 ± 144 kg ha
?1高于干季1385 ± 80 kg ha
?1；SPS-1和SPS-4最高（2246 ± 209和2111 ± 223 kg ha
?1），OF-10最低（1225 ± 107 kg ha
?1），SPS-7居中（1692 ± 168 kg ha
?1）。干季SPS-1为1715 ± 50、SPS-4为1560 ± 124、OF-10为985 ± 64 kg ha
?1；雨季分别为2778 ± 112、2662 ± 117和1465 ± 104 kg ha
?1。
讨论总结：3个SPS与OF-10在土壤理化性质、植被组成和牧草生产力上存在差异。SPS-1和SPS-4有机质较高、容重较低，SPS-7趋近开放放牧条件，显示响应并非随建立年限线性递进；这与各阶段管理历史有关：SPS-1早期有采伐残体、牧草建植和控制放牧，而SPS-7在7年持续放牧且无系统施肥下出现养分输出、践踏压实和冠层成熟，提示高安第斯林牧效益需周期性管理以防长期养分耗竭。SPS-1较高pH、钙和镁与基盐供应及保留*Alnus acuminata*深根提升和凋落物归还相关；SPS-1和SPS-4较高硝酸盐与*Alnus acuminata*—*Frankia*固氮及氮丰富凋落物矿化相关；锌、硼差异提示植被结构和凋落物积累影响养分再分配。OF-10草本牧草优势、异质性低、丰富度低，SPS含更多灌木乔木及Asteraceae、Fabaceae；丰富度虽高，Shannon和Simpson因栽培禾草优势（>70%覆盖）而保持相似。PERMANOVA和NMDS支持组成分化；采样协议差异可影响丰富度估计，SPS内部采样一致。生产力方面，半开放树冠缓冲夜间辐射霜和蒸发，使SPS-1和SPS-4在干季维持较高生长；OF-10暴露于霜冻和风，且10年连续无休牧放牧导致表土压实和Kikuyu草矮小。假设检验中，H1获部分支持，H2在丰富度和beta多样性上获支持但alpha均匀度稳定，H3完全支持。研究为单农场观察性时间序列，存在植被采样协议差异且无定量树冠测量，结论特定于该农场和管理条件；需重复放牧区、标准化植被评估和定量树冠表征研究以检验一致性。
研究结论（翻译）：农民管理林牧系统的土壤条件与建立年龄、管理历史和植被特征相关，但在保留树冠下未呈现一致的年代序列递进。这种变异性表明，在评估林牧系统建立阶段的土壤性质时，管理条件具有重要性。植被结构和植物区系组成为评估林牧系统提供互补维度。草本与木本植被共存有助于结构异质性，而物种丰富度与多样性指标之间的区分强化了在不同放牧配置下评估植物群落时考虑多属性的重要性。高安第斯林牧系统中的饲草生产力与放牧配置和季节生长条件相关。这些因素间的交互作用表明，季节生产力响应在不同放牧配置间存在差异，这是评估农民管理条件下饲草供应时的重要考虑。该研究有助于理解秘鲁高安第斯保留树冠下建立的林牧系统的生态与生产变异。考虑到观察性时间序列设计、植被采样协议差异以及缺乏定量树冠测量，研究结果特定于所评估农场及其管理条件。需要纳入重复放牧区、标准化植被评估和定量树木表征的研究，以评估这些关系在高安第斯放牧景观中的一致性。
