Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал: https://repo.snau.edu.ua/xmlui/handle/123456789/15954
Назва: Agroforestry Features of Restoration of Degraded Lands in the Conditions of the Guangdong Province
Інші назви: Агролісівницькі особливості відновлення деградованих земель в умовах провінції Гуандун
Автори: Huang, Chaolin
Хуан, Чаолінь
Ключові слова: land degradation
agroforestry
red soil restoration
деградація земель
агролісомеліорація
відновлення червоноземів
Дата публікації: 2026
Видавництво: SNAU
Бібліографічний опис: Huang Chaolin. Agroforestry Features of Restoration of Degraded Lands in the Conditions of the Guangdong Province [Electronic resource] : dissertation for obtaining the scientific degree of Doctor of Philosophy in specialty : 201 «Agronomy» / Chaolin Huang. – Sumy : Sumy National Agrarian University, 2026. – 223 р.
Короткий огляд (реферат): This dissertation addresses the critical issue of land degradation in Guangdong Province, China's most economically dynamic region, which faces a unique contradiction between high-intensity development and inherent ecological fragility. The research establishes a comprehensive "macro - micro - technology - model" framework to develop scientifically optimized and regionally adapted agroforestry solutions for restoring degraded red soils. The theoretical foundation analyzes the global severity of land degradation and its specific manifestations in China and Guangdong, identifying the region's distinctive degradation mechanisms: physical erosion from high temperature and heavy rainfall averaging 1777 mm annually, chemical pollution from industrialization, and biological degradation from urbanization. Agroforestry is established as a nature-based solution for simultaneously restoring soil health, enhancing biodiversity, and providing economic benefits. The methodology integrates multi-scale approaches including macro-level remote sensing using MODIS and Landsat data with GIS spatial analysis and the RUSLE model to assess spatiotemporal degradation patterns from 2000 to 2020; technology optimization utilizing a hybrid Random Forest - Response Surface Methodology (RF - RSM) model to quantify synergistic effects of biochar, lime, and leguminous green manure; and micro - mechanism investigation applying high - throughput sequencing and FAPROTAX functional prediction to analyze soil microbial community responses. A comprehensive statistical inference protocol was implemented, including Shapiro - Wilk normality testing, Levene's test for variance homogeneity, ANOVA with Duncan's multiple range post - hoc comparisons (p < 0.05), and PERMANOVA with 999 permutations for multivariate analyses. The research reveals accelerating land degradation in the Pearl River Delta, with highly degraded areas surging by 196.58% from 2000 to 2020 and particularly rapid deterioration after 2010 showing a 97.83% increase. Soil erosion dominates the natural degradation process with 40% weight, spatially coupled with the land degradation index at R2 = 0.91. Human factors shifted from early industrial expansion between 2000 and 2010, during which 82.6% of flat farmland was covered by factories, to later ecological policy regulation, demonstrating the effectiveness of the 2014 Ecological Control Line Plan which reduced severe desertification by 4% in protected zones. The developed and validated RF - RSM hybrid model for optimizing agronomic measures identified through random forest analysis that available phosphorus with importance score 2.10 and soil pH with importance score 1.85 serve as core driving factors. Response surface methodology quantified optimal combinations of biochar at 8 to 12 tons per hectare, lime at 3 tons per hectare, and milkvetch green manure. The optimized scheme reduced available cadmium from 0.42 mg/kg to 0.11 mg/kg, representing a 73.8% reduction, increased soil porosity to 65.3%, and raised pH from 5.0 to 7.5. Cost - effectiveness improved dramatically as cadmium passivation cost decreased from 35.93 USD per percentage point using traditional methods to 9.19 USD per percentage point, with rebound rate controlled at only 3.8%. Elucidation of microscopic mechanisms through soil microbiome analysis using high - throughput sequencing revealed that green manure application increased bacterial Chao1 richness by 23.6 - 60% and Shannon diversity by 7 - 28.1% under controlled pot conditions. Proteobacteria and Acidobacteria became dominant phyla, with ryegrass increasing Firmicutes abundance threefold. FAPROTAX functional prediction suggested significantly enhanced inferred nitrogen fixation, nitrification, fermentation, and chemoheterotrophic functional potentials. These inferred functional shifts require direct metatranscriptomic or enzymatic validation to confirm actual metabolic activity. Redundancy analysis identified pH, total nitrogen, and soil organic matter as core environmental drivers shaping microbial communities. These findings provide mechanistically grounded hypotheses for field restoration; however, their quantitative applicability to open - field agroecosystems requires dedicated field validation in future research. Meta - analysis of 183 effect sizes from 15 published studies confirmed green manure increases crop yield by 13.8% and soil organic carbon by 17.3%. The synthesis of findings resulted in the design of three regionally differentiated agroforestry models as scientifically grounded pilot frameworks. The Pearl River Delta Rapid Improvement Model for heavy metal pollution achieves remediation within one year with 78.9% cadmium stabilization. The Eastern and Western Guangdong Forest - Fruit - Grass Composite Model for soil erosion reduces erosion modulus by 70 - 90%. The Northern Guangdong Near - Natural Transformation Model for ecological barrier zones increases water conservation capacity by 20 – 40 %. These proposed models showed synergistic production, ecology, and economy benefits in pilot trials, with land equivalent ratio increasing 30 - 50% and carbon sequestration potential 20 - 35% above monocultures. In conclusion, this research provides a full - chain scientific framework from degradation pattern recognition to precision restoration technology optimization, establishing replicable agroforestry solutions for subtropical degraded red soils. The integrated approach achieves optimal balance between ecological restoration effectiveness and economic feasibility, offering theoretical guidance and practical support for sustainable land management in Guangdong Province and similar regions globally. Importantly, all experimental agronomic findings are empirically grounded in an 18 - month field monitoring program (supplemented by controlled pot experiments). Long - term projections - including 3 - year reapplication cycles and carbon stability beyond 5 years - are presented as model - based hypotheses requiring future verification and should be interpreted with appropriate caution.
Опис: Дисертацію присвячено критичній проблемі деградації земель у провінції Гуандун – найбільш економічно динамічному регіоні Китаю, який стикається з унікальним протиріччям між високоінтенсивним розвитком та властивою екологічною вразливістю. Дослідження створює комплексну рамкову структуру «макро - мікро - технологія - модель» для розробки науково обґрунтованих та регіонально адаптованих агролісомеліоративних рішень для відновлення деградованих червоноземів. Теоретична основа аналізує глобальну гостроту проблеми деградації земель та її специфічні прояви в Китаї та Гуандуні, визначаючи характерні для регіону механізми деградації: фізичну ерозію через високі температури та рясні опади (в середньому 1777 мм на рік), хімічне забруднення внаслідок індустріалізації та біологічну деградацію через урбанізацію. Агролісомеліорацію представлено як природоорієнтоване рішення для одночасного відновлення здоров'я ґрунтів, підвищення біорізноманіття та забезпечення економічних вигод. Методологія інтегрує багатомасштабні підходи, включаючи макроаналіз із використанням даних дистанційного зондування (MODIS, Landsat) та просторового аналізу в ГІС із моделлю RUSLE для оцінки просторово-часових закономірностей деградації з 2000 по 2020 рік; оптимізацію технологій за допомогою гібридної моделі випадкового лісу та методу поверхні відгуку (RF - RSM) для кількісного визначення синергічних ефектів від застосування біовугілля, вапна та бобових сидератів; а також дослідження мікромеханізмів із застосуванням високопродуктивного секвенування та функціонального прогнозування FAPROTAX для аналізу реакції мікробних угруповань ґрунту. Реалізовано комплексний протокол статистичного висновку, включаючи перевірку нормальності за Шапіро–Уїлком, перевірку однорідності дисперсій за Лівеном, дисперсійний аналіз з подальшими множинними порівняннями за Дунканом (p < 0,05) та PERMANOVA з 999 пермутаціями для багатовимірного аналізу. Дослідження виявляє прискорення деградації земель у дельті Перлинної річки, де площа сильно деградованих територій зросла на 196,58% з 2000 по 2020 рік, з особливо швидким погіршенням після 2010 року (збільшення на 97,83%). Водна ерозія домінує в природному процесі деградації (вага 40%), просторово корелюючи з індексом деградації земель (R² = 0,91). Антропогенні фактори змістилися від ранньої промислової експансії у 2000 - 2010 роках, коли 82,6% рівнинних сільськогосподарських угідь було забудовано заводами, до пізнішого екологічного регулювання, що демонструє ефективність Плану екологічних контрольних ліній 2014 року, який зменшив площу сильної дезертифікації на 4% на захищених територіях. Розроблена та валідована гібридна модель RF - RSM для оптимізації агротехнічних заходів визначила за допомогою аналізу випадкового лісу доступний фосфор (показник важливості 2,10) та рН ґрунту (1,85) як ключові рушійні фактори. Метод поверхні відгуку кількісно визначив оптимальні комбінації: біовугілля (8 - 12 т/га), вапно (3 т/га) та сидерат із астрагалу. Оптимізована схема знизила вміст рухомого кадмію з 0,42 мг/кг до 0,11 мг/кг (на 73,8%), збільшила пористість ґрунту до 65,3% та підвищила рН з 5,0 до 7,5. Економічна ефективність значно покращилася: вартість іммобілізації кадмію знизилася з 35,93 долара США за відсоток при традиційних методах до 9,19 долара США за відсоток, а рівень повторного вивільнення становив лише 3,8%. З'ясування мікроскопічних механізмів через аналіз мікробіому ґрунту за допомогою високопродуктивного секвенування показало, що застосування сидератів збільшило індекс багатства Чао1 для бактерій на 23,6 - 60% та індекс різноманіття Шеннона на 7 - 28,1% за контрольованих умов вегетаційного досліду. Протеобактерії та Ацидобактерії стали домінуючими типами, причому райграс збільшив чисельність Firmicutes втричі. Функціональне прогнозування FAPROTAX продемонструвало значне посилення функцій азотфіксації, нітрифікації, ферментації та хемогетеротрофії. Ці припущення потребують прямої метатранскриптомної або ферментативної верифікації для підтвердження фактичної метаболічної активності. Аналіз надлишковості визначив рН, загальний азот та органічну речовину ґрунту як основні екологічні чинники, що формують мікробні угруповання. Ці результати надають механістично обґрунтовані гіпотези для польового відновлення; однак їх кількісна застосовність до умов відкритих агроекосистем потребує спеціальної польової валідації в майбутніх дослідженнях. Мета-аналіз 183 величин ефекту з 15 опублікованих досліджень підтвердив, що сидерати підвищують урожайність сільськогосподарських культур на 13,8%, а вміст органічного вуглецю в ґрунті – на 17,3%. Синтез результатів призвів до створення трьох регіонально диференційованих агролісомеліоративних моделей як науково обґрунтованих пілотних рамок. Модель швидкого відновлення для дельти Перлинної річки, призначена для боротьби із забрудненням важкими металами, досягає ремедіації менш ніж за один рік із 78,9% стабілізації кадмію. Композитна модель «ліс–фрукти–трави» для Східного та Західного Гуанд уну, спрямована на боротьбу з водною ерозією, знижує модуль ерозії на 70 - 90%. Модель наближеного до природи трансформування для зони екологічного бар'єру Північного Гуандуну підвищує водоохоронну здатність на 20 - 40%. Ці моделі демонструють синергічні виробничі, екологічні та економічні вигоди у пілотних випробуваннях: коефіцієнт еквівалентності землі зростає на 30–50%, а потенціал секвестрації вуглецю – на 20 - 35% порівняно з монокультурами. На завершення, це дослідження надає повну наукову рамкову структуру – від розпізнавання закономірностей деградації до оптимізації технологій точного відновлення, створюючи відтворювані агролісомеліоративні рішення для субтропічних деградованих червоноземів. Інтегрований підхід досягає оптимального балансу між ефективністю екологічного відновлення та економічною доцільністю, пропонуючи теоретичне обґрунтування та практичну підтримку для сталого управління земельними ресурсами в провінції Гуандун та подібних регіонах світу. Важливо зазначити, що всі експериментальні агрономічні результати мають емпіричну основу в 18-місячній програмі польового моніторингу (доповненій контрольованими вегетаційними дослідами). Довгострокові прогнози – включаючи 3-річні цикли повторного внесення та стабільність вуглецю понад 5 років – представлені як модельні гіпотези, що потребують майбутньої верифікації, і повинні інтерпретуватися з відповідною обережністю.
URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): https://repo.snau.edu.ua/xmlui/handle/123456789/15954
Розташовується у зібраннях:Дисертації та автореферати

Файли цього матеріалу:
Файл Опис РозмірФормат 
Huang Chaolin MINISTRY OF EDUCATION AND SCIENCE.pdf8,54 MBAdobe PDFПереглянути/Відкрити


Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищені авторським правом, всі права збережені.