传统耕作方式向有机耕作方式过渡中对土壤功能的影响研究

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土壤生态系统服务功能依赖于土壤性质及其相互作用，而土壤性质及其相互作用主要受土壤利用和管理的影响。此研究的主要目的是通过多学科综合评价不同种植方式对土壤功能的影响（包括：食物供应、土壤化学特征、土壤微生物群落大小和结构、土壤无脊椎动物多样性和生境提供）。

来源：土壤健康与耕地可持续利用公号（2021年2月4日） 

01分享论文信息

原名：Soil functions are affected by transition from conventional to organic mulch-based cropping system

译名：传统耕作方式向有机耕作方式过渡中对土壤功能的影响研究

原文地址：https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2020.103639

发表期刊：Applied Soil Ecology

发表年份：2020年

通讯作者：Gabriele Rondoni

通讯作者单位：佩鲁贾大学

02亮点

（1）采用多学科方法评价了耕作制度对土壤功能的影响。

（2）番茄种植制度建立3年后，土壤功能出现了差异。

（3）传统系统支持粮食供应，但不支持其他土壤功能。

（4）有机系统提供了更大的生物多样性、碳储存和可接受的产量。

（5）以覆盖为基础的有机系统环境最好，但需要提高产量。

03文章简介

土壤生态系统服务功能依赖于土壤性质及其相互作用，而土壤性质及其相互作用主要受土壤利用和管理的影响。此研究的主要目的是通过多学科综合评价不同种植方式对土壤功能的影响（包括：食物供应、土壤化学特征、土壤微生物群落大小和结构、土壤无脊椎动物多样性和生境提供）。所研究的系统是：传统集成（INT）；传统有机覆盖作物和常规耕作（ORG）；有机农业和保护性农业（作物覆盖和免耕，ORG+）。作者通过土壤和田间采样，收集了作物产量、农业生态系统C、N含量、土壤化学和微生物性质、土壤无脊椎动物丰度和营养相互作用等数据。研究结果表明，尽管作物产量下降，但从INT向ORG或ORG+的转换可能增强土壤的重要功能，如养分循环和储存、生物多样性和栖息地供应。然而，要使ORG+成为一个可行的系统，需要优化管理以提高作物产量。

04研究区

研究区域位于帕皮亚诺（佩鲁贾，意大利中部）。研究区土壤由河流和湖泊沉积物发育而成，为细粒、混合型、中碛砾岩型土壤。采用硬粒小麦—加工番茄轮作的三种不同种植制度：（1）采用常规综合管理，不覆盖作物和常规耕作技术；（2）有机组织系统，包括传统的有机管理，覆盖作物和常规耕作；（3）ORG+系统，由作物覆盖免耕技术的创新有机管理组成。每个地块540平方米，按照完全随机的块布局进行排列，有两个重复。地块足够大，可以在实际的农业实践下进行管理。整个试验区的特征是地形和土壤变异很低，试验区内的空间异质性很低。所有这些特征都允许进行适当的取样和数据收集，并根据所进行的分析类型进行区分。

05主要研究方法

（1）采样试验

文章根据研究需要根据要求从不同年份、不同对照系统进行作物采样，完成产量测定、地上部生物量氮含量以及氮淋失和氮平衡的测算；进行土壤采样，完成土壤化学和生物化学分析、土壤无脊椎动物生物多样性检测、土壤甲虫营养相互作用的分子检测。

（2）统计分析

 利用SIMCA v16软件进行偏最小二乘判别分析（PLS-DA），PLS-DA可以根据土壤的生物和化学特性确定组间差异。作者考虑了产量、NL、NB、Cinput、总PLFA、细菌、真菌、丛枝菌根真菌(AMF)、Cmic、Res、WEOC、Pav、TOC、地面捕食动物总数的影响。对于每一个地块，作者取所有子样本的平均数据，对每个处理进行2个重复分析。对于土壤的物理、生物和化学特性，此研究仅使用Ap1层的数据。在进行分析之前，对数据进行标准化处理，即减去总体均值，再除以所有数据的标准差。按照SIMCA实施的程序，用模型的预测能力（Q2）来评估组间的显著性差异和模型的整体质量。对模型中包含的所有参数累积，Q2值高于0.5，表明模型是强模型。采用随机区组设计（设2个重复），对3种种植制度下番茄生物量、氮素积累量、氮素表观平衡的所有组分以及土壤化学和生物特性数据进行方差分析。

06研究结论

研究表明，三种种植制度在建立后第3年的大部分变量都存在差异。采用常规耕作和不覆盖作物管理的INT系统，虽然加工番茄产量最高，但氮素流失量最大，土壤微生物生物量和无脊椎动物多样性最低。ORG系统的土壤化学性质与INT系统相似，加工番茄产量略低于INT系统，覆盖作物生物量相当，土壤微生物群落生物量和组成与ORG+系统类似。ORG+体系处理番茄产量最低，但TOC浓度和微生物群落丰度最高。此外，覆盖作物的土壤增强了一般土壤生物的多样性(微生物和无脊椎动物)。总体结果表明，三种体系提供了不同的土壤功能。传统的综合管理支持了加工番茄的生产，但降低了所有其他土壤功能，从而限制了其环境可持续性。相反，有机种植与土壤保持管理相结合特别能提高土壤生物多样性和丰富度。然而，要表达其在调节和维持土壤功能方面的巨大潜力，ORG+系统仍需要大量调整以提高作物产量。

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