1990—2022年天山北坡地区不同开垦年限耕层土壤盐分变化

近年来,随着频繁的土地利用变化和大量耕地的开垦,土壤盐渍化已成为导致天山北坡耕地质量退化、阻碍绿洲农业发展的环境因素。本研究基于翔实的调查数据资料、土壤实测数据和中国土地覆盖数据集(CLCD),比较传统插值模型和随机森林插值模型对耕层土壤(0~30 cm)含盐量插值的优缺点;选取精度最高的定量预测模型对天山北坡地区耕层土壤含盐量定量预测,得到耕层土壤含盐量分布变化特征;以空间换时间,将近30 a新开垦耕地耕层土壤含盐量进行比较,分析开垦年限对土壤含盐量的影响。结果表明:(1)与传统的插值方法相比,随机森林算法能够更准确地预测盐渍化土地的土壤盐分分布情况。(2)天山北坡地区,耕层土壤含盐量存在较大空间异质性,即高海拔地区土体中的盐分会随着径流的淋溶,在低海拔的河流下游尾闾或低洼区靠近沙漠一侧积聚。(3)随着开垦年限的延长,天山北坡地区耕层土壤含盐量总体呈现下降的趋势,且土壤盐渍化程度倾向于聚集在一个中等的水平上,趋向于平衡或“中心化”。本研究增进了对当前耕地盐渍化状况及从原始荒地开垦到耕地后耕层土壤盐分变化历程的理解。这为干旱区备用土地资源的开发、管理和有效利用提供了理论支撑,并为农业的持续发展提供了科学依据。

黑土土壤质量演变初探I——不同开垦年限黑土主要质量指标演变规律

根据土壤质量的定义和研究方法 ,对黑土的主要质量指标演变规律进行初步研究。结果表明 :黑土的颗粒组成受开垦历史影响的程度较小 ,其质地没有发生显著变化 ;黑土的有机质、全氮、全硫和全磷随着黑土开垦时间的增加而不断降低 ;速效磷随黑土开垦时间的增加有增高的趋势。经过统计分析 ,黑土中粉砂(0.05～0.002mm)含量与细砂(0.25～0.05mm)和粘粒(<0.002mm)含量具有相关性,黑土有机质含量与全氮、全硫、全磷和速效钾具有明显的正相关。因此 。

不同开垦年限黑土有机碳变化规律

不同开垦年限黑土土壤有机碳及其组分含量变化的研究结果表明:土壤开垦前50年,黑土耕层及犁底层总有机碳及其组分含量下降迅速,土壤有机碳的氧化稳定性系数变化强烈。黑土开垦130年后,有机碳及各组分含量基本上处于相对稳定状态。黑土耕作200年,耕层总有机碳含量损失幅度约1.76%～24.81%。有机碳组分中,FA-C受开垦年限影响相对较小,Hu-C受开垦年限影响最大。

不同开垦年限土壤剖面盐分变化

通过对不同开垦年限土壤剖面盐分调查,进行北疆典型残余盐土的变化特征研究。以玛纳斯河流域包家店镇典型地块为研究区,运用统计学和空间置换时间相结合的方法探讨土壤盐分的动态变化及其影响因素。结果表明,随着开垦年限的延长土壤剖面盐分均呈现相对减少的趋势,8年后土壤剖面的平均盐分降低到4g/kg左右,年均脱盐率达到10.6%;该残余盐土区域土壤剖面盐分主要聚集在中底层(30-100cm),呈底聚型;开垦6年后土壤盐分的活跃范围集中在0-60cm;开垦年限影响土壤盐分的同时土壤质地也是影响土壤盐分大小的重要因素。该研究结果将对残余盐土的发生演变及改良培肥提供科学依据。

开垦年限对稻田土壤腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响

以吉林省磐石市朝阳山镇青山村开垦年限分别为5 a、20 a和50 a的稻田土壤为研究对象,研究了0~15 cm和15~30 cm土层的土壤有机碳含量（SOC）、水溶性物质（WSS）、富里酸（FA）、胡敏酸（HA）和胡敏素（Hu）组成和HA结构特征及土壤养分含量的变化。结果表明：随稻田开垦年限增加（5~50 a）,表层（0~15 cm）与亚表层（15~30 cm）土壤变化如下：（1）电导率分别增加74.8%和113.7%,p H均基本稳定。土壤速效氮、有效磷和速效钾含量分别增加0.24%、15.8%、29.7%和1.33%、6.92%、14.7%。（2）有机碳总量分别增加42.1%和47.9%,WSS、HA和Hu含量分别增加28.4%、51.9%、76.2%和87.7%、84.9%、70.1%,而FA含量分别下降了9.2%和1.74%。说明稻田耕作年限越长越有利于土壤有机碳的积累。（3）胡敏酸占腐殖质的比例（PQ）值均增大,土壤腐殖化程度加深。（4）HA的氢碳元素物质的量之比（H/C）、色调系数（？lg K）、半定量分析得红外光谱在2 920和1 720峰处吸收强度之比（E2 920/1 720）与在2 920和1 620峰处吸收强度之比（E2 920/1 620）均减小,HA分子芳化度增强,缩合度上升,结构变得复杂。

不同开垦年限农田黑土磷素形态及数量变化

试验研究了黑龙江省不同经纬度不同开垦年限的4个地区农田黑土磷素形态分布及数量变化。结果表明：随开垦年限增加的农田黑土,全磷逐渐升高;有机磷含量呈先升高再降低的趋势;速效磷、Al-P、Fe-P、Ca-P呈先降低再升高的趋势;O-P变化不显著;无机磷各组分的绝对变化量排序为Fe-P〉Ca-P〉Al-P〉O-P;变化强度为Fe-P〉Ca-P〉O-P〉Al-P。对于开垦年限均为100~150年的侵蚀程度不同的双城和宾县农田黑土,宾县侵蚀区黑土全磷、Al-P、Fe-P、O-P、有机磷含量高于双城非侵蚀区黑土;速效磷、Ca-P非侵蚀区高于侵蚀区;黑土由非侵蚀到侵蚀无机磷各组分的绝对变化量排序为Fe-P〉Ca-P〉Al-P〉O-P;变化强度为Fe-P〉Ca-P〉Al-P〉O-P。黑土的速效磷、有机磷与全磷之间存在极显著的相关性;无机磷中的Ca-P、Al-P、O-P是有效的磷源。

开垦年限对干旱区土壤理化性质及剖面无机碳的影响

为阐明开垦年限对土壤理化性质及无机碳的影响,进一步了解干旱区土地开垦进程中的土壤质量变化规律和碳吸收与存储过程,以开垦年限分明的典型区—新疆三工河流域阜北农场为研究区,调查、分析了不同开垦年限(已开垦0,1,3,5,15,30,50a)剖面土壤的pH值、盐分、无机碳含量与储量的分布特征、变化规律及开垦年限对它们的影响。结果表明:(1)已开垦土地的土壤pH值随土层深度的增加而升高;随开垦年限的延长,0—60cm(耕作层)的土壤pH值显著降低(P<0.05),60—140,140—200cm土壤pH值则升高。不同开垦年限的土壤盐分在剖面上呈"S"型分布,研究区土壤盐分为表聚型;随着开垦年限的延长,土壤盐分聚集层逐渐下移,各剖面平均含盐量减少。开垦历史的延长,有助于排盐排碱。(2)不同开垦年限的土壤无机碳含量与储量:0—60cm显著低于60—140cm,60—140cm显著低于140—200cm(P<0.05)。随着土层深度的增加,土壤无机碳储量占全碳的比例增大。随着开垦年限的延长,0—60cm耕作层土壤无机碳含量、储量呈"减少—增加—减少"的变化趋势,无机碳储量占全碳的比例减少。与原始荒地相比,开垦50a时,0—60cm耕作层的土壤无机碳储量减少了55%;0—200cm土壤无机碳储量增加了11.74kg/m^2,无机碳储量所占全碳的比例降低了1.28%。(3)开垦年限的延长对土壤pH、盐分及无机碳的显著影响深度不同,分别集中于0—60cm耕作层,0—140cm及整个研究深度范围内。

不同开垦年限土壤养分和盐分时空分布特征研究

为了研究干旱区绿洲农业不同开垦年限耕地土壤养分的时间和空间变化规律,选取玛纳斯流域内5个开垦年限(荒地、2 a、4 a、6 a、8 a)的土地,结合地统计学、3S技术,利用空间置换时间的方法对研究区土壤养分和盐分的时空分布特征进行分析研究。结果表明:研究区耕地随着开垦年限的增加,各层土壤的总盐、有效钾含量呈现明显下降的趋势。总盐含量由开垦前11.9~25.2 g·kg^(-1)下降至开垦8 a后的1.7~3.0 g·kg^(-1),尤其是表层土壤总盐的含量在开垦种植6~8 a后基本维持在非盐化-轻盐化水平;而土壤有效钾含量在各个层次均呈现出不断的消耗趋势,由开垦前225~499 mg·kg^(-1)下降至开垦8 a后的138~225 mg·kg^(-1);随着开垦年限的增加,研究区土壤有机质、碱解氮和有效磷含量呈现出先下降再升高的趋势,基本上在开垦4 a左右的时候会出现一个较低值,然后随着开垦种植年限的增加而逐渐上升,如有效磷含量由开垦前3.7~8.1 mg·kg^(-1)下降至开垦4 a后的1.9~5.7 mg·kg^(-1),随后上升至开垦8 a后的3.37~13.5 mg·kg^(-1)。研究表明,研究区农业用地开垦时间的长短对土壤养分、盐分含量的影响表现出一定的规律。

不同开垦年限湿地土壤铁变化特征研究

以三江平原不同开垦年限的湿地土壤为对象,研究了土壤全铁含量、氧化铁游离度、活化度和络合度的时空变化趋势.结果表明,耕层（0-20 cm）土壤较中下层（20-100 cm）土壤、开垦初期（0-1 a）较开垦后期（1-25 a）铁所受影响更为显著.土壤全铁与有机质呈极显著负相关,相关系数为-0.620,而与全磷和pH值的相关程度较低.土层1（0-10 cm）全铁含量于开垦前7 a快速增长,13 a后趋于平稳;而土层2（10- 20 cm）的快速增长期为8 a,15 a后进入平稳期.土层1比土层2的响应时间更短,规律性更强.土壤氧化铁的游离度在开垦之后迅速升高,而后降低再升高.活化度和络合度随开垦年限的增加都呈指数衰减趋势,其中土层1的活化度在开垦前4 a迅速降低,6 a后趋于平稳,土层2的活化度则在开垦1 a内迅速降低而后一直保持平稳;而络合度的上述年限分别为6 a1、4 a和2 a.土壤中全铁的相对含量、氧化铁的活化度和络合度的拟合方程都可反推出土壤的开垦年限,可见铁对土壤环境变迁具有一定的指示作用.

施用双孢蘑菇菌渣条件下不同开垦年限土壤理化性质与养分特性变化

为了探讨菌渣长期利用对农田生态环境的影响并提供环境影响评价依据,通过比较不同开垦年限（2、3、4、6及10年）土壤理化性质及养分特性的变化,研究连续使用双孢菌渣对土壤理化特性的影响。结果表明：施用菌渣对荒漠土壤的理化性质和养分含量有显著影响,但是菌渣连续施用对不同种植年限的玉米地土壤理化性质、有机质、N、P、K的影响程度不相同。开垦后施用菌渣年限越长,土壤含盐量越高;有机质含量呈现增长的趋势,水解氮和有效磷则表现出一定的波动性;全钾、全磷含量在2~6年内维持不变,全氮含量在施肥的6年内逐年下降;土壤全盐与全磷、全钾和有机质极显著相关;开垦利用及与之相联系的灌溉影响土壤C,N养分含量的变化;同时也发现氮素消耗量较大,不能满足作物生长需要,需要补充无机氮肥。

农牧交错带开垦年限对土壤理化特性的影响

为研究农牧交错带天然草地转变为农田后,开垦年限对土壤理化特性的影响,按照邻近样地的取样原则,于2007年10月选择位于内蒙古东部农牧交错带太仆寺旗的天然草地和邻近的6个不同开垦年限的农田样地(垦殖年限为5、10、15、20、35、50a)作为研究对象分析其土壤理化性状。结果表明:在0～30cm土层中,天然草地转变为农田后,开垦年限对土壤养分含量和物理性状均有显著影响。土壤的有机碳含量、全氮含量、速效钾含量均随农田开垦年限的延长而降低,草地土壤的养分含量最高。与天然草地相比,0～10cm土层,有机碳含量分别下降36%、47%、43%、57%、68%、68%;速效钾含量分别下降33%、55%、39%、65%、60%、40%。开垦年限对土壤物理性状也有明显影响,草地土壤的粘粒含量最高,砂粒含量最低;开垦年限越长的农田,土壤砂粒含量越高,粘粒含量越低;农田土壤的容重显著高于草地,随农田开垦年限的延长,土壤容重增加;而土壤pH值显示降低趋势。研究表明在研究区域天然草地具有较好的土壤养分保持能力,开垦年限越长越易导致土壤养分的缺乏和土壤的酸化和沙化,影响整个农牧交错带生态系统的稳定性和持续性。

不同天然草地开垦年限下土壤特性对CH_4吸收的影响

通过培养实验,称取过2 mm筛的风干土样50 g于300 mL的培养瓶中,调节含水量至25%(W/W)后密封,在(25±1)℃条件下恒温培养一周,探讨内蒙古锡盟太仆寺旗典型草原天然草地转变为农田后,在相同的水分温度条件下,不同开垦年限(5、10、50年)农田的土壤特性对CH4吸收的影响。结果表明:天然草地转变为农田后降低了土壤吸收CH4的能力,开垦年限对CH4吸收有显著影响(F=20.998,P<0.001),CH4的吸收量随开垦年限的增加而逐渐降低,4个样地土壤CH4的吸收量按大小顺序为:天然草地>开垦5年的农田>开垦10年的农田>开垦50年的农田,以天然草地为对照,开垦5年、10年、50年后农田土壤CH4的吸收量分别降低了17.1%、44.1%、50.1%;CH4的累积吸收量随土壤有机碳、全氮含量和微生物生物量碳、氮的降低而降低,单因子相关分析表明,土壤有机碳含量、全氮含量、土壤微生物量碳、氮是影响土壤CH4吸收的主要因子。

不同开垦年限黑土耕层有机无机复合体变化及有机碳组分分布特征

以辰光和郭家不同开垦年限耕层黑土土壤为研究对象,探讨了有机无机复合体含量变化及有机碳组分变化在有机无机复合体中的分布规律,结果表明:土壤黏粒级复合体的含量随着开垦年限的延长而增加,粉粒及细砂级复合体的含量随着开垦年限的延长相应减少。随着复合体粒径的增大,各级土壤复合体中的有机碳及其组分含量均呈下降趋势。黏粒级复合体含量与黏粒级复合体中有机碳及组分含量之间具有显著的负相关,而粉砂和细砂级复合体含量与有机碳及组分含量之间具有显著的正相关。图2,表1,参15。

不同利用方式及不同开垦年限白浆土的肥力变化

以黑龙江省八五三农场白浆土为研究对象，以邻近的荒草地为对照，研究林地、旱田、水田3种利用方式及不同开垦年限（30～50年）旱地（大豆-玉米轮作）和水田的土壤肥力变化。结果表明：不同利用方式下，土壤表层（0～20era）的pH值大小为：荒草地〉林地〉水田〉旱田；旱田和水田表层土壤有机质分别减少44．17％和44．74％，但是亚表层（20—40cm）有机质提高。全氮含量分别减少19．92％和18．42％，全磷有所提高，全钾含量没有明显变化，旱田利用方式下土壤速效氮含量最高，水田速效磷含量最高；旱田、水田速效钾含量显著下降（37．84％和60．18％）。开垦30—50年后，旱田表层土壤pH值下降1～1．09个单位。有机质、全氮含量分别减少28．23％．43．78％、12．03％～31．20％；而全磷呈增加趋势，全钾含量变化不大。土壤速效氮、速效磷含量分别增加12-32％。42．15％和77％～195．35％．速效钾含量减少38．73％～43．08％，且随开垦年限增加，有机质、全氮减小幅度增大，速效氮的增加幅度降低。速效磷的增加幅度上升。水田表层土壤pH值下降0．62～0．84个单位，有机质含量减少33．16％～59．92％。；土壤的速效氮、速效钾含量均显著降低（24．25％～78．1％和49．95％～60．73％）；速效磷含量增加56．82％～281．9％，且随开垦年限增加，有机质、速效钾减小幅度上升而速效氮减小幅度降低，速效磷增加幅度增大。

不同利用方式和开垦年限下红壤水稳性团聚体及养分变化研究

本文就不同开垦年限下旱地、水田、菜园和荒地土壤水稳性团聚体、有机C和各养分的变化规律及其相互关系进行了研究。结果表明,荒地开垦为旱地、水田和菜园后,>5mm的水稳性团聚体含量迅速下降,但随着利用年限的延长,>0.25mm的水稳性团聚体总量呈增加趋势。旱地和菜园土壤有机C的积累速度高于全N,而水田土壤中全N和有机C含量同时迅速上升。土壤全P含量随开垦年限增加快速升高,但土壤K素淋失严重,随着熟化程度的提高而降低。红壤各粒级水稳性团聚体含量与有机C和全N含量之间均达到了显著相关关系,而与全P和全K间相关性不显著。可见,土壤团聚体稳定性程度保持在何种水平,主要取决于农田有机C库及N的平衡状况。

不同开垦年限白浆土磷素吸附特征

选取开垦0,1,10,20,30年白浆土为研究对象,采用室内培养方法,以Langmuir方程研究白浆土磷素吸附特征,并分析Langmuir方程特征参数。结果表明:在外源磷浓度为0～50mg/L时,随平衡液浓度增加,不同开垦年限白浆土磷素吸附量显著增加;不同开垦年限白浆土间磷素吸附量存在明显差异,开垦30年明显低于其他开垦年限,开垦10年显著高于其他开垦年限土壤。长期耕作施肥可显著降低白浆土磷素吸附亲和力常数(k)、最大缓冲容量(MBC)、标准需磷量(SPR)。其中又以开垦30年土壤的k、MBC、SPR值最低。施肥对最大吸附量(Xm)的影响不显著。

三江平原挠力河流域湿地不同开垦年限肥力的变化

利用相关分析、主成分分析等方法,对挠力河流域湿地开垦后不同利用年限的土壤肥力变化进行了分析。结果表明:湿地土壤开垦后的肥力退化显著,有机质和全氮含量下降。开垦1～2年后有机质下降6.0％,全氮下降3.1％;5年后则分别下降63.6％和62.5％。其他肥力因子的变化也与此有关。增加土壤有机肥料的投入量,防止土壤有机质含量的下降是防止土壤肥力退化的关键。

黑河中游绿洲化过程中不同开垦年限农田大型土壤动物群落特征

对不同开垦年限绿洲农田大型土壤动物群落结构特征进行研究,探讨绿洲化过程中农田大型土壤动物群落对土壤环境演变的响应及适应机制。天然荒漠草地开垦为绿洲农田后,新垦绿洲农田大型土壤动物密度和类群丰富度增加为天然荒漠草地的1.95倍和1.54倍,百年绿洲农田土壤动物密度和类群丰富度增加为天然荒漠草地的3.54倍和3.00倍;但群落多样性和均匀度指数变化较小。不同动物类群随着绿洲农田开垦年限增加,其变化规律也存在较大差异,如地蜈蚣科(Geophilidae)、线蚓科(Enchytraeidae)、正蚓科(Lumbricidae)和蝇科幼虫(Muscidae)个体密度逐渐增加,拟步甲科(Tenebrionidae)和象甲科(Curculionidae)个体密度显著降低,而平腹蛛科(Gnaphosidae)、夜蛾科(Noctuidae)幼虫和蚁科(Formicidae)受农田开垦以及开垦年限的影响较小。RDA分析结果表明绿洲化过程中不同开垦年限绿洲农田的土壤温度、pH、土壤粘粉粒、土壤含水量、土壤有机碳和全氮的变化是导致绿洲化过程中绿洲农田大型土壤动物群落演变的主要影响因素,而随着绿洲农田开垦年限增加,土壤含盐量、土壤粗砂粒和细砂粒的变化是导致不同开垦年限绿洲农田大型土壤动物群落演变的主要影响因素。

开垦年限对黑土氮初级转化速率和净转化速率的影响

以东北黑土区开垦2 a和开垦30 a的典型旱作土壤为研究对象,采用15N同位素成对标记技术开展室内培养试验,利用数值计算模型(FLUAZ)计算不同开垦年限土壤的氮初级转化速率,以比较不同开垦年限黑土氮初级转化速率和净转化速率的差异,明确开垦年限对黑土氮转化过程的影响。结果表明,与开垦2 a土壤相比,开垦30 a土壤的有机碳和水溶性有机碳含量显著降低,导致土壤氮初级矿化速率和初级固定速率也显著降低。但开垦30 a土壤的初级硝化速率、净硝化速率和净氮矿化速率却显著高于开垦2 a土壤。两个开垦年限土壤的初级硝化速率分别为净硝化速率的1.15倍和1.02倍,说明土壤微生物对硝态氮的固定很少。开垦30 a土壤的m/i值(氮初级矿化速率与初级固定速率之比)和n/ia值(初级硝化速率与初级铵态氮固定速率之比)均显著大于1,而开垦2 a土壤的m/i值和n/ia值均接近1。表明开垦2 a土壤的氮矿化与固定过程紧密偶联,氮素损失的风险较小,而开垦30 a土壤中氮矿化量超过了固定量,这为硝化作用的进行提供了底物,增加了硝酸盐反硝化和淋溶风险。

三江平原水稻田耕层土壤铁随开垦年限的动态变化

以三江平原不同开垦年限水稻田为研究对象,分析了水稻田耕层土壤铁随开垦年限的动态变化情况。结果表明,随开垦年限增加,水稻田耕层土壤全铁呈指数形式递增;游离态铁以波动形式增加,3和11a时为波谷,5和14 a时为波峰;络合态铁开垦前期逐年增加,8 a后增加到1 562.41 mg/kg,随后逐渐减少;无定形态铁呈指数递减趋势。氧化铁的游离度先升高后降低,开垦8 a时达到最高值0.46;络合度在开垦前8 a逐年上升,5～8 a增速降低,8 a时达到最高值0.18,之后逐年下降;活化度则呈指数形式下降。土壤淹水状况和耕作管理方式的不同造成水稻田和大豆田氧化铁游离度、络合度和活化度随开垦年限变化趋势的差异。水田开发使湿地表土游离态铁、络合态铁和无定形态铁含量增加,氧化铁游离度升高,水稻田耕层土壤氧化铁络合度和活化度低于天然湿地,高于大豆田。