草地土壤多功能性:机遇与挑战

《Agronomy》:Multifunctionality of Grassland Soils: Opportunities and Challenges

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月07日 来源:Agronomy 4.1

编辑推荐:

  草地是全球分布广泛且受人为压力显著的自然生物群系,其土壤在成土过程中因禾草残体高质量有机质积累而具备培育黑钙土(Chernozems)等高产土壤的潜力。除生产功能外,草地土壤还提供调节、支持与文化类生态系统服务,包括作为碳汇(carbon sink)、参与水分

  
草地是全球分布广泛且受人为压力显著的自然生物群系,其土壤在成土过程中因禾草残体高质量有机质积累而具备培育黑钙土(Chernozems)等高产土壤的潜力。除生产功能外,草地土壤还提供调节、支持与文化类生态系统服务,包括作为碳汇(carbon sink)、参与水分滞留与调节、维持生物地球化学循环及支撑生物多样性。然而,受全球环境变化驱动,草地退化正广泛加速,且该生物群系的保护比例低于其他生物群系。研究人员通过本期《Agronomy》特刊汇集12篇原创研究,将其归纳为五类:草地土壤属性变异性、养分形态与根系有效性、碳与养分管理、对环境与气候胁迫的缓冲作用,以及微生物在土壤过程中的前瞻角色。特刊结果显示,冲积平原草地具更高生物参数与碳氮储量;无机氮形态调控禾草氮吸收与根构型;植物多样性对交换性钾(K)影响微弱但禾草为主混播维持较高土壤钾;凋落物添加对有机碳组分的影响受退化程度约束;半粗放与粗放草地氮(N)更稳、磷(P)为限制因子、有机肥无机肥交替可平衡养分收支;热浪(heat waves, HWs)对呼吸组分影响具春抑夏促效应且与刈割交互;城郊草地具高有机质与气候调节韧性;灌木栽植下草本演替改善细菌群落结构(pH与有机质为关键驱动);高山草地木质素(lignin)相对丰度在培养中下降并与磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid)生物标记显著相关。研究人员指出,健康土壤作为不可再生资源,其多功能性在科研与政策中仍被低估,需跨学科证据支撑可持续管理。
研究背景方面,草地覆盖全球约32亿公顷,分布于各大陆(除南极),涵盖温带草原、热带稀树草原等类型,其土壤因禾草残体富集结构性与非结构性碳水化合物而形成高质量有机质,支撑黑钙土等高产土类。目前该生物群系面临集约化农作替代、森林转草地等土地利用变化,导致土壤属性改变并削弱生态系统功能;同时全球环境变化加速草地退化,而保护覆盖率偏低。鉴于草地土壤兼具生产与调节、支持、文化等多重生态系统服务(如碳固存、水调节、生物地球化学循环维持及生物多样性承载),但多功能性在研究与政策中认知不足,研究人员在《Agronomy》组织特刊,整合12篇实证论文,系统梳理属性变异、养分过程、碳管理、气候缓冲与微生物机制,以期为可持续管理提供证据。
关键技术方法上,研究人员综合运用了区域土壤属性对比(中斯洛伐克冲积平原与坡地草地)、盆栽控肥试验(松嫩草地高羊茅属施铵态氮、硝态氮及混合氮)、野外增氮与性状观测(8种多年生禾草叶根性状)、长期培养 incubation 实验(羊草凋落物于0、23、60、240天)、草甸类型养分平衡核算(集约、半粗放、粗放)、喀斯特草地施肥与粪肥处理、波兰田间轮施矿质NPK与厩肥(farmyard manure, FYM)、春夏季热浪模拟结合刈割拆分自养与异养呼吸、城郊绿地剖面分析、沙地灌木林下草本演替序列采样、以及青藏高原北部高山草地210天培养联合磷脂脂肪酸(PLFA)标记与木质素组分定量。样本队列涉及欧亚草原、松嫩平原、喀斯特区、波兹南试验站、萨格勒布城郊、科尔沁沙地及藏北高原。
研究结果部分,按特刊分类逐一浓缩。2.1 草地土壤属性变异性:Kanianska与Kizeková对比中斯洛伐克可耕地、林地与草地,发现冲积平原草地蚯蚓数量、生物量、多样性最高,且水滞留及碳氮储量优于坡地草地。2.2 养分形态、根系与有效性:Wei等通过盆施铵、硝、混合氮表明无机氮形态降低土壤pH、提升电导与无机氮库,并显著促进高羊茅根系形态构建,证实氮形态为土壤—植物氮耦合关键调节器;Yang等田间增氮显示叶氮含量、同化速率、比根长上升而根组织密度下降,地上地下资源获取策略解耦;Ore?kovi?等在Cambisols与Luvisols上以单纯形设计33个混播群落发现植物多样性对钾影响略负,禾草主导混播维持较高土壤K,且CaCl2与NH4OAc提取法指示各异。2.3 碳与养分管理:Wei等240天培养显示退化抑制颗粒有机碳(particulate organic carbon, POC)与矿物结合有机碳(mineral-associated organic carbon, MAOC),凋落物添加在重度退化下直接促MAOC形成且效应受退化度约束;Jarne等三类草甸平衡核算指出半粗放与粗放草甸氮稳、粗放碳积累稳、钾随温响、磷受限;Pan等喀斯特试验证施肥配粪肥最优提升磷生物有效性;Paszkiewicz-Jasińska等波兰田间表明NPK与FYM交替施用养分收支最平衡,单独施入易致盈余或钾亏。2.4 气候与环境缓冲:Shao等春夏季热浪模拟结合刈割显示春热浪抑土壤呼吸(Rs)及自养(Ra)、异养(Rh)组分,夏热浪促之,刈割降低抗扰力;Bogunovic等萨格勒布城郊草地具高活性碳与低容重,覆盖植被与少扰动覆盖提升气候韧性。2.5 微生物前瞻角色:Chen等在科尔沁沙地锦鸡儿(Caragana microphylla)固沙林下演替序列发现植物丰富度与生物量递增,土壤细菌群落受pH与有机质驱动;Yangzom等藏北高山草地210天培养示木质素相对丰度下降,其与细菌、真菌、革兰氏正负菌PLFA标记显著相关,指向前景升温下有机质降解动态。
讨论与结论翻译部分,研究人员强调健康土壤作为不可再生资源,是维持草地生态系统服务与农业景观韧性的基础。本特刊证实草地土壤支撑生态、环境、社会经济多重功能,但在科研与政策中认知仍不足;所集论文凸显跨学科研究对理解多功能性与制定循证管理策略之必要。研究人员期望该特刊激发后续研究、强化科学家与从业者协作,并将土壤多功能性整合进可持续草地管理与政策设计之中。
相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 搜索
  • 国际
  • 国内
  • 人物
  • 产业
  • 热点
  • 科普

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号