土地利用强度的增加改变了山区农村景观中的植物多样性和土壤养分动态

《Agricultural Systems》：Land-use intensification reshapes plant diversity and soil nutrient dynamics across mountainous rural landscapes

　　

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  人类改造的栖息地比自然栖息地支持更高的植物多样性。
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  气候和村庄类型主要决定了植物多样性的模式。
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  土壤中的磷含量反映了土地利用强度，而不是生物多样性。
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  土地利用强度的增加削弱了土壤养分与植物多样性之间的关联性。

引言

土地利用强度的增加是农业生态系统中生态变化的主要驱动因素，它正在重塑全球范围内的生物多样性模式、土壤养分循环和生态系统功能（Gossner等人，2016年；Liu等人，2022年；Wang等人，2023年）。在山区，由于环境梯度陡峭且生态系统本身对干扰非常敏感，与农业现代化和农村发展相关的土地利用强度增加可能会产生不成比例的生态影响（Zhang等人，2023年）。因此，了解土地利用强度增加如何影响生物多样性-土壤相互作用对于推进可持续的农业生态系统管理至关重要（Akimowicz等人，2023年；Mo，2023年）。

农业生态系统中的植物群落结构受到气候条件、土壤资源可用性以及人为干预（如施肥、耕作和物种引入）的共同影响（Ortega和Elena-Roselló，2004年；Marini等人，2009年；Jin等人，2025年）。土壤养分，特别是碳、氮和磷，在调节植物生长、竞争和共存方面起着核心作用，从而将地下过程与地上生物多样性联系起来（Demay等人，2023年；Zhang等人，2023年）。然而，在集约管理的系统中，养分富集可能会同时提高生产力并产生环境外部性，包括养分失衡、淋溶损失和生物同质化（Gossner等人，2016年；Li等人，2017年；Pratzer等人，2023年）。

在许多陆地生态系统中，磷尤为重要，因为它常常限制植物的生产力（Marc，2021年）。通过施肥和有机投入增加磷的可用性可以改变植物群落组成和竞争动态（Jahan等人，2025年；Yang和Du，2025年）。然而，磷的过度积累会降低养分利用效率，并导致非点源污染，尤其是在地形复杂的景观中（Cotrufo等人，2022年；An等人，2023年）。因此，磷管理是平衡农业生产与环境可持续性的关键点（Demay等人，2023年；Chen等人，2025年）。

尽管人们对农业生态系统中的养分循环越来越关注，但仍存在一些研究空白。首先，大多数研究集中在农田或城市生态系统中，而农村居住区景观（农业生产、居民管理和生态过程相互交织的地方）仍未被充分探索（Chang等人，2021年；Su等人，2024年）。其次，很少有研究同时考察多个空间尺度上村庄发展模式、土壤养分动态和植物多样性之间的关系（Akimowicz等人，2023年）。农村居住区通常代表复杂的社会生态系统，在这些系统中，多样的土地利用实践、景观策略和管理强度共存。这些异质条件可能导致不同的生物多样性响应（Hu和Guo，2012年；Alkharabsheh等人，2021年；Zhou等人，2023年）。第三，土壤养分变化在多大程度上调节了对农村发展的生物多样性响应仍不明确，特别是在不同的区域生态功能分区框架下（Li等人，2023年；Brinegar和Gagné，2025年）。解决这些空白需要一个具有人口发展模式强烈差异、土地利用强度对比以及多样生态功能区的地区。

中国西南部的山区为探讨这些问题提供了理想的背景。在“美丽乡村”等政策下，快速的农村转型产生了多种发展模式，包括以美学为导向的村庄、农业产业村庄和保护导向的村庄（Zhaxi，2025年）。这些不同的发展路径造成了土地利用强度和养分投入的显著差异，为研究农业生态系统过程如何应对人类干预提供了机会。

在这项研究中，我们调查了不同农村发展模式对中国重庆山区农业生态系统中的植物多样性和土壤物理化学性质的影响。具体来说，我们的目标包括：（1）量化人类改造的栖息地与相邻自然栖息地之间的植物多样性和土壤性质的差异；（2）确定土地利用强度增加如何改变不同村庄发展模式下的植物群落组成和土壤养分动态；（3）使用结构方程模型（SEM）来分离气候条件、村庄类型和土壤性质对植物多样性的相对直接和间接影响。我们假设集约的人类管理会通过增加气候和人为因素的影响，削弱植物多样性对土壤养分可用性的直接依赖性。通过测试这一假设，我们的研究为理解土地利用强度增加如何重塑山区农业生态系统中的植物群落组装提供了新的见解，并为可持续的农村土地管理提供了参考。

章节片段

研究区域和野外采样概述

根据社会和经济发展差异，重庆的38个区县被划分为四个功能区：城市核心功能区、城市发展新区、生态保护区和生态保护开发区（Qu和Zhang，2025年）。此外，村庄根据农村振兴策略被分为三种类型：以美学为导向的村庄、农业产业村庄和传统村庄。

人类土地利用强度结构影响了农村植物物种组成

在所有采样点共记录了302种植物，属于249个属和90个科，其中包括43种作物、91种观赏植物、18种入侵外来物种和150种本地物种。在科的水平上，菊科（Asteraceae）是优势科，占植物总数的13.91%（42种），其次是蔷薇科（Rosaceae，6.62%）、豆科（Fabaceae，5.96%）、唇形科（Lamiaceae，3.64%）和苋菜科（Amaranthaceae，3.31%）。

在不同类型的村庄中，以美学为导向的村庄

人为驱动因素主导了农村农业生态系统中的植物多样性模式

与相邻自然栖息地相比，人类改造环境中观察到的植物α多样性始终更高，这一现象得到了我们的定量证据的强烈支持，这与城市公园中的模式一致（Chang等人，2021年）。香农-维纳多样性指数（Shannon–Wiener diversity）、辛普森指数（Simpson index）和物种丰富度在村庄站点中显著升高（p < 0.05或0.01），同时土壤总磷（TP）、有效磷（AP）和养分化学计量比也发生了显著变化。

结论

这项研究表明，山区农业生态系统中的土地利用强度增加提高了植物α多样性，并伴随着土壤养分制度的显著变化，人为引入的植物和常规管理共同促进了人类改造栖息地内的多样性。我们的结构方程模型（SEM）揭示了磷储量对植物多样性没有直接的、统计学上显著的影响，而土壤中磷的富集则通过间接方式影响植物群落的组成。

作者贡献声明

Xue Rao：撰写——初稿，概念制定。Xiaowei Xu：撰写——初稿，方法论。Xin Zhang：验证，调查。Ying Shao：撰写——审阅与编辑，监督。Martina Ro?-Nickoll：撰写——审阅与编辑，监督。Mou Leong Tan：验证，方法论。Zhongli Chen：撰写——初稿，监督，方法论，调查。

资金支持

本工作得到了中国国家自然科学基金（项目编号：42207022）和中央高校基本研究经费（项目编号：2024CDJYDYL012）的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

Xue Rao|Xiaowei Xu|Xin Zhang|Ying Shao|Martina Ro?-Nickoll|Mou Leong Tan|Zhongli Chen