土壤pH与微量营养元素阈值调控中国各地豆类农业生态系统的多功能性

《Plant and Soil》：Soil pH and micronutrient thresholds regulate multifunctionality in legume-based agroecosystems across China

　　

摘要

背景与目的

尽管豆科轮作已得到广泛推广，但控制其土壤多功能性（MF）的生物地球化学限制因素在宏生态尺度上仍未得到充分阐明。我们评估了气候、土壤性质和微生物多样性在解释受管理的豆科基农业生态系统MF变异中的相对重要性。

方法

在涵盖中国主要气候区的213个土壤样本中，我们量化了11项土壤功能，并将随机森林建模与结构方程建模（SEM）相结合，以识别关键预测因子及其相关路径。

结果

在最优模型中保留的预测因子中，土壤性质占据了最大的相对预测支持份额（54.8%），其次是气候（31.0%）和微生物多样性（14.2%）。土壤pH被确定为MF变异的最强非生物预测因子，而MF与微量营养素可利用性以及土壤N:P比呈现非线性关联，表明存在与较高多功能性相关的特定化学计量比和资源窗口。SEM揭示了年均气温（MAT）对MF的负向直接路径，部分被涉及土壤资源库的间接路径所抵消。区域差异方面，青藏高原表现出相对较高的MF（MF中位数：0.12），其特征为寒冷气候条件和相对富碳土壤；亚热带土壤表现出与微量营养素可利用性相关的较高MF；而暖温带区域则表现出与高pH和碳限制相关的较低MF。

结论

我们的研究结果确定了土壤pH、碳氮储量以及微量营养素可利用性为所采样豆科基农业生态系统中与MF变异相关的主要环境因素。认识到区域土壤约束和化学计量关联为生成可检验假说和改进精准土壤管理提供了诊断基础。