土地利用对伊朗西北部生态系统中土壤生物参数的影响

《Scientific Reports》：Effects of land use on soil biological parameters across ecosystems in northwestern Iran

　　

摘要

土地利用变化已成为伊朗西北部面临的主要环境挑战，其中包括阿爾達比爾省的納明地區。在过去的几十年里，农业扩张加速了该地区森林和草地的退化。本研究旨在比较四种代表性土地利用类型（森林、草地、灌木丛和雨养农业）之间的土壤生物特性，并确定伊朗阿爾達比爾省納明地區最具信息量的土壤质量指标。2023年7月，共采集了36个土壤样本（每种土地利用类型9个），并对这些样本进行了有机碳、pH值、电导率（EC）、土壤质地、碳酸钙当量（CCE）、基础呼吸作用（BR）、基质诱导呼吸作用（SIR）、微生物生物量碳（MBC）、微生物生物量氮（MBN）、微生物商数（q_mic）和代谢商数（qCO₂）等指标的分析。统计分析方法包括方差分析（ANOVA）、Tukey显著差异检验（HSD）、因子分析（FA）、主成分分析（PCA）和排列多元方差分析（PERMANOVA）。结果表明，森林土壤的基础呼吸作用（BR）、基质诱导呼吸作用（SIR）、微生物生物量碳（MBC）和微生物生物量氮（MBN）显著高于其他土地利用类型。主成分分析共提出了三个主成分，这些成分解释了约78%的总变异，表明土壤质量受生物、化学和物理过程相互作用的影响。在12个土壤性质组成的全部数据集（TDS）中，主成分分析筛选出了四个非冗余指标：土壤pH值、电导率（EC）、粉砂含量和基础呼吸作用（BR）。这些指标涵盖了土壤质量的关键化学、物理和生物学方面，共同解释了超过61%的总变异。土壤质量指数的比较显示，代表性森林样地的IQI_TDS值最高（0.792），而灌木丛样地的IQI_TDS值最低（0.262）。在基于四个指标的主成分数据集（MDS）中，雨养农业和森林样地的IQI_MDS值最高（分别为0.690和0.671），灌木丛和草地样地的IQI_MDS值较低（分别为0.412和0.479）。尽管如此，两个指数均一致认为灌木丛样地的土壤质量最差。总体而言，研究结果表明不同土地利用类型的土壤生物功能和整体质量存在差异。此外，所提出的基于四个指标的主成分数据集（MDS）在保留了大量原始数据信息的同时，所需的指标数量较少，这表明它可作为半干旱土地利用系统中的土壤质量评估和长期生态监测的实用且经济高效的工具。