胡 琴，陳為峰，宋希亮，董元杰，劉志全 ，王曉芳

開墾年限對黃河三角洲鹽堿地土壤質(zhì)量的影響

胡 琴1，陳為峰1，2?，宋希亮1，2，董元杰1，劉志全3，王曉芳3

（1. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東泰安 271018；2. 山東省鹽堿地植物—微生物聯(lián)合修復(fù)工程技術(shù)研究中心，山東泰安 271018；3. 山東省土地綜合整治服務(wù)中心，濟(jì)南 250014）

以黃河三角洲開墾年限<5 a、10～15 a、20～25 a、30～35 a、50～60 a的小麥/玉米連作土地利用類型為研究對象，從土壤物理、化學(xué)、生物學(xué)指標(biāo)出發(fā)，選取容重、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、全鹽、pH、蔗糖酶、堿性磷酸酶等9個(gè)土壤質(zhì)量指標(biāo)，通過主成分分析，計(jì)算土壤質(zhì)量綜合指數(shù)（Soil Quality Index，SQI），定量評價(jià)不同開墾年限土壤質(zhì)量變化過程。結(jié)果表明：土壤質(zhì)量隨開墾年限的增加呈增加的趨勢，與未開墾荒地相比，開墾<5 a、10～15 a、20～25 a、30～35 a、50～60 a的SQI在0～20 cm和20～40 cm土層分別提高了36.70%～161.49%和164.44%～444.40%。SQI在不同開墾年限期間表現(xiàn)出不同的上升程度，與未開墾荒地相比，開墾初期（<5 a）0～20 cm和20～40 cm土層SQI分別提高了36.70%和164.44%，開墾10～15 a后，SQI較開墾初期（<5a）分別提高了38.27%和18.18%，開墾20～25 a后較10～15 a 分別提高了10.37%和39.35%，30～35 a較20～25 a分別提高了24.42%和24.79%，50～60 a較30～35 a分別提高了0.74%和0.17%。開墾<5 a、10～15 a、20～25 a、30～35 a、50～60 a的0～20 cm土層分別較20～40 cm土層 SQI提高了65.69%、93.85%、53.53%、53.08%、86.95%。表明開墾種植作物會(huì)提高黃河三角洲鹽堿地土壤質(zhì)量。

黃河三角洲；主成分分析；土壤質(zhì)量；開墾年限

黃河三角洲擁有我國東部豐富的土地資源，該地區(qū)土壤形成于退海之后，受季風(fēng)氣候、海水侵蝕、成土原因等影響，該地區(qū)土壤蒸發(fā)作用強(qiáng)且地下水位高，土壤鹽漬化嚴(yán)重[1]。隨著黃河三角洲高效經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及“渤海糧倉”建設(shè)，研究鹽漬土土壤質(zhì)量變化特征，對后續(xù)土地利用具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。區(qū)域土壤發(fā)展的歷史，實(shí)際就是土地不斷被開墾利用的歷史。土壤在開墾過程中會(huì)影響土壤環(huán)境，引起土壤質(zhì)量的改變。目前黃河三角洲土壤質(zhì)量的研究側(cè)重運(yùn)用遙感和GIS對區(qū)域進(jìn)行整體評價(jià)[2]，而開墾對土壤質(zhì)量的影響欠缺關(guān)注。已有研究表明，東北黑土在開墾種稻第85年時(shí)，0～20 cm和20～40 cm土層有機(jī)碳含量顯著低于荒地，下降幅度分別為19.93%和25.51%[3]；干旱區(qū)鹽漬化荒地開墾后土壤有機(jī)碳和全氮隨開墾年限呈逐漸增加的趨勢[4]；隨著開墾年限的增加，有機(jī)碳和全磷在碳酸鹽巖地區(qū)隨開墾年限的增加呈先降低后升高的趨勢[5]。然而，土壤質(zhì)量并不是一個(gè)單一的概念，包含了多方面的內(nèi)容，包括土壤的生產(chǎn)力、土壤環(huán)境、土壤動(dòng)植物健康等，包括了土壤物理、化學(xué)、生物的特性，的能力因此決定了衡量土壤質(zhì)量的變化不能僅用某個(gè)單一的指標(biāo)[6]；選擇適當(dāng)?shù)脑u價(jià)方法，對于準(zhǔn)確評價(jià)土壤肥力水平具有重要意義，目前，土壤質(zhì)量評價(jià)方法尚未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[7]，已有國內(nèi)外學(xué)者采用主成分分析法[8]、聚類分析法[9]、灰色關(guān)聯(lián)分析法[10]、綜合指數(shù)法[11]等對土壤質(zhì)量進(jìn)行了大量的研究。

本文選取黃河三角洲不同開墾年限的典型土壤為研究對象，以樣地空間變化代替時(shí)間序列，選取9個(gè)反映土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)，建立不同開墾年限土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用主成分分析計(jì)算出多個(gè)土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)下的土壤質(zhì)量綜合指數(shù)（Soil Quality Index，SQI），定量評價(jià)土壤質(zhì)量的影響，以期為黃河三角洲土壤科學(xué)開墾及土壤質(zhì)量管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黃河三角洲東營市河口區(qū)仙河鎮(zhèn)，坐標(biāo)為118°35′57″～118°55′49″E，37°53′20″～ 37°56′22″N。該區(qū)屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季年均降水量最高，約530～630 mm，夏季年均蒸發(fā)量為1 885 mm，年平均氣溫為13.3℃，平均無霜期為206 d[12]。區(qū)域土壤類型主要為鹽化潮土，土壤質(zhì)地類型以粉砂壤土為主，含有砂質(zhì)壤土、黏壤土。研究區(qū)內(nèi)農(nóng)作物以棉花、玉米、小麥為主，自然植被以蘆葦、堿蓬、蒿類為主[13]。地下水礦化度在空間分布上的總體規(guī)律表現(xiàn)為由內(nèi)地向沿海方向地下水礦化度逐漸增加，近內(nèi)陸部分礦化度較低，一般為2 g·L–1左右；沿海地帶地下水礦化度較高，局部地區(qū)甚至大于50 g·L–1，其他大部分地區(qū)地下水礦化度大于10 g·L–1。研究區(qū)灌溉水源來自黃河，灌水方式為大水漫灌，年均灌水量約為2 250 m3·hm–2。依據(jù)不同形成時(shí)期，陳建等[14]將1855年黃河分流以來的黃河三角洲分為8個(gè)葉瓣，研究區(qū)位于第6個(gè)葉瓣上，陸地表土形成時(shí)間約為1934—1938，1963年成立軍馬場開始開發(fā)，至今鹽堿地開墾歷史已超過50 a，可視為整個(gè)黃河三角洲鹽堿地開發(fā)進(jìn)程的一個(gè)典型階段，是開展黃河口地區(qū)土地利用變化及生態(tài)效應(yīng)研究的最佳天然實(shí)驗(yàn)室[15]。

1.2 樣點(diǎn)選取與樣品采集

采樣區(qū)根據(jù)土地利用變化研究有關(guān)文獻(xiàn)[16-17]、土地利用現(xiàn)狀圖并結(jié)合實(shí)地走訪調(diào)查，于2016年8月分別選取開墾<5 a、開墾約10～15 a（2005年開發(fā)）、開墾約20～25 a（1995年開發(fā)）、開墾約30～35 a（1985年開發(fā)）和開墾約50～60 a（1956年開發(fā)）的耕地，對照為未開墾鹽堿荒地（圖1）。由于耕地土壤受環(huán)境因子影響較大，本實(shí)驗(yàn)選取土壤類型相同、土地利用類型相同的樣地進(jìn)行研究。于2016年8月，選擇未開墾鹽堿荒地裸地及上述不同年限（<5 a、10～15 a、20～25 a、30～35 a、50～60 a）的6個(gè)典型地塊樣地，土地利用方式均為小麥/玉米連作，土壤樣品的取樣深度為40 cm，利用直徑3 cm土鉆按照20 cm分層進(jìn)行采樣（見表1）。每個(gè)開墾年限選擇三個(gè)相距不小于1 000 m的地塊，每個(gè)地塊采用五點(diǎn)取樣法，每個(gè)樣點(diǎn)為相距不小于5 m的三鉆混合，同時(shí)每塊樣點(diǎn)選取三個(gè)典型剖面，分層采取0～20 cm和20～40 cm的原裝土測定土壤容重。將采集好的土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，放置陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干，充分研磨，以供土壤理化性狀和土壤酶的測定。

1.3 評價(jià)指標(biāo)的選取

由于土壤質(zhì)量指標(biāo)存在多樣性，而且在不同的土壤系統(tǒng)中差異較大，在選取指標(biāo)的過程中，需要明確土壤質(zhì)量評價(jià)目標(biāo)[18]，因此為了能夠全面反映不同開墾年限下土壤質(zhì)量的情況，本研究從物理、化學(xué)、生物學(xué)性質(zhì)出發(fā)，依據(jù)土壤質(zhì)量指標(biāo)選取的針對性、區(qū)域性、敏感性和穩(wěn)定性原則[19]，評價(jià)樣區(qū)土壤質(zhì)量水平。參照前人研究成果，選取了反映土壤物理性狀的容重指標(biāo)；反映土壤養(yǎng)分指標(biāo)有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、全鹽、pH；反映土壤酶活性的生物學(xué)指標(biāo)有蔗糖酶、堿性磷酸酶。

注：圖中編號(hào)1代表開墾<5 a取樣地，編號(hào)2代表開墾10～15 a取樣地，編號(hào)3代表開墾20～25 a取樣地，編號(hào)4代表開墾30～35 a取樣地，編號(hào)5代表開墾50～60 a取樣地，對照為未開墾荒地。Note：No. 1～5 stands for farmland cultivated for < 5 a，10～15 a，20～25 a，30～35 a，and 50～60 a，respectively，and CK for virgin land.

圖1 取樣點(diǎn)分布圖

Fig. 1 Sampling point distribution map

表1 不同墾殖年限區(qū)域基本概況

1.4 土壤樣品測定方法

土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定，全氮采用凱氏蒸餾法測定，速效磷采用0.5 mol·L–1NaHCO3比色法測定，速效鉀采用火焰光度計(jì)法測定，土壤容重采用環(huán)刀法測定，pH采用 pH 酸度計(jì)電位法（水︰土為 5︰1）測定；全鹽采用烘干法測定，蔗糖酶活性采用 3，5-二硝基水楊酸比色法測定，堿性磷酸酶活性采用苯磷酸二鈉比色法測定[20-21]。

1.5 土壤質(zhì)量分析方法

土壤質(zhì)量指標(biāo)隸屬度采用降型或升型隸屬度函數(shù)確定：

式中，（x）表示第項(xiàng)不同開墾年限下土壤質(zhì)量的隸屬度值（0～1），表示不同開墾年限下土壤質(zhì)量的指標(biāo)的實(shí)際測定值，xmax和xmin分別表示第項(xiàng)評價(jià)土壤質(zhì)量的指標(biāo)在不同年限下的的最大值和最小值。

不同開墾年限下土壤質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重通過主成分分析計(jì)算：

式中，W表示在某一主成分中第個(gè)土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；Cap表示在某一主成分中第個(gè)土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)因子載荷量的絕對值，表示評價(jià)不同開墾年限下土壤質(zhì)量指標(biāo)的數(shù)目。

不同開墾年限下土壤質(zhì)量通過各評價(jià)指標(biāo)結(jié)果進(jìn)行綜合定量確定，其計(jì)算公式：

式中，為不同開墾年限下土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)的數(shù)目，為主成分的數(shù)目，K為第個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率，（x）表示第項(xiàng)土壤質(zhì)量退化評價(jià)指標(biāo)的隸屬度值，W表示在某一主成分中第項(xiàng)土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

2 結(jié) 果

2.1 土壤理化性狀描述性統(tǒng)計(jì)特征

土壤開墾后，土壤屬性發(fā)生了相應(yīng)的變化，隨著不同開墾年限的變化，土壤屬性也呈現(xiàn)出不同的變化速率。根據(jù)表2可知，不同開墾年限的質(zhì)量評價(jià)因子的變異系數(shù)均在0～100%范圍內(nèi)，屬中等變異，變異最大的為20～40 cm土層的蔗糖酶，達(dá)到60.24%，其次為20～40 cm土層全鹽，根據(jù)濱海鹽漬土劃分等級(jí)，土壤全鹽最大值超過0.5%，屬于重度鹽漬土，0～20 cm和20～40 cm土層的全鹽均值分別屬于輕度和中度鹽漬；土壤pH范圍為7.93～8.56，呈堿性特征；按照全國第二次普查執(zhí)行的土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，0～20 cm和20～40 cm土層的全氮和有機(jī)質(zhì)分別屬于中等和缺乏水平；有效磷在兩個(gè)土層中均屬于中等水平；0～20 cm土層速效鉀含量最高，20～40 cm土層屬于中等水平。

表2 土壤質(zhì)量評級(jí)指標(biāo)描述性特征

2.2 土壤質(zhì)量指標(biāo)的隸屬度

土壤屬性具有空間變異性，對土壤質(zhì)量也存在動(dòng)態(tài)影響，因此在進(jìn)行土壤質(zhì)量綜合指數(shù)（SQI）計(jì)算之前必須對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，將各指標(biāo)處理為0～1之間的標(biāo)準(zhǔn)隸屬度值（表3），通過隸屬度值的大小表明各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)在土壤中的狀態(tài)及對土壤質(zhì)量的影響，隸屬度值越大，表明在該指標(biāo)下土壤質(zhì)量越好，反之則表明該指標(biāo)下土壤質(zhì)量較差。根據(jù)土壤指標(biāo)的敏感度，將指標(biāo)分為三種函數(shù)：（1）一種越大越好的函數(shù)，如有機(jī)質(zhì)、全氮等對土壤質(zhì)量呈正相關(guān)的指標(biāo)；（2）一種越小越好的函數(shù)，如全鹽、容重等對土壤質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)的指標(biāo)；（3）一種最優(yōu)范圍的函數(shù)，如pH，這些指標(biāo)既可以使用越大越好的函數(shù)，也可以使用越小越好的函數(shù)，具體函數(shù)取決于指標(biāo)的值是否低于或高于閾值[22-23]。由于土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)具有變化連續(xù)性的特點(diǎn)，因此選擇的隸屬度函數(shù)則是可以表現(xiàn)各評價(jià)指標(biāo)因子的連續(xù)性特點(diǎn)。在本研究中，有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、有效磷、蔗糖酶和堿性磷酸酶采用升型分布函數(shù)，全鹽、容重采用降型分布函數(shù)，樣地pH均大于7，故也采用降型分布函數(shù)進(jìn)行計(jì)算（表3）。

2.3 土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重

根據(jù)SPSS因子分析對選擇的土壤質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，從中提取各主成分及其方差貢獻(xiàn)率、累計(jì)方差貢獻(xiàn)率以及不同開墾年限下土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)在各主成分中的載荷值。三個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到87.593%，說明三個(gè)主成分基本涵蓋了9個(gè)指標(biāo)反映的主要內(nèi)容，可以用來表現(xiàn)土壤屬性的變異性，從各主成分的載荷可以看出，三個(gè)主成分可以解釋> 90%的指標(biāo)為有機(jī)質(zhì)、堿性磷酸酶；>80%的指標(biāo)為速效鉀、全鹽、容重、pH；> 70%的指標(biāo)為全氮、蔗糖酶；> 60%的指標(biāo)為有效磷?？梢姡齻€(gè)主成分可以解釋大部分的土壤屬性指標(biāo)的變異性。一般認(rèn)為，因子負(fù)荷越大，變量在相應(yīng)主成分中的權(quán)重就越大，本研究通過不同開墾年限下土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)的因子負(fù)荷量分別計(jì)算出其在不同主成分中權(quán)重（表4）。

表3 不同開墾年限土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)的隸屬度值

表4 主成分貢獻(xiàn)率和土壤質(zhì)量指標(biāo)的權(quán)重

① Organic matter，②Total N，③ Available P，④ Readily Available K，⑤ Total salt，⑥Alkaline phosphatase，⑦ Sucrose，⑧ Bulk density，⑨Variance contribution rate，⑩ Cumulative variance contribution rate

2.4 不同開墾年限的SQI變化

根據(jù)土壤質(zhì)量綜合指數(shù)計(jì)算公式，根據(jù)隸屬度和權(quán)重，計(jì)算土壤質(zhì)量綜合指數(shù)（表5）。

荒地在進(jìn)行開墾后，土壤各物質(zhì)進(jìn)行積累導(dǎo)致SQI隨開墾年限的增加而增加（圖2），反映了開墾后土壤質(zhì)量演變的特征，未開墾荒地SQI在0～20 cm和20～40 cm土層分別為0.250和0.078，開墾<5 a、10～15 a、20～25 a、30～35 a、50～60 a與未開墾荒地相比，在0～20 cm土層上，SQI分別提高了36.70%、89.02%、108.62%、159.56%、161.49%，在20～40 cm土層，SQI分別提高了164.44%、212.52%、335.50%、443.45%、444.40%。表明開墾50～60年后，0～20 cm和20～40 cm土層土壤質(zhì)量會(huì)明顯提高。

表5 不同開墾年限的土壤質(zhì)量綜合指數(shù)

SQI在不同開墾期間表現(xiàn)出不同的上升程度，在0～20 cm和20～40 cm土層，開墾10～15 a后，SQI較開墾初期（<5a）分別提高了38.27%和18.18%，開墾20～25 a后較10～15 a 分別提高了10.37%和39.35%，30～35 a較20～25 a分別提高了24.42%和24.79%，50～60 a較30～35 a分別提高了0.74%和0.17%。由于土壤養(yǎng)分的表聚效應(yīng)，同一開墾年限0～20 cm土層的SQI均大于20～40 cm土層，開墾<5 a、10～15 a、20～25 a、30～35 a、50～60 a的0～20 cm的SQI分別較20～40 cm提高了65.69%、93.85%、53.53%、53.08%、86.95%。

圖2 土壤質(zhì)量綜合指數(shù)（SQI）隨開墾年限的變化

3 討 論

在土壤肥力的測量指標(biāo)中，評價(jià)指標(biāo)作為一種可度量及測定的土壤屬性，具有良好的參考性。為不影響土壤肥力評價(jià)的準(zhǔn)確度，選擇正確的評價(jià)指標(biāo)是做好這一評價(jià)的前提。因此評價(jià)體系中應(yīng)包括反映土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)特性的指標(biāo)[24]。確定土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)滿足綜合性、主導(dǎo)性、穩(wěn)定性、精確性和實(shí)用性的原則[25]。單一指標(biāo)對土壤質(zhì)量的評價(jià)往往存在片面性，因此在進(jìn)行土壤質(zhì)量評價(jià)時(shí)須考慮土壤功能，進(jìn)而選取構(gòu)建適宜的綜合指標(biāo)體系。土壤容重是評價(jià)土壤物理性質(zhì)的重要指標(biāo)，土壤鹽分、pH可反映土壤受脅迫程度與緩沖能力，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、有效磷是植物養(yǎng)分和土壤微生物生命活動(dòng)的能量來源，這些養(yǎng)分指標(biāo)會(huì)影響土壤的水分運(yùn)移、抗侵蝕能力、養(yǎng)分吸收效果以及微生物活性，可以更加全面的反映開墾對土壤質(zhì)量的綜合影響[26]。對膠州灣濕地光灘和鹽沼土壤[27]進(jìn)行質(zhì)量評價(jià)時(shí)，選用了土壤容重、pH、總有機(jī)碳、全氮、全磷等指標(biāo)，而對環(huán)渤海區(qū)域土壤[28]質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)時(shí)，評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了擴(kuò)充，包括了土壤鹽分、pH 、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、全氮、砂粒含量、黏粒含量等多個(gè)指標(biāo)。在眾多土壤質(zhì)量評價(jià)研究中，已有學(xué)者將物理指標(biāo)與化學(xué)指標(biāo)相結(jié)合來綜合反映土壤質(zhì)量變化情況，但是將物理、化學(xué)、生物學(xué)指標(biāo)相結(jié)合的研究較為欠缺[29]。土壤酶是組成土壤生態(tài)系統(tǒng)中的重要因子，在土壤學(xué)過程和物質(zhì)循環(huán)中發(fā)揮著重要的作用，其中土壤蔗糖酶和磷酸酶是最常用的土壤酶活性指標(biāo)，土壤蔗糖酶參與土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化，其活性強(qiáng)弱反映了土壤肥力水平的重要指標(biāo)[30]；堿性磷酸酶能反映土壤磷酸的有效性，黃河三角洲土壤作為典型缺磷土壤[31]，堿性磷酸酶可作為反映土壤質(zhì)量的限制性因子，因此本文在土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)中引入了蔗糖酶和堿性磷酸酶。

研究表明，土壤質(zhì)量隨開墾年限表現(xiàn)出一定的變化規(guī)律，總體表現(xiàn)為隨開墾年限增加而增加，已開墾樣地土壤質(zhì)量均高于未開墾樣地，開墾30～35 a后土壤質(zhì)量趨于穩(wěn)定。本研究0～40 cm層土壤養(yǎng)分及酶活性與土壤質(zhì)量變化呈現(xiàn)出相似的規(guī)律，這是因?yàn)榛牡亟?jīng)開墾種植作物后，植物根系穿插土壤，改善土壤的物理結(jié)構(gòu)，使土壤孔隙度增加，持水能力增強(qiáng)；土地利用方式的改變打破土壤養(yǎng)分平衡，改變了荒地生態(tài)系統(tǒng)封閉的循環(huán)模式[32]，開墾耕作后充分的灌溉改善了土壤水分環(huán)境，化肥、有機(jī)肥投入等農(nóng)田管理措施增加了土壤有機(jī)碳和養(yǎng)分的輸入，而且長期施用有機(jī)肥有利于改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)耕層團(tuán)聚體中全氮及有機(jī)氮各組分的積累[33]，作物收獲后，大量的秸稈用于秸稈還田，使大量的碳、氮等營養(yǎng)元素積累，隨著開墾年限的增加，土壤中營養(yǎng)元素不斷增加，這與李易麟和南忠仁[34]對干旱區(qū)土壤養(yǎng)分變化研究結(jié)果一致，但與谷海斌等[35]在對干旱區(qū)綠洲的研究中發(fā)現(xiàn)土壤養(yǎng)分隨開墾年限先降低后升高的結(jié)果不同，造成這種結(jié)果的原因一方面可能是研究區(qū)域不同，土壤母質(zhì)養(yǎng)分背景差異較大所致，一方面可能跟灌溉施肥措施不同有關(guān)；此外，種植作物的種類也會(huì)造成土壤養(yǎng)分的差異；隨著開墾年限的增加，一方面植物根系的機(jī)械作用會(huì)影響土壤的容重、孔隙度，另一方面植物通過根系分泌物、葉片和莖稈凋落物改變土壤條件，從而影響微生物的生活環(huán)境，直接或間接的增強(qiáng)土壤酶的表達(dá)[36]。土壤中過高的鹽分會(huì)影響土壤化學(xué)和生物過程，降低出苗率、限制作物生長、減少農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，破壞土壤質(zhì)量。本研究土壤鹽分隨開墾年限增加總體呈下降趨勢，因?yàn)殚_墾種植作物后，玉米/小麥等大生物量植物在其生長過程中對太陽輻射的遮蔽會(huì)減少地表水分蒸發(fā)，以緩解鹽分向地表運(yùn)移而造成土壤質(zhì)量的破壞[37]，這與張壽雨等[38]對克拉瑪依農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)的研究結(jié)果一致。不同開墾年限20～40 cm層土壤質(zhì)量均低于0～20 cm，可能與施肥灌溉以及秸稈還田、養(yǎng)分歸還引起的養(yǎng)分表聚相關(guān)。

4 結(jié) 論

本研究以黃河三角洲平均開墾年限分別為< 5 a、10～15 a、20～25 a、30～35 a、50～60 a的小麥/玉米連作土地類型為研究對象，運(yùn)用主成分分析，評價(jià)不同開墾年限下土壤質(zhì)量的變化過程，得出以下結(jié)論：荒地開墾60年內(nèi)，土壤質(zhì)量隨開墾年限的增加呈明顯上升趨勢。土壤質(zhì)量綜合指數(shù)上升幅度隨開墾年限增加逐漸減少，0～20 cm土層在開墾10～15 a時(shí)上升幅度最大，20～40 cm土層在開墾5 a內(nèi)上升幅度最大，0～40 cm土層在開墾30～35 a 后趨于穩(wěn)定。0～20 cm土層土壤質(zhì)量綜合指數(shù)在不同開墾年限下均高于20～40 cm。

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Effects of Reclamation/Cultivation on Soil Quality of Saline-alkali Soils in the Yellow River Delta

HU Qin1, CHEN Weifeng1,2?, SONG Xiliang1,2, DONG Yuanjie1, LIU Zhiquan3, WANG Xiaofang3

(1. College of Resources and Environment, Shandong Agricultural University, Tai’an, Shandong 271018, China; 2. Shandong Engineering & Technology Research center for saline-alkali Land phyto-micro Remediation, Tai’an, Shandong 271018, China; 3. Shandong Province Center for Land Comprehensive Improvement and Service, Jinan 250014, China)

【】Soil reclamation/cultivation will sure affect soil environment of the saline-alkali soils involved and cause changes in soil quality. Therefore, it is necessary to explore or characterize changes in soil quality of the saline-alkali soils different in year of cultivation for reasonable utilization of saline-alkali soil resources.【】In this study, soil samples were collected, separately, from the topsoil (0–20 cm) and subsoil (20–40 cm) layers of farmlands, under the same wheat/maize crop rotation system, but different in year of cultivation(< 5 a, 10-15 a, 20-25 a, 30-35 a and 50-60 a), in the saline-alkali soil region of the Yellow River Delta. The samples were analyzed from the aspects of soil physics, chemistry and biology, for bulk density, organic matter, total nitrogen, available phosphorus, readily available potassium, total salt, pH, sucrase and alkaline phosphatase, a total of nine soil quality indicators. On such a basis, principal component analysis was performed, SQI (Soil quality index)calculated and variation of soil quality in the farmland with years of cultivation evaluated quantitatively. 【】Results show that soil quality improved with cultivation going on. Compared with virgin wasteland, the farmlands cultivated for < 5 a, 10–15 a, 20–25 a, 30–35 a, and 50–60 a were 36.97%–161.49% and 164.44%–444.40% higher in SQI of the 0-20 cm and 20-40 cm soil layers, respectively. SQI varied in increasing rate from period to period. Compared with the virgin wasteland, the farmland increased by 36.70% and 164.44% in SQI, respectively, in the 0-20 cm and 20-40 cm soil layers during the initial period of the cultivation (<5 a)and by 38.27% and 18.18% during the period of 10-15a of cultivation; by 10.37% and 39.35% during the period of 20–25 a of cultivation as compared with that during the period of 10–15 a; by 24.42% and 24.79% during the period of 30–35 a of cultivation as compared with that during the period of 20–25 a of cultivation; and by 0.74% and 0.17% during the period of 50–60 a of cultivation as compared with that during the period of 30–35 a of cultivation. And SQI began leveling off after 30–35 a of cultivation. The 0–20 cm soil layer was 65.69%, 93.85%, 53.53%, 53.08% and 86.95% in SQI than the 20–40 cm soil layer, respectively, in the farmland cultivated for <5 a, 10–15 a, 20–25 a, 30–35 a and 50–60 a.【】All the findings in this study demonstrate that crop cultivation improves soil quality, and the effect varies with the cultivation going on. It is, therefore, advisable to conduct comprehensive scoring based on principle component analysis so as to objectively and efficiently evaluate soil quality of farmlands different in year of cultivation.

Yellow River Delta; Principal component analysis; Soil quality; Years of cultivation

F301.21

A

10.11766/trxb201905050105

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* 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31570522）、山東省重大科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目（2018CXGC0307）、山東省林業(yè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目（LYCX03-2018-13）資助Supported by the National Natural Science Foundation of China（No. 31570522），Shandong Provincial Science and Technology Innovation Project（No. 2018CXGC0307）and Shandong Forestry Science and Technology Innovation Project（No. LYCX03-2018-13）

，E-mail：chwf@sdau.edu.cn

胡 琴（1992—），女，碩士研究生，主要從事土地生態(tài)與退化治理研究。E-mail：huwu811@163.com

2019–05–05；

2019–09–21；

2019–11–11

（責(zé)任編輯：檀滿枝）