埃塞俄比亚中部不同坡位家庭园农林复合系统与小麦单作的土壤属性差异

《Scientific Reports》：Soil property variations related to homegarden agroforestry and wheat monocropping across slope positions in central Ethiopia

　　

摘要

农林复合系统作为恢复小农户系统土壤肥力的一种策略，正受到广泛推广；然而，该系统改变由地形驱动的土壤变异性方面的能力仍缺乏充分了解。在坡度较大的景观中，土壤特性主要受侵蚀—沉积过程塑造，但农林复合系统究竟是主动减缓这些梯度，还是仅仅受益于坡下部位置的养分积累，尚不明确。本研究通过考察埃塞俄比亚中部高原地区土地利用方式与坡位在土壤理化性质上的交互效应，填补了这一认知空白。采用分层设计，在家庭园地农林复合系统（HG）和小麦单作（WC）条件下，分别于上坡、中坡和下坡位置采集0–30 cm土样。结果表明，土地利用和坡位均显著影响土壤性质（p < 0.05），但两者系统间坡位相关梯度的幅度和一致性存在显著差异。小麦单作表现出强烈的空间分异特征，上坡位置养分明显流失且容重增加，下坡位置则出现养分积累，表明该系统以侵蚀驱动的物质再分配为主导。相比之下，农林复合系统维持了显著更高的土壤有机碳含量、阳离子交换容量和养分有效性，同时在坡位连续序列上表现出较低的变异性。这些发现表明，农林复合系统不仅提升土壤肥力，还通过持续的有机质输入、改善土壤结构以及生物介导的养分循环来缓冲坡度引起的土壤异质性。通过部分解耦土壤质量与地形约束之间的关系，家庭园地农林复合系统在异质性景观中维持了更为均衡的土壤条件。本研究通过揭示农林复合系统作为一种景观尺度上的土壤过程调节机制，而非仅仅是一种地块尺度的土壤改良措施，推进了当前认知。因此，有针对性地在易受侵蚀的上坡和中坡区域推广农林复合系统，为减少土壤退化、提升埃塞俄比亚高原地区的农业长期可持续性提供了战略途径。