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Demeku MESFIN, Engdawork ASSEFA, Belay SIMANE. Characteristics of soil quality attributes under different agroecosystems and its implications for agriculture in the Choke Mountain watershed in Ethiopia. Front. Agr. Sci. Eng., 2024, 11(2): 303‒313 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2023502
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了解土壤属性在不同农业生态系统 (AES) 中的变化规律，对理解土壤潜力及优化特定地点的农业管理策略以实现生态系统可持续性至关重要。本研究探讨了埃塞俄比亚Choke山脉流域不同农业生态系统的土壤质量特性及其影响因素。从五个不同的AES (低地和谷地分散区域AES 1、中地平原黑土AES 2、中地平原棕土AES 3、斜坡中地AES 4及丘陵山区高地AES 5) 中采集了47个复合土壤样本。在15个土壤质量属性中有10个属性在五个AES间存在显著差异 (p < 0.05或0.01), 包括粉砂、可交换碱基、阳离子交换容量等。所有属性在各AES中的变异系数介于7% (总孔隙度) 至169% (有效磷) 之间。尽管AES 2和AES 3受水浸和土壤酸度影响，但它们在农业上具有更广阔的应用前景；但AES 1、AES 4和AES 5因土壤侵蚀问题而不适宜农业耕作。因此，采用适当的土壤管理策略，如施用石灰和有机肥，对于阻控土壤酸性和提高土壤肥力至关重要。
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受污染和人类活动影响，全球土壤质量退化。维持土壤质量需应对气候、土壤、植物和人类因素的挑战。通过选用作物、植物和土壤管理技术，可减缓退化，提高产量。可持续管理和土壤属性多样性理解对土壤健康至关重要。埃塞俄比亚高地区域土壤变异大，受气候、地形和人为活动影响。Choke山脉流域因陡坡、高强度降雨和侵蚀，土壤养分集中在表层，显示高度变异性。先前研究也表明土壤属性变异与多种因素有关。本研究填补现有空白，调查埃塞俄比亚Choke山脉五个农业生态系统的土壤质量属性特征及其对农业的影响，为土壤养分状态、变异性提供准确信息，促进未来可持续农业管理。
质地分类：土壤质地是影响交换、保留和吸收的基本土壤特性，是提高其他属性和过程的主要土壤质量指标。研究发现，除AES 3为粘壤土外，所有AES的土壤质地均为粘土。土壤粘土和砂含量在不同AES之间没有显著差异。然而，砂分数在物理性质之间的变异性很大，CV%为40%，显示出中等变异性。
容重 (BD)：虽然在AES 2和AES 4中分别观察到较高 (1.11 g·cm−3) 和较低 (0.98 g·cm−3) 的容重，但不同AES之间没有发现显著差异。较高的容重可能是由于AES 2中的集约耕作造成的。相反，AES 4由于地形滑湿，耕作困难，受侵蚀和浅层土壤影响，容重较其他AES低。
总孔隙度 (TP)：在流域内，平均总孔隙度值从AES 2的58.2%到AES 4的63.7%不等，在Landon所说的正常范围内 (30%到70%)。LSD显示，AES 4的流域总孔隙度高于其他AES，意味着AES 4的容重较低。然而，不同AES之间的TP没有显著差异，TP的CV%是测量的土壤质量属性中最低的 (7%)。
可交换碱基：土壤中可交换碱基 (Ca、Mg和Na) 的浓度可能因阳离子交换容量 (CEC) 而异。Ca在不同AES之间有显著差异 (p < 0.05)，Ca的总体平均值从AES 3的1.78 cmol·kg−1变化到AES 2的32 cmol·kg−1。结果表明，Ca的变异性非常高，CV%为104%。这可能归因于不同AES之间的景观、耕作实践和气候变异性。
CEC：CEC是显示土地是否肥沃以及能否保留和防止养分流失的关键土壤质量指标。研究发现，流域的AES对研究区域土壤的CEC值有显著影响 (p < 0.01)。AES 2的CEC平均值最高。根据Landon的评级，研究区域表层土壤的CEC被评为中到高。
土壤质量属性之间的相关性分析显示，土壤粘土含量与粉砂 (r = −0.9, p < 0.01) 和砂 (r = −0.9, p < 0.05) 含量显著负相关。这表明不同气候、地形和耕作实践的AES中的土壤因选择性移除粘土和粉砂分数而导致砂含量集中，随着时间的推移降低了土壤保持水分和养分的能力，增加了土壤侵蚀的脆弱性。
CEC与OM含量 (r = 0.3, p < 0.05) 和粉砂含量 (r = 0.2, p = 0.05) 呈正相关。因此，植物可获取的大部分土壤养分可能来源于OM。CEC与OM的相关性 (r = 0.3) 比与粉砂含量的相关性 (r = 0.2) 更强，表明OM为AES中的土壤提供了更多的养分。
研究结果为Choke山脉流域每个AES的土壤质量评估提供了重要的农业视角。研究发现，以平缓坡度为特征的中地AES (AES 2和AES 3)拥有肥沃的土壤。AES 2是一个集约耕作的区域，但在雨季受水浸影响，这对农业活动来说很困难。相比之下，AES 3受土壤酸度的影响，这是农业生产力的一个重要限制因素，其次是有效P和土壤N含量。
同样，AES 4也受酸度影响，这是由于该地区的滑湿性质，高降雨量导致必需养分的流失，限制了农业生产和生产力。在某些情况下，农民甚至因为作物产量低而放弃了他们的土地。该地区的种植模式也从最初种植的作物 (小麦和大麦) 变为了低价值作物 (燕麦)。
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本研究揭示了埃塞俄比亚高地特别是Choke山脉的农业生态系统中，土地利用、土壤管理、农业气候和土壤类型多样性显著影响土壤物理‒生化特性。流域内土壤质量属性变化显著，以粘土质为主，但AES 5中粉砂和砂含量最高，可能与上游土壤侵蚀和下游沉积有关。AES 5中较高的SOM和TN可能与较低温度和较少矿物肥料添加有关。相反，AES 1因高温导致SOM含量较低。AES 2的Vertisol土壤具有高可交换碱基但有机质含量低。土壤pH从强酸性到中性不等，受CaCO3含量、降雨、耕作和土壤管理影响。有效磷变异大，部分地区不足。建议采用石灰施用、有机肥料和农林复合系统等技术，以减少土壤侵蚀，提高土壤质量，维护农业生态系统可持续性。
编辑 | 唐静月 李云舟
审稿 | 许建香
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