榴莲种植园管理实践的多样性对表土理化性质与生物功能的影响

《Pedobiologia》：Diversity of management practices in durian plantations affects topsoil properties and biological functioning

　　

土壤在维持农业系统的生产力、韧性和长期可持续性方面发挥着核心作用。不可持续的农业实践会损害由物理、化学和生物特性相互联系构成的土壤健康。在热带地区，土壤健康对管理实践尤为敏感。榴莲在东南亚具有重要的经济地位，近年来在出口需求的驱动下其种植规模迅速扩大。为了明确不同管理实践如何影响果园土壤健康，研究人员调查了管理实践的范围，并评估了其对土壤健康各个组成部分（包括理化性质、生物多样性以及土壤生物功能）的影响。研究基于问卷调查，通过主成分分析（PCA）和层次聚类将榴莲果园分为三类不同的管理实践聚类。研究结果表明，施肥和水分管理对土壤健康有重要影响。具体而言，使用运河水灌溉（C2）会降低土壤中的磷（P）、钾（K）、钙等营养元素含量并增加土壤盐度；而施用有机肥料配合自来水灌溉（C1）则对土壤P、K含量有积极影响，并显著提升了土壤的生物活性与功能。相反，大量施用矿物肥料（C3）对土壤生物群落的扰动有限。综合分析指出，施肥提升了土壤P、K、Ca水平，有机物料投入配合自来水频率改善了土壤生物学组分。研究结论强调，评估土壤健康不仅需要测量土壤理化性质，还需要结合土壤功能的测量，因为土壤功能指标对管理实践的响应往往比群落级生物多样性指标更为敏感。为了推广可持续的榴莲生产，应鼓励投入高质量的有机物料并合理管理水分，同时尽可能限制盐碱水的长期使用以避免土壤养分的慢性匮乏。

在全球农业生态系统中，土壤不仅作为植物生长的物理介质，更是驱动碳循环、养分转化及病虫害调控等基础生态过程的关键枢纽。土壤健康由其物理、化学和生物特性的相互交织共同决定。在热带农业区如泰国，由于长期采用集约化生产模式，过度依赖化学投入品和频繁灌溉往往破坏了土壤生态系统的天然平衡，引发土壤肥力下降和生物多样性丧失。榴莲作为东南亚极具经济与文化价值的水果，近年来在强烈出口需求的刺激下种植面积急剧扩张。为了追求产量最大化，果园管理逐渐趋于集约化，特别是肥料和农药的频繁施用，引发了区域土壤健康退化层面的严重隐忧。泰国暖武里府作为榴兰种植的传统发源地之一，其特有的高畦深沟种植模式虽能在雨季防洪、旱季保湿，但随着快速城市化进程，种植园同样面临着土壤生物功能受损的潜在威胁。迄今仍缺乏关于不同种植园管理实践如何具体影响果园土壤健康状况的系统性研究。为此，研究人员开展了本项研究，旨在刻画暖武里府地区榴莲种植户所采用的管理实践的多样性，并全面评估这些管理措施对土壤理化特性、生物多样性及生物功能的影响。该研究的结论将有助于揭示农业管理塑造土壤生态系统的内在机理，为热带地区实现可持续的榴兰生产提供科学指导，该研究成果已发表于《Pedobiologia》。

在该研究中，研究人员选用了暖武里府五个地区的种植园作为样本队列来源。通过对32位榴莲种植户展开详细的问卷调查及实地走访，收集了涵盖灌溉、施肥及除草防病害等各环节的六项管理指标参数。利用R语言软件对收集到的数据集执行了主成分分析（PCA）以进行降维处理，并结合层次聚类方法将果园管理措施科学划分为三种典型模式。随后，在各个聚类中分别选取5个最具代表性的地块作为真实实验重复组进行土壤核心采样。研究人员采用了环刀法与重量法评估土壤物理性状；在化学性质评估方面，测定了pH值及交换性盐基离子等大量参数；在土壤生物评价方面，采用改良的热带土壤生物学方法量化了大型动物多样性，并应用了Bait Lamina法和MicroResp?技术分别测定了土壤无脊椎动物活性与微生物群落生理代谢功能图谱。

榴莲果园的管理实践差异极大。研究分析表明，农户往往会采取多维度的组合策略而非依据单一的集约化梯度施加管理。通过聚类，种植园被划分为三种模式：聚类1（Cluster 1）的特征是大量施加有机肥料并配合高频次的自来水灌溉；聚类2（Cluster 2）主要表现为极其频繁地利用运河水进行灌溉，但养分投入水平偏低；聚类3（Cluster 3）则高度依赖高量的矿物肥料，而运河水和自来水的使用均处于中等水平。

研究发现不同的管理模式对土壤理化性质具有显著且特定的影响。所有样地的容重及湿度等基础物理特性并未发生显著改变，pH值及电导率（EC）在部分处理之间也无显著差异。然而，土壤有效磷和交换性钙对管理响应极为剧烈。聚类1与聚类3样地中的有效磷及交换性钙含量均显著高于聚类2样地。这一结果表明，施肥干预，尤其是高有机质输入，能够正向提升土壤中的磷和钙等关键养分库容量，而依赖运河水且缺乏肥料补充的种植模式会导致土壤养分的严重匮乏与流失。

在大型土壤动物群落方面，并未发现各聚类之间存在显著差异。基于非度量多维尺度（NMDS）的排序结果展现出显著的集群重叠，且密度、丰富度及均匀度等群落特征数据在不同管理实践下保持了相对均一的态势。但研究也观察到，在施加了大剂量有机物料的聚类1样地中，蚯蚓的个体数量和生物量相较于其他样地呈现出一定的上升趋势。这归因于有机物料为底栖生物提供了丰富的额外食物源，从而在一定程度上促进了特定类群的适度繁衍。

尽管大型动物群落的变化不明显，但土壤生物活性与代谢功能却对管理措施表现出了极其敏锐的响应。利用Bait Lamina法评估发现，在0–1.5 cm的表层土壤中各处理间降解活性无显著差异；但在2 cm及更深层的土壤剖面上，采用高有机投入搭配自来水管理的聚类1样地展现出了显著高于聚类2与聚类3的基质降解率。同时，对微生物群落级生理图谱的测定表明，聚类3中的微生物群落分布更为紧凑，与聚类2出现分离趋势。纤维素及氨基葡萄糖等碳源降解途径主导了第一主成分轴的变异，表明管理实践深刻塑造了微生物对有机质的降解周转路径及氮相关的代谢机制。

研究讨论部分深入总结了以上发现的综合意义。研究证实了榴莲果园管理策略的异质性与复杂性是无法用单一维度进行简单评判的。使用大量运河水的管理策略长期面临盐度上升和钠离子累积的风险，极易造成养分失衡及植物必需元素匮乏；而有机肥与自来水管理复合策略因能保障低盐度水分供给及提供稳定外源碳，对提升整体土壤生物功能展现了积极效果。从理论观点出发，本研究证明了仅仅依赖传统的理化和生物多样性指标难以全面侦测土壤质量的微小演变，尤其是黏粒含量高且具备高缓冲性能的肥沃冲积土环境。相比于群落结构指标，土壤功能测试方法由于整合了理化与生物学域的复杂互作效应，故而对管理变化能够做出较早期且更灵敏的响应。最后，研究人员提出结论：本研究强调了施肥与水分管理对土壤健康的决定作用，证明了有机施肥与自来水管理的正效益。未来应进一步将土壤健康综合评估体系与果园产量及果实品质监测相对接，以探明农业管理、土壤生态与农艺性状之间的反馈网络，共同助力榴莲种植的可持续性发展。