《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Green manure mulching restores soil ecosystem multifunctionality degraded by long-term fertilizer reduction through enhanced soil quality and alleviated microbial metabolic limitations
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•在化肥减量条件下，绿肥覆盖使土壤质量恢复了37.75%–71.74%。•机器学习识别出硝化氮（AN）和微生物生物量碳（MBC）是果园覆盖条件下生态系统多功能性（EMF）的关键调节因子。•覆盖处理使各土层土壤退化强度降低了41.89%–85.03%。•绿肥处理使生态系统多功能
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在化肥减量条件下，绿肥覆盖使土壤质量恢复了37.75%–71.74%。
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机器学习识别出硝化氮（AN）和微生物生物量碳（MBC）是果园覆盖条件下生态系统多功能性（EMF）的关键调节因子。
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覆盖处理使各土层土壤退化强度降低了41.89%–85.03%。
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绿肥处理使生态系统多功能性提高了103.82%–189.94%。
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五年化肥减量研究表明，速效钾（AK）是EMF的主要驱动因子。
引言
集约化果园管理高度依赖化肥投入以最大化果实产量，但过量施肥会恶化土壤性质、降低微生物生物多样性，最终损害土壤健康和生态系统多功能性（Gupta等，2022）。维持土壤健康是确保果园生态系统持续生产力和生态稳定性的根本基础。绿肥的施用可通过多种内在机制增强土壤健康，包括改善养分循环、土壤结构和生物特性（Zhou等，2020a）。然而，绿肥的效果往往受田间管理实践的影响，特别是施肥策略，因为覆盖作物与果树之间的养分竞争会导致不同农业系统中采用成功率出现显著差异（Yang等，2019a）。从果园管理的角度来看，将绿肥与化肥减量策略相结合对于可持续土壤管理、养分优化和长期生产力维持至关重要。常见的绿肥管理方法包括地表覆盖、翻压还田或间作系统。方法的选择取决于作物类型、土壤条件、气候、运营成本及养分管理目标等因素。在集约化果园中，地表覆盖因能保墒、抑草，并通过分解过程缓慢释放养分而越来越受青睐。化肥减量通过降低投入成本、减少与养分径流和土壤酸化相关的环境风险而带来即时效益。然而，它也存在显著挑战，包括潜在的养分缺乏、土壤肥力下降以及生态系统功能随时间推移而受损。长期化肥减量可能导致土壤质量退化、改变微生物群落并削弱生态系统多功能性，这在集约化生产系统中尤为突出。相比之下，绿肥覆盖能保留有机质、减少养分流失，并通过支持多样化的微生物群落和增强生物地球化学循环来促进长期土壤健康（Jakhro等，2025）。绿肥覆盖通常被视为化肥减量策略的优选补充措施。这一做法能加速有机质分解、改善养分有效性、维持土壤生物活性，同时减少对外部投入的依赖。
土壤质量指数（SQI）是确保土壤生态安全和可持续资源利用的关键指标，它将物理、化学和生物性质整合到综合评估框架中（Bünemann等，2018）。酶化学计量学理论通过分析针对碳、氮和磷获取的胞外酶之间的平衡，为理解微生物代谢约束提供了机制性见解。β-葡萄糖苷酶（BG）、1,4-β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）+亮氨酸氨基肽酶（LAP）和碱性磷酸酶（AKP）的对数比值在全球范围内近似1:1:1的化学计量比，偏离该比值表明微生物群落中存在特定的养分限制（Sinsabaugh等，2009）。酶向量分析进一步能够精确评估微生物资源需求的暂时性变化，反映微生物群落的相对获取策略。相对碳限制和氮/磷限制分别以向量长度和向量角度来表示。土壤生态系统多功能性（EMF）涵盖生态系统同时维持多种生物、地球化学和物理过程的能力，为土壤健康和生态系统功能提供了综合衡量指标（Sanderson等，2004）。它特别关注与土壤碳、氮和磷循环相关的功能，包括酶活性及相关生物地球化学过程。然而，在化肥减量条件下，绿肥的有机质分解和养分释放是一个复杂且研究不足的的过程。目前关于绿肥覆盖的研究主要集中在碳固持和氮循环方面，其土壤质量、微生物代谢和生态系统多功能性的调控效应仍缺乏系统研究。此外，在绿肥覆盖与化肥减量联合策略下，土壤质量、微生物代谢限制与生态系统多功能性之间的相互关系尚不明确。
与已有研究不同，集约化果园系统中的研究主要考察绿肥对土壤物理和化学性质的影响，而对土壤相关微生物和生态系统功能的关注有限。为弥补这一知识空白，我们在一个树龄33年的苹果园中开展了一项田间研究，该果园实施了五年化肥减量，以比较不同绿肥覆盖处理对土壤质量、微生物代谢和生态系统多功能性的影响。通过综合土壤分析和酶学测定，我们评估了表层土和心土层中的土壤响应。我们假设：(i) 与单纯化肥减量相比，绿肥覆盖在表层土和心土层均能增强土壤质量指数；(ii) 覆盖处理能恢复土壤生态系统多功能性；(iii) 在绿肥处理制度下，土壤质量改善与微生物代谢限制的缓解与生态系统多功能性的增强呈正相关。
章节摘要
试验地概况
田间试验在中国陕西省渭南市白水县杜康镇贺家卓村（35°21′N，109°52′E）进行，位于黄土高原渭北旱作区（图1）。研究区域属暖温带大陆性季风气候，年平均气温为11.4℃，年平均降水量为577.8 mm，主要集中在6月至9月。各试验地块的土壤类型为壤土，质地良好
化肥减量与绿肥覆盖对土壤养分及质量指数的影响
土壤养分数据分析表明，在五年化肥减量条件下，生物化学参数表现出显著的时间变异（p < 0.05；图2a-b及S3）。与Y1相比，Y2时表层土中NO3--N增加了71.07%，心土增加了30.28%；而Y3-Y5期间表层土下降了12.76%–81.70%，心土下降了30.12%–87.88%。在表层土中，Y3-Y5期间AK较Y1下降了18.96%–32.94%，Y5时MBC较Y1下降了26.52%（p < 0.05）。在心土中，AP和AK
长期化肥减量与绿肥覆盖对土壤养分及SQI的影响
五年化肥减量制度使两个土层的土壤养分和微生物生物量系统性下降，同时土壤pH升高（图2a-b及S3），显示出逐步加剧的养分耗竭。这一模式反映了长期养分投入限制下土壤健康受损的累积效应，与既往研究记录的集约化农业系统中类似退化轨迹一致（Zhou等，2020a；Gupta等，2022）。化肥减量
结论
本研究强调了绿肥覆盖在缓解集约化果园系统中长期化肥减量引起的土壤退化和生态系统多功能性下降方面的重要作用。虽然化肥减量策略在经济效益和减少与过量养分投入相关的环境风险方面具有优势，但其对土壤健康、微生物代谢和生态可持续性的长期影响需要谨慎的管理干预。绿
CRediT作者贡献声明
王雨（Ju Wang）：论文撰写—审阅与编辑、论文撰写—原始稿件、可视化、验证、软件、方法学、调查研究、正式分析、数据整理、概念化。陈艳（Yan Chun）：方法学、调查研究。赵文轩（Wenxuan Zhao）：方法学、调查研究。Muhammad Iqbal Jakhro：论文撰写—审阅与编辑、方法学。张学辰（Xuechen Zhang）：论文撰写—审阅与编辑、资金获取。张大斌（Dabin Zhang）：论文撰写—审阅与编辑、资金获取。李明均（Mingjun Li）：论文撰写—审阅与编辑。杨佩知（Peizhi
资金资助
本工作得到以下项目资助：国家重点研发计划（2023YFD2301000）、国家自然科学基金（42542708，42577394）、山西省土壤健康重点实验室开放基金（SHL2025GP01）、陕西省项目（2026JC-QYCX-093，2026PT-KXJ-147）、秦创原创新驱动人才项目（QCYRCXM-2023-106）、吕梁市高层次科技人才重点研发项目（2024RC33）、专项基金
利益冲突声明
作者声明不存在与本文章内容相关的利益冲突。
王雨|陈艳|赵文轩|Muhammad Iqbal Jakhro|张学辰|张大斌|李明均|杨佩知|翟炳年|李子言
