非洲中部米翁博林地白蚁丘平整对土壤有机碳的影响：从小农到商业农业的转变

《Landscape Ecology》：From smallholder to commercial farming: the impact of termite mound levelling and spatial heterogeneity in mound morphology on soil organic carbon in Miombo woodlands, Central Africa

为探究白蚁丘平整对耕层土壤有机碳（SOC）的影响，研究人员以非洲中部米翁博林地为研究对象，开展了相关研究。结果发现，平整后耕层 SOC 含量降低 26%，变异性增加 29%。该研究对评估农业和生态影响有重要意义。

　　在非洲中部的米翁博林地，曾经散布着许多高大的白蚁丘，这些白蚁丘是由一种名为宏体白蚁（Macrotermes falciger）的真菌培育白蚁建造而成。它们不仅是白蚁的家园，还对当地生态系统有着重要影响。然而，近年来随着商业农业的扩张，大量白蚁丘被平整，这一变化引发了诸多问题。

土壤有机碳（SOC）作为土壤健康的关键指标，对土壤的保水、结构维持以及植物生长所需的养分储存至关重要。在热带地区，由于土地利用强度大，农田中的 SOC 极易损耗。森林转变为农田后，SOC 会迅速下降，长期耕种更是导致其持续流失，要达到新的平衡可能需要几十年到几百年。而白蚁丘的平整，使得原本就脆弱的土壤碳平衡面临新的挑战。

此前的研究表明，白蚁丘中的 SOC 含量显著低于周围土壤。在米翁博林地，白蚁丘的营养成分如 Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺等较高，但 SOC 含量却远低于周围表土。这意味着平整白蚁丘虽可能增加土壤有效养分，却会大幅降低耕层的 SOC 含量，进而影响土壤质量和作物生长。此外，白蚁丘形态存在明显的空间异质性，这种异质性对平整后耕层 SOC 的影响尚不明确。

为了深入了解这些问题，来自比利时鲁汶大学地球与生命研究所（Earth and Life Institute, UCLouvain）、刚果民主共和国卢本巴希大学农学院（Faculty of Agronomy, University of Lubumbashi）、根特大学绿色化学与技术系（Department of Green Chemistry and Technology, Ghent University）、瑞士苏黎世联邦理工学院环境系统科学系（Department of Environmental Systems Science, ETH Zurich）以及吉林大学地球科学学院（College of Earth Sciences, Jilin University）的研究人员，在米翁博林地一块 1.5 km²的商业农田开展了研究。

研究人员运用了多种技术方法来深入探究白蚁丘平整对 SOC 的影响。在白蚁丘特征刻画方面，他们使用搭载佳能 PowerShot ELPH 110 HS 相机的 eBee X 无人机进行调查，通过 Pix4D mapper 和 CloudCompare 软件处理图像，结合 Canupo 插件对 3D 点云数据进行分类，从而识别白蚁丘并获取其形态参数。在土壤采样与分析环节，研究人员在白蚁丘平整前后，从相同的丘间区域（0 - 25 cm 深度）采集配对土壤样本，运用中红外光谱（MIR）技术分析土壤属性，并通过湿化学分析进行校准。为了评估白蚁丘形态对 SOC 变异的贡献，研究人员构建了随机森林模型和线性模型进行统计分析。

研究结果显示，研究区域内共识别出 457 个白蚁丘，其大小参数差异显著。高度平均为 4.6±1.6m，基底面积 163.1±75.2 m² ，体积 280.6±172.4 m³ 。大、中、小型白蚁丘在空间分布上呈现不同模式，大型白蚁丘倾向于聚集在地形湿度指数（TWI）较高、周围土壤黏土含量较低的区域。

白蚁丘平整后，耕层 SOC 含量显著降低 26%，从 1.30±0.32 g/100 g 降至 0.96±0.33 g/100 g，同时 SOC 变异性增加 29%。在平整后的农田中，白蚁丘形态（以高差积分（HI）量化）、土壤质地和 TWI 共同解释了超过 40% 的 SOC 变异，其中 HI 的影响最为显著。

研究结论表明，从个体农户经营转变为大规模商业农业，伴随白蚁丘的广泛平整，显著改变了米翁博林地的景观结构和 SOC 动态。耕层 SOC 含量的迅速下降可能直接影响作物生产力，而 SOC 变异性的增加则使土壤管理和肥力维持变得复杂。此外，持续的机械化耕作可能进一步扩大受影响区域，对长期土地退化产生影响。

该研究为理解土地利用变化对土壤生态系统的影响提供了重要依据，强调了在商业农业扩张背景下，深入研究白蚁丘平整对土壤功能影响的必要性。未来研究需要进一步扩大空间尺度，考虑更多土壤肥力属性和土壤结构，以全面评估其对农业和生态系统的长期影响，为制定可持续的土地管理策略提供科学指导。