即使在三十年后，半干旱地区的耕地被废弃后，土壤的性质也未能完全恢复

《CATENA》：Even after thirty years, cropland abandonment in a semi-arid region has not fully restored the soil properties

本研究评估了伊朗北部半干旱山区不同土地利用变化（如小麦和大麦种植地转回草地）对凋落物及土壤特性的长期影响。发现长期耕作导致土壤肥力下降（总氮、阳离子交换量等降低）和微生物减少，30年恢复后仍有不足，建议使用天然改良剂（如蚯蚓粪、生物炭等）加速再生。

　　

雅赫亚·库奇|扎赫拉·阿米里·易卜拉欣·穆罕默迪

自然资源与海洋科学学院；塔比阿特莫达雷斯大学，伊朗马赞德兰省努尔市，邮编46417-76489

摘要

土地利用变化如何影响土壤性质长期以来一直是人们讨论的话题，世界各地已经进行了大量相关研究。然而，关于半干旱地区草地退化及其转变为传统农业用地（尤其是小麦和大麦田）的影响，以及将这些次生土地转变为原始植被（草地）在三十年期间对土壤质量和恢复的长期影响的信息仍然有限。本研究评估了土地利用/覆盖变化对九种不同历史背景的生境类型中的凋落物和土壤特性的影响，包括原始草地、30年种植小麦的田地、15年种植小麦的田地、30年前曾种植小麦的草地、15年前曾种植小麦的草地、30年种植大麦的田地、15年种植大麦的田地、30年前曾种植大麦的草地以及15年前曾种植大麦的草地，这些地点位于伊朗北部的半干旱山区。我们在每种生境中采集了12个有机层样本和12个土壤样本，分别来自三个不同深度（0–10厘米、10–20厘米和20–30厘米）。共收集了108个有机层样本（9个生境×12个重复样本）和324个矿物层土壤样本（9个生境×3个不同深度×12个重复样本），并送至实验室进行分析。结果表明，30年前种植大麦的草地其凋落物中的有机碳含量最高，而原始草地中的磷、钾、钙和镁含量最高。主要草地的退化导致土壤容重和温度升高，而孔隙度、土壤团聚体稳定性和含水量降低。人类活动以及将草地转变为农田（小麦和大麦）显著降低了土壤肥力指标（总氮、阳离子交换容量以及可利用形式的磷、钾、钙和镁）、微生物参数（呼吸作用和微生物生物量）、动物群（蚯蚓、螨虫、弹尾虫、线虫和原生动物）和微生物群（真菌和细菌）的水平，尤其是在表层土壤中。另一方面，结果表明，即使在停止耕作并将土地恢复为原始植被30年后，土壤特性也未完全恢复。因此，建议使用天然改良剂（如蚯蚓堆肥、生物炭、珍珠岩、沸石和壳聚糖）来加速土壤再生过程。

引言

草地是世界上最重要的自然生态系统之一，尤其是在干旱和半干旱地区（Zhang等人，2025年）。草地覆盖了地球表面的大约30%到40%，发挥着多种生态作用（保护土壤、储存碳以及调节气候和天气），并为牲畜和人类提供食物（Gibson，2009年）。在干旱和半干旱地区，由于特定的气候条件，草地提供的服务更为重要（Sala等人，2017年）。不幸的是，近几十年来，由于人类活动（人口增长），这些宝贵生境的大片区域已经退化。大部分人类干预和自然生境的退化都是为了增加农业用地以满足食物需求（Foley等人，2005年）。自然生态系统的退化通常伴随着负面后果。草地退化改变了生境的生态结构，并产生了许多环境影响。其中最重要的影响之一是土壤生态系统的变化（Wang等人，2022年）。

土地利用/覆盖的变化改变了凋落物的数量和质量特性（Haghverdi，2015年；Kooch等人，2024年）。草地通常比耕地（通常是单一作物）具有更丰富的植被覆盖，并且地上和地下的生物量也不同。进入土壤的有机物变化会导致土壤其他物理、化学和生物特性的根本性变化，这些变化现在被广泛用作土壤质量指标（Duan等人，2024年）。然而，自然和农业生境中不同的管理方式会加剧土壤特性的变化（Zhang等人，2025年）。最近，退化的影响引发了诸多担忧（如土壤侵蚀、洪水等），这促使自然资源管理者寻求退化土地的恢复计划（Wang等人，2022年）。如今，恢复退化的生态系统是管理者的重要目标，以帮助恢复真实的生态系统服务。然而，短期内完全恢复退化的生态系统是不可能的，有时需要特定的和根本性的管理措施（Ghimire等人，2019年；Mendes等人，2024年）。有趣的是，任何类型的土地覆盖变化（无论是通过退化还是恢复）都可能影响土壤性质和功能（Wang等人，2025年）。

土地利用变化如何影响土壤性质长期以来一直是讨论的话题，世界各地已经进行了大量相关研究（例如，Jakovac等人，2021年；Alvafritz和Hertel，2024年；Aban等人，2025年）。然而，文献回顾表明，大多数研究中仍存在许多研究空白。例如，以往的研究仅关注定义的时间框架内的单一土地利用变化类型（Verburg等人，2011年；Alvafritz和Hertel，2024年）。此外，大多数研究只关注这两个方面中的一个（凋落物或土壤）（Xinhua和Liu，2023年；Aban等人，2025年）。在不同土地利用条件下这些因素之间的相互关系尚未得到充分研究。从农田转变为草地（生态系统恢复）或反之亦然的情况主要从农业生产角度进行分析，关于与凋落物相关的土壤质量和生态过程的数据有限（Holzknecht等人，2025年；Ren等人，2026年）。此外，不同类型的农田（小麦和大麦田）在恢复为草地过程中的对凋落物和土壤特性的影响尚未得到充分探索（Benkovic等人，2025年；Bhandari，2025年）。其中一些空白可能是由于研究区域生境条件的限制，还有一些可能是被忽视的。

在这项研究中，我们调查了在半干旱地区，土地利用变化（从草地转变为小麦田、大麦田或草地）在15年和30年时间尺度上对凋落物和土壤性质的影响，旨在填补现有文献的空白。基于此，提出以下假设：（1）从草地转变为农田或反之亦然的土地利用变化对不同的土壤和凋落物性质有显著影响，这种影响的程度取决于新的土地利用类型和变化持续时间。（2）长期（30年）的植被恢复（将农田转变为草地）对土壤微气候和生物群性质的恢复效果优于短期（15年）恢复。然而，由于该地区特殊且恶劣的气候条件，完全的生境恢复和恢复可能需要更长的时间。（3）之前的农田类型（小麦田与大麦田）对恢复到原始植被（草地）时凋落物和土壤性质的过程和质量有不同的影响。

研究区域、土地历史和管理情况

Mikhasaz地区位于马赞德兰省的中央阿尔博兹地区，属于Kojur区，位于Nowshahr市的东南部（图1A）。该地区的平均海拔为1600米，气候为山地半干旱气候（图1B）。年降水量为370毫米，年蒸发量可达1300毫米。二月的最低温度为5°C，八月的最高温度为22°C。该地区的坡度范围在5%到

凋落物特征

在所研究的生境中，凋落物厚度、生物量、氮含量和碳氮比之间没有发现统计学上的显著差异。最高和最低的凋落物碳含量分别出现在30年前曾种植大麦的草地和30年前种植大麦的田地中。原始草地中的磷、钾和钙含量也最高。

凋落物特征

土地覆盖类型是影响有机层数量和质量特性的最重要因素。研究结果表明，不同土地覆盖类型之间的凋落物厚度、生物量、氮含量和碳氮比没有显著差异。这些参数缺乏显著差异的主要原因之一是凋落物分解过程的相对稳定性和进入土壤的有机物质量。

研究的局限性和建议

研究土壤性质随时间的变化，特别是微气候和生物特性随季节的变化，有助于更好地理解土地利用和管理如何影响不同生境中的土壤。然而，在该研究区域（以及其他具有类似条件的地区）进行此类研究总是存在局限性。由于该地区冬季降雪量大，难以到达这些地点进行

结论

土地利用和覆盖的变化强烈影响生境的功能。研究表明，植被类型和土地管理对土壤结构、养分循环和生态系统健康有深远影响。虽然凋落物厚度和生物量变化较小，但原始草地中的凋落物养分含量最高，而30年前种植大麦的田地中的养分含量最低，这突显了集约化耕作的长期负面影响。随着时间的推移，土壤容重增加

生成式AI声明

本文的科学内容并未使用AI编写。Rosa Francaviglia博士的帮助用于纠正和改进语法风格。

CRediT作者贡献声明

雅赫亚·库奇：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，验证，监督，软件，方法论，调查，概念化。扎赫拉·阿米里·易卜拉欣·穆罕默迪：撰写 – 原始草稿，方法论，调查。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。