大西洋森林生物群落土壤属性的综合方法：巴西里约热内卢州沿海地区农林复合系统与次生林之间的比较研究

《Agroforestry Systems》：Integrated approach to soil attributes in the Atlantic Forest biome: a comparative study between an agroforestry system and secondary forest in a coastal area of Rio de Janeiro State, Brazil

　　

农业扩张与不良土壤管理相结合，可能导致土壤退化、侵蚀和养分耗竭。农林复合系统（AFS）是可持续的替代方案，能够促进土壤健康、保护生物多样性并提高生产弹性。本研究旨在评估位于大西洋森林生物群落中巴西里约热内卢Paraty地区AFS和森林（FOR）下土壤的物理、化学和生物属性。在每个区域，研究人员开挖小型探坑，在0–10 cm深度采集五个混合样本，每个区域设置四个重复，用于化学、物理和生物分析。研究人员观察到AFS和FOR系统之间存在生态相似性。尽管AFS与肥力相关属性相关联，而FOR与有机质含量相关联，但生物组分呈现可比模式。大型土壤动物组成、β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase）活性、丛枝菌根真菌（AMF）丰度以及与球囊霉素相关土壤蛋白（glomalin-related soil protein）在两个系统间未显著差异。仅芳基硫酸酯酶（arylsulfatase）水平在AFS组中升高。AFS维持了土壤生物完整性，真菌和细菌群落的结构和多样性与FOR中观察到的相似。真菌纲Eurotiomycetes因在AFS中丰度更高而突出，同时科和属Melanommataceae、Hygrophoraceae、Memnoniella、Hygrocybe、Myxarium和Byssosphaeria也在该系统中富集。在细菌群落中，纲Acidobacteriae在FOR中更丰富，反映了土壤pH对细菌组成的影响。总体而言，所评估的AFS通过维持与森林区域相当的土壤和生物属性，同时增强土壤肥力，展示了作为生态集约化和环境保护策略的潜力。

**论文解读文章**

**研究背景**
土壤健康是维持生态系统服务（如粮食安全、气候调节和生物多样性支持）的基础，但全球至少33%的农业用地因不良管理和过度开发而出现中度或重度退化，特别是在热带地区，如大西洋森林生物群落（Atlantic Forest biome）。该生物群落是全球生物多样性热点之一，目前仅保留约23–28%的原生植被，主要受农业扩张和森林砍伐的压力。农林复合系统（AFS）作为一种可持续的土地利用方式，通过树木、农作物和/或动物的生态相互作用，能够优化自然资源利用、改善土壤结构、促进碳封存和微生物多样性。然而，在巴西大西洋森林区域，关于AFS与次生林（FOR）在土壤物理、化学和生物属性上的比较研究仍较匮乏，这限制了对其作为可持续土壤管理策略潜力的理解。因此，本研究旨在通过对比评估巴西里约热内卢州Paraty地区一个AFS（约20年历史）与一个FOR的土壤属性，填补这一研究空白。论文发表在《Agroforestry Systems》。

**主要技术方法**
研究人员在巴西里约热内卢州Paraty的Paraty-Mirim区选取了两个地块：一个AFS（2005年建立，包含多种果树、肥料植物、木材和短周期作物）和一个FOR（次生林）。在每个地块，沿锯齿形样线设置5个采样点，从0–10 cm深度采集5个子样本混合为复合样本，每个地块重复4次。关键技术方法包括：物理分析（土壤容重[BD]、粒度组成、团聚体稳定性[平均重量直径MWD]）、化学分析（pH、交换性阳离子、有效磷、总有机碳[TOC]、颗粒有机碳[POC]、矿物结合有机碳[MAOC]、游离轻组分[FLF]、团聚体内轻组分[ILF]、总氮、碳储量[SCS]，采用等效质量法计算）、生物分析（大型土壤动物采用TSBF法采样并鉴定，酶活性测定β-葡萄糖苷酶和芳基硫酸酯酶，AMF孢子计数，易提取球囊霉素相关土壤蛋白[EE-GRSP]提取，以及真菌ITS2区域和细菌16S rRNA基因V3-V4区域的扩增子测序[Illumina NovaSeq平台]）。

**研究结果**
**4.1 物理和化学属性**
物理分析显示，AFS和FOR的粒度组成无显著差异（砂、粉、黏粒含量范围相似）。化学属性方面，TOC、POC、FLF、ILF和SCS在两区域间无差异，但MAOC在FOR中显著更高（55.3 g kg^?1 vs. 31.2 g kg^?1，增加约77%）。主成分分析（PCA）表明，AFS与土壤肥力属性（Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺、pH、盐基饱和度[V]）相关，而FOR与有机质相关属性（Al³⁺、潜在酸度[H+Al]、MAOC、TOC、N、粉粒和黏粒含量、MWD、ILF、FLF）相关。

**4.2 生物属性**
大型土壤动物密度在AFS（886个个体 m^?2）和FOR（832个个体 m^?2）间相似，AFS中观察到17个分类群，FOR中13个；香农多样性指数（AFS: 3.08, FOR: 2.84）和皮洛均匀度指数（AFS: 0.75, FOR: 0.77）差异小。AFS中蚁科（Formicidae）、寡毛纲（Oligochaeta）、等翅目（Isoptera）等频率较高，FOR中等翅目、等足目（Isopoda）、寡毛纲和蚁科占优势。酶活性分析显示，仅芳基硫酸酯酶在AFS中显著更高（66.2 vs. 55.0 μg p-nitrophenol g^?1 h^?1），而β-葡萄糖苷酶、AMF孢子数和EE-GRSP在两区域间无差异。真菌群落α多样性（丰富度、香农指数、Gini-Simpson指数）和β多样性（基于Bray-Curtis的PCoA，PERMANOVA p=0.200）均无显著差异；差异丰度分析显示，纲Eurotiomycetes在AFS中更丰富，科Melanommataceae（属Byssosphaeria）和Hygrophoraceae（属Hygrocybe）以及属Memnoniella和Myxarium在AFS中富集，而科Agaricaceae和Hypocreaceae在FOR中更丰富。细菌群落α多样性无差异，β多样性PCoA显示部分分离但PERMANOVA不显著（p=0.100）；差异丰度分析显示，纲Acidobacteriae和目Acidobacteriales在FOR中更丰富。

**总结与结论**
讨论部分指出，AFS与FOR在粒度组成上的相似性为比较提供了基础。MAOC在FOR中更高，表明AFS可能尚未达到矿物碳饱和或管理限制了稳定碳的积累，但POC、FLF和ILF的相似性表明AFS维持了活性有机质库。AFS与肥力属性的关联归因于持续生物量投入促进养分循环，而FOR与有机质和酸性环境的关联反映了自然演替特征。大型土壤动物群落相似性表明AFS提供了适宜生境；酶活性（除芳基硫酸酯酶外）和AMF的相似性进一步支持了AFS的生物完整性。真菌群落差异（如Eurotiomycetes在AFS中富集）可能与管理导致的有机残体输入有关，而细菌群落中Acidobacteriae在FOR中的优势则归因于较低pH（4.6 vs. 5.3）。总体而言，AFS在物理、化学、生物和微生物属性上与FOR呈现相似模式，证明其经过近20年发展后能够维持土壤生态功能，同时提高肥力。

**结论部分翻译**：作为Paraty地区的一种管理替代方案，该农林复合系统（AFS）在物理完整性上类似于森林（FOR）区域的条件，同时有助于提高土壤肥力。该系统维持了与森林相当的生物复杂性。在此背景下，所评估的农林复合系统代表了一种可持续的土地利用替代方案，能够保护生物多样性，同时协调农业生产与自然资源的保护。