張　濛,濮勵(lì)杰,2,*,王小涵,王琪琪,韓明芳

1 南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院, 南京　210023 2 國(guó)土資源部海岸帶開發(fā)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京　210023

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長(zhǎng)期耕種對(duì)江蘇沿海圍墾區(qū)濱海鹽土理化性質(zhì)和小麥產(chǎn)量的影響

張濛1,濮勵(lì)杰1,2,*,王小涵1,王琪琪1,韓明芳1

1 南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院, 南京210023 2 國(guó)土資源部海岸帶開發(fā)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京210023

江蘇沿海地區(qū)擁有豐富的灘涂資源,灘涂圍墾長(zhǎng)期以來為國(guó)家提供了大量土地利用后備資源,而耕地又是其圍墾后最主要的土地利用方式之一。利用實(shí)驗(yàn)室土壤理化分析調(diào)查江蘇東臺(tái)灘涂圍墾區(qū)耕種60a內(nèi)耕地土壤理化屬性及對(duì)應(yīng)小麥產(chǎn)量的變化。結(jié)果表明：(1)在58a的耕種過程中,耕地土壤整體表現(xiàn)出脫鹽、脫堿和養(yǎng)分積累的的趨勢(shì),土壤電導(dǎo)率(EC1∶5)、pH1∶2.5由耕種前的5.29dS/m和8.76下降至0.11dS/m和7.93,土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)和全氮(TN)則由2.64g/kg和0.15g/kg上升至13.72g/kg和1.12g/kg;(2)土壤堿解氮(AH-N)、有效磷(AP)和速效鉀(AK)受施肥和作物生長(zhǎng)影響強(qiáng)烈,除AK持續(xù)流失外,AH-N和AP均表現(xiàn)出先增長(zhǎng)后減少的趨勢(shì);(3)土壤碳氮比(C/N)和陽離子交換量(CEC)在耕種15—53a經(jīng)歷了劇烈波動(dòng),反應(yīng)出此期間該地區(qū)土壤的脆弱性,除AK外,各土壤理化指標(biāo)均在耕種53a后開始影響20cm以下的深層土壤;(4)隨著土壤環(huán)境的改善,小麥產(chǎn)量的上升經(jīng)歷了快速增產(chǎn)(0—15a)、波動(dòng)中產(chǎn)(15—53a)和穩(wěn)定高產(chǎn)(53a以上)3個(gè)階段,在耕種53年后可達(dá)到該品種小麥(揚(yáng)麥16)正常產(chǎn)量。雖然高強(qiáng)度的農(nóng)業(yè)開發(fā)使土壤質(zhì)量和小麥產(chǎn)量的都有了大幅提升,但耕種0—40年間所表現(xiàn)出的土壤環(huán)境的劇烈變化和波動(dòng),以及化肥投入與小麥產(chǎn)量之間不對(duì)應(yīng)所可能導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)問題卻應(yīng)當(dāng)引起重視,為日后的農(nóng)業(yè)開發(fā)提供參考依據(jù)。

灘涂圍墾;耕地;土壤理化屬性;小麥產(chǎn)量;江蘇沿海

隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,人類對(duì)于土地的需求日益增長(zhǎng)。作為獲取土地的重要方式之一,灘涂圍墾的范圍和強(qiáng)度都在近年來快速增長(zhǎng)[1- 2],其對(duì)緩解土地資源,尤其是耕地資源緊缺具有十分重要的意義。江蘇省擁有666km的粉砂淤泥質(zhì)海岸線,自然狀態(tài)下灘涂仍可以13.3km2/a的速度淤漲,這為江蘇省實(shí)施圍墾工程提供了豐富的灘涂資源[3- 4]。合理的土壤改良措施[5]以及長(zhǎng)期耕種[6]可以有效地提升濱海鹽土的有機(jī)質(zhì)含量,改善土壤結(jié)構(gòu),提升土壤肥力,從而增加沿海優(yōu)質(zhì)耕地儲(chǔ)備量,以保障我國(guó)糧食安全和國(guó)家生態(tài)社會(huì)安全,同時(shí)以耕地占補(bǔ)平衡的形式填補(bǔ)發(fā)展過程中建設(shè)用地的巨大需求。由于近現(xiàn)代國(guó)外鮮有類似國(guó)內(nèi)的圍墾規(guī)模和形式,其研究也主要集中于墾區(qū)間百年以上大時(shí)空尺度[6- 7]或墾區(qū)內(nèi)數(shù)年間小時(shí)空尺度[8]下土壤屬性的變化。出于農(nóng)業(yè)開發(fā)的迫切需求,國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究在20世紀(jì)末主要集中于圍墾后濱海鹽土改良措施[5,9],近年來也開始對(duì)圍墾后土壤理化[10- 12]及生物屬性[13- 14]的演變展開了大量研究,并從多方面對(duì)圍墾后土壤質(zhì)量進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)[14- 16]。研究結(jié)果表明,隨著圍墾年限的增加,脫離海水浸泡和植物生長(zhǎng)使圍墾后土壤基本遵循脫鹽、脫堿以及養(yǎng)分積累[17- 18]和土壤顆粒細(xì)化[11]的規(guī)律,其生物群落數(shù)量和結(jié)構(gòu)都在發(fā)生劇烈變化[19- 20]。

盡管對(duì)于灘涂圍墾后土壤屬性和質(zhì)量演變的研究已日趨成熟,但現(xiàn)有研究對(duì)中長(zhǎng)期耕作時(shí)間尺度下(50a)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的劇烈變化過程缺乏精確描繪。灘涂圍墾區(qū)土壤質(zhì)量演變?cè)u(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性與對(duì)應(yīng)作物產(chǎn)量密切相關(guān)[21- 22],同時(shí)作為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算中最主要的組成部分[23- 24],其結(jié)果直接影響到對(duì)圍墾開發(fā)活動(dòng)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益的衡量。在國(guó)家對(duì)于圍墾區(qū)土地利用比例規(guī)定(農(nóng)用地、建設(shè)用地和生態(tài)用地比例為3∶1∶1)的框架下,對(duì)圍墾初期土壤屬性和作物產(chǎn)量演變的準(zhǔn)確研究,將成為沿海生態(tài)安全評(píng)價(jià)以及政策修訂的重要依據(jù)[1]。前期的研究工作[18,25- 26]雖然在一定程度上彌補(bǔ)了這一領(lǐng)域的空白,但并未結(jié)合與之對(duì)應(yīng)作物產(chǎn)量的研究。因此,本文基于圍墾60a內(nèi)不同圍墾年限以及不同耕作年限下耕地土壤屬性及小麥產(chǎn)量變化試驗(yàn),分析了長(zhǎng)期耕作對(duì)濱海鹽土理化性質(zhì)及作物產(chǎn)量的影響,旨在為科學(xué)判定圍墾區(qū)土壤質(zhì)量、灘涂圍墾區(qū)耕地生產(chǎn)力變化以及未來灘涂圍墾區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

圖1　研究區(qū)域Fig.1　Study area

本文研究地點(diǎn)位于江蘇省東臺(tái)市灘涂圍墾區(qū)(32°40′00″—32°52′00″N, 120°45′00″—120°57′00″E)(圖1)。東臺(tái)市位于長(zhǎng)江和黃河入海口之間,擁有豐富的泥沙沉積物來源,屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,降雨主要集中在6—8月,雨熱同季,四季分明,年均降水量為1051.0 mm,年均氣溫14.6℃。圍墾后土地主要用于農(nóng)、漁業(yè)開發(fā),以及少量林業(yè)和工業(yè)。 耕地主要種植作物有水稻、小麥、油菜、玉米和棉花,采用一年兩季輪作模式。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取不同年代圍墾的5個(gè)墾區(qū),除條子泥一期墾區(qū)外,在各墾區(qū)內(nèi)按照耕作起始時(shí)間不同分別設(shè)定2塊樣地,樣地信息如表1所示,規(guī)格均為10m×10m長(zhǎng)期種植冬小麥的耕地,以新圍墾仍未開發(fā)的條子泥一期墾區(qū)作為對(duì)比。

1.3樣品采集

2013年5月,在條子泥一期墾區(qū)以及每個(gè)樣地中隨機(jī)布設(shè)5個(gè)1m×1m的樣方,每個(gè)樣方采集20cm土壤表面樣品,并收集小麥麥穗。同時(shí)在每個(gè)采樣地以土鉆采集深度為1m的剖面樣,以20cm為間隔分層。所有土樣帶回實(shí)驗(yàn)室后經(jīng)自然風(fēng)干,過2mm篩后保存?zhèn)溆?小麥樣品烘干后脫粒稱重。

1.4指標(biāo)測(cè)定

土壤含鹽量采用電導(dǎo)法(1∶5土水比,EC1∶5);土壤pH采用pH 計(jì)法(1∶2.5土水比,pH1∶2.5);土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)采用低溫外加熱重鉻酸鉀氧化法;土壤全氮(TN)采用凱氏消煮法;堿解氮(AH-N)采用堿解擴(kuò)散法;速效磷(AP)采用碳酸氫鈉浸提鉬藍(lán)比色法;速效鉀(AK)采用1mol/L乙酸銨浸提-火焰光度法;陽離子交換量(CEC)采用乙酸鈉法。

表1　采樣耕地信息

1.5數(shù)據(jù)分析

利用SPSS18.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)來比較耕作年限對(duì)各土壤理化屬性以及小麥產(chǎn)量的影響,并利用Duncan法檢驗(yàn)不同耕種年限間差異的顯著性,同時(shí)以Pearson相關(guān)系數(shù)評(píng)價(jià)不同土壤理化屬性指標(biāo)與小麥產(chǎn)量間的相關(guān)關(guān)系。

采用表聚系數(shù)(SAI)[27]來描述各土壤理化屬性剖面形態(tài)的變化,公式如下：

式中,SAI為表聚系數(shù),Pi為土壤第i層的理化屬性指標(biāo)。SAI≤0.25表示未聚集;0.250.5表示強(qiáng)聚集。

2　結(jié)果與分析

2.1表層土壤屬性變化

對(duì)于影視公司來說，從“賣道具”進(jìn)入“賣演員”，顯然多了一個(gè)掙錢渠道。從來就不缺少有虛榮心的人，尤其現(xiàn)在很多家庭不差錢，花點(diǎn)錢讓孩子演個(gè)角色，極大滿足了家長(zhǎng)和孩子的虛榮心?？梢灶A(yù)計(jì)，這是一個(gè)很大的市場(chǎng)，以后的影視劇可能根本不以播出為目標(biāo)，在制作過程中就把錢“掙夠了”。可是，這種“賣演員”做法，極大地違背了行業(yè)倫理，長(zhǎng)此以往，任其泛濫，將會(huì)造成假丑惡盛行，真善美退居一邊。影視制作輸出的本應(yīng)是精神產(chǎn)品，如果長(zhǎng)此以往這個(gè)行業(yè)不僅很難出現(xiàn)精品力作，而且會(huì)對(duì)社會(huì)道德造成嚴(yán)重腐蝕。

2.1.1表層土壤理化狀態(tài)變化

EC1∶5可以綜合反映土壤含鹽量的大小,是沿海圍墾地區(qū)重要的環(huán)境因子之一,也決定了土壤的宜耕性,并在很大程度上影響了作物產(chǎn)量。圍墾初期,土壤含鹽量極高(圖2),作物無法生長(zhǎng)。耕作7a后,土壤含鹽量下降72.4%,達(dá)弱鹽漬化水平;耕作15a后則可完成表土脫鹽過程。土壤pH在耕種58a過程中整體呈下降趨勢(shì),由強(qiáng)堿性可下降至堿性水平。在最初耕種的7a間,pH并沒有明顯變化,仍處于8.74—8.91的高值;耕種15a后,pH值迅速下降至堿性水平,在隨后38a的耕種過程中,土壤pH并沒有明顯下降,而是在8.04—8.33之間波動(dòng);在耕種58a后,pH可下降至7.93,達(dá)到中性水平。

SOM和TN含量總體隨耕作年限的增加而呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)。SOM的增加分為3個(gè)階段：耕作7a內(nèi),SOM迅速積累,由2.64g/kg上升至8.20g/kg,積累速率可以達(dá)到0.79g kg-1a-1;耕作10—40a,SOM處于平穩(wěn)積累中,增幅僅為1.75g/kg,積累速率為0.05 g kg-1a-1;耕作40a后至58a,SOM再次積累至13.92g/kg并達(dá)到穩(wěn)定,其增幅可達(dá)0.31 g kg-1a-1。TN的積累與SOM類似,但其起始積累階段可持續(xù)至耕種15a以后,由0.15k/kg積累至0.92g/kg,隨后至35a間發(fā)生小幅的氮素流失,流失速率為0.01 g kg-1a-1;耕作35a以后又是氮素持續(xù)積累的過程,耕作58a可積累至1.12g/kg。

圖2　耕種年限與表層土壤理化狀態(tài)之間的關(guān)系Fig.2　Relationships between cultivated year and surface soil chemical-physical states

2.1.2表層土壤有效養(yǎng)分變化

由圖3可見,與土壤全氮含量類似,土壤堿解氮含量也隨耕作年限的增加呈現(xiàn)出“積累-消耗-再積累”的趨勢(shì),但積累可持續(xù)至耕種后23a,達(dá)48.39mg/kg,相較于耕種前(15.91mg/kg)提升204.15%,而35a后又下降至24.65mg/kg,僅高出耕種前54.9%。58a的耕種最終可使堿解氮含量達(dá)到48.96mg/kg。土壤有效磷含量在耕作7a間由6.38mg/kg迅速上升至45.36mg/kg,而此后則處于持續(xù)下降狀態(tài),在55a后最低僅為4.03mg/kg。土壤速效鉀含量則在15a內(nèi)由342.45mg/kg的高值下降至僅含66.62mg/kg,年均降幅達(dá)5.37%,此后則穩(wěn)定維持在45.72—119.65mg/kg的水平。

圖3　耕種年限與表層土壤有效養(yǎng)分之間的關(guān)系Fig.3　Relationships between cultivated year and surface soil available nutrients

2.1.3表層土壤環(huán)境變化

圖4　耕種年限與表層土壤環(huán)境屬性之間的關(guān)系Fig.4　Relationships between cultivated year and surface soil environment properties

2.2土壤剖面屬性變化

由圖5可以發(fā)現(xiàn),耕種初期,土壤剖面含鹽量均處于較高水平,平均可達(dá)2.28dS/m。隨著耕作的進(jìn)行,各層剖面鹽分迅速下降,但在耕作初期,表層土壤鹽分聚集程度由弱性聚集轉(zhuǎn)變?yōu)橹械染奂?表2),反映了灌溉和蒸發(fā)作用對(duì)土壤鹽分遷移的共同影響。而耕作15a后,各層土壤均完成脫鹽過程,土壤鹽分也不再發(fā)生表層聚集。土壤各層pH在8.5—9.0之間波動(dòng),并在耕種40a內(nèi)并沒有明顯的下降趨勢(shì),在耕種40—60年后才有明顯下降,但仍處于堿性范圍。耕作過程中,pH并沒有發(fā)生表面聚集的趨勢(shì),但在耕作初期底層pH有所上升。

圖5　不同耕種年限下0—100cm土壤屬性Fig.5　Soil properties of 0—100 cm soil in different cultivated years

SOM和TN的趨勢(shì)類似,表層土壤均在耕作過程中發(fā)生明顯積累。但耕種40—60a內(nèi),SOM僅在20—40cm有所上升,而TN則在各層都有顯著提高。隨著SOM和TN在表層土壤的積累,兩者的表聚系數(shù)均在耕作5—10a達(dá)到了強(qiáng)聚集水平,所不同的是,SOM的聚集水平表現(xiàn)為持續(xù)升高,而TN的聚集水平在耕作35a后達(dá)到峰值(接近1.0),隨后回落至0.6左右。各層C/N波動(dòng)劇烈,多數(shù)在8.0—12.0之間,在耕種7a以后,40—100cm的中下層C/N有增大的趨勢(shì),最高可達(dá)15.2。

各層土壤AH-N、AP在耕作前在各層面的含量比較接近,且都處于低值。AH-N在最初開始耕作的23a在表面迅速積累,隨后則緩慢下降,在耕作40a之前,AH-N的消長(zhǎng)主要發(fā)生在表層土壤,而40—58a間,則開始向深層土壤遷移,并在60—80cm形成較高的積累層。除表層外,AP在各土壤層面都呈下降趨勢(shì),直到40—60a才有所回升;在耕種7a后,土壤表層AP含量達(dá)到最高值后大幅下降,在40—58a間又重新開始積累。AK在各土壤層面都在耕種后呈下降趨勢(shì),除在23a后表現(xiàn)出中等聚集外,耕種58a內(nèi)都沒有表現(xiàn)出明顯的表面聚集現(xiàn)象。CEC水平的升高趨勢(shì)主要發(fā)生在0—20cm的表層土壤,在耕種35a以后開始影響中下層土壤,至耕種58a后各層CEC平均可達(dá)6.71cmol/kg。

表2　不同耕種年限下土壤屬性表聚系數(shù)(SAI)

2.3小麥產(chǎn)量變化

圖6　耕種年限與小麥產(chǎn)量之間的關(guān)系Fig.6　Relationship between cultivated year and wheat production

如圖6所示,小麥產(chǎn)量在總體隨耕種年限的增加呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。7—15a產(chǎn)量增加最為迅速,由1314kg/hm2可增至6638kg/hm2,年增長(zhǎng)率可達(dá)50.6%。耕種15—40a間,小麥產(chǎn)量緩慢提升,產(chǎn)量水平增長(zhǎng)速度并不明顯,甚至在35—40a間有小幅下降,平均產(chǎn)量為6792kg/hm2。耕種53a后,產(chǎn)量可提升至8674kg/hm2,較15—40a間提升27.7%,基本與該小麥品種(楊麥16)的理論產(chǎn)量接近。

2.4小麥產(chǎn)量與土壤理化屬性間的相關(guān)關(guān)系

在研究區(qū)域內(nèi),EC1∶5與pH1∶2.5之間表現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)(r=0.59**,n=45),而與SOM、TN、AH-N和CEC之間均呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(表3)。與其它土壤養(yǎng)分指標(biāo)相反,AK與EC1∶5和pH1∶2.5均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān),其中與EC1∶5的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.94,說明該地區(qū)的AK主要是以土壤水中K+的形式存在。C/N與研究區(qū)土壤鹽分含量和堿性水平表現(xiàn)出強(qiáng)烈極顯著正相關(guān),表明高鹽高堿的土壤環(huán)境極大限制了土壤礦化速率的升高。AP除了與C/N表現(xiàn)出極顯著負(fù)相關(guān)外,僅與AH-N表現(xiàn)出顯著水平正相關(guān),而與其它土壤屬性指標(biāo)間并沒有顯著相關(guān)關(guān)系,說明灘涂圍墾區(qū)的土壤有效磷素本底值低,受人類耕種行為影響很大,且很難像其它土壤養(yǎng)分一樣隨土壤環(huán)境的改善而積累,而主要的限制因子為土壤礦化速率水平。

小麥產(chǎn)量與土壤鹽分含量、pH以及AK成極顯著負(fù)相關(guān),同時(shí)與SOM、TN、AH-N和CEC則成極顯著正相關(guān),而受AP和C/N的影響并不明顯,說明土壤鹽堿條件的改善和有機(jī)質(zhì)、氮素的積累以及離子交換活性的提高可以顯著促進(jìn)灘涂圍墾區(qū)小麥產(chǎn)量的增加,但磷素僅能通過施肥供應(yīng),土壤本底含量極低,受施肥作用影響很大,且主要被作物吸收,很難在土壤中積累。

表3　灘涂圍墾區(qū)土壤理化屬性指標(biāo)與小麥產(chǎn)量間的相關(guān)關(guān)系

**表示P<0.01水平顯著相關(guān);*表示P<0.05水平顯著相關(guān);n=45

3　討論

秸稈還田等改良措施可以有效地促進(jìn)耕地土壤有機(jī)質(zhì)的積累,為該地區(qū)土壤質(zhì)量整體提高奠定了基礎(chǔ)。但自然灘涂是氮、磷養(yǎng)分匱乏的地區(qū)[34],因此為在圍墾后短期內(nèi)獲得糧食收益,高強(qiáng)度的化肥施用就成為必然。這雖然有效提高了土壤氮素積累的速率,但同時(shí)也導(dǎo)致了土壤C/N的下降。隨著土壤鹽堿脅迫的弱化,土壤微生物活性也逐漸增加[35],在氮素供應(yīng)充足的條件下,土壤微生物會(huì)消耗更多有機(jī)碳以維持其活性,以至于低C/N會(huì)加速有機(jī)質(zhì)的礦化速率[36],可能導(dǎo)致土壤質(zhì)量整體退化。各速效養(yǎng)分和CEC在近60a的耕種過程中均存在不同程度的波動(dòng),可見土壤仍處于相對(duì)脆弱的狀態(tài),受人類耕種方式和區(qū)域差異影響很大。因此在土壤改良過程中,合理調(diào)控化肥使用量,在提高有機(jī)質(zhì)和氮素積累的同時(shí),將農(nóng)田土壤C/N控制在合理范圍也是圍墾地區(qū)農(nóng)田值得注意的問題之一。

在耕種初期的10a內(nèi),土壤環(huán)境的改善和大量氮肥的施用的確顯著提高了小麥產(chǎn)量,但是隨后15—40a時(shí)間內(nèi),相同的氮肥施用并沒有使小麥產(chǎn)量相應(yīng)提高。該地區(qū)施用氮肥以尿素(NH4OH)為主,高pH的土壤環(huán)境也使氮肥易于變成NH3揮發(fā)[37],伴隨著耕種初期較高的土壤侵蝕速率[38],氮肥的流失量是不可忽視的,極有可能對(duì)周邊水體造成嚴(yán)重的面源污染。相比氮肥,磷肥在15—55a間的施用量存在不足。在最初的7a間,因?yàn)樽魑餆o法正常生長(zhǎng)使得施用的磷肥未得到充分利用,AP在土壤中大量殘留;但隨著作物生長(zhǎng)趨于正常,速效磷的需求量相應(yīng)增加,在土壤流失的共通作用下,速效磷含量呈持續(xù)下降狀態(tài)。在耕種55a以后,由于深層土壤通氣質(zhì)量改善,各土壤速效開始向深層遷移,這也會(huì)成為長(zhǎng)期耕種后土壤養(yǎng)分流失的新途徑。濱海地區(qū)土壤屬性的改良往往在短期內(nèi)很難取得顯著性效果[39],因此更加需要結(jié)合土壤環(huán)境和作物產(chǎn)量的變化,調(diào)整化肥使用量,以避免在土壤改良過程中造成新的環(huán)境問題。

4　結(jié)論

江蘇沿海圍墾耕地在耕種后在58a的耕種過程中,耕地土壤整體表現(xiàn)出脫鹽、脫堿和養(yǎng)分積累的的趨勢(shì)。EC1∶5、pH1∶2.5由耕種前的5.29dS/m和8.76下降至0.11dS/m和7.93, SOM和TN則由2.64g/kg和0.15g/kg上升至13.72g/kg和1.12g/kg。

土壤AH-N、AP和AK受施肥和作物生長(zhǎng)影響強(qiáng)烈,除AK持續(xù)流失外,AH-N和AP均表現(xiàn)出先增長(zhǎng)后減少的趨勢(shì)。土壤C/N和CEC在耕種15—53a經(jīng)歷了劇烈波動(dòng),反應(yīng)出此期間該地區(qū)土壤的脆弱性,除AK外,各土壤理化指標(biāo)均在耕種53a后開始影響20cm以下的深層土壤。

隨著土壤環(huán)境的改善,小麥產(chǎn)量的上升經(jīng)歷了快速增產(chǎn)(0—15a)、波動(dòng)中產(chǎn)(15—53a)和穩(wěn)定高產(chǎn)(53a以上)3個(gè)階段,在耕種53a后可達(dá)到該品種小麥正常產(chǎn)量。

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Effects of long-time cultivation on physicochemical properties of coastal saline soil and wheat production at reclamation areas of Jiangsu Province

ZHANG Meng1, PU Lijie1,2,*, WANG Xiaohan1, WANG Qiqi1, HAN Mingfang1

1SchoolofGeographicandOceanographicSciences,NanjingUniversity,Nanjing210023,China2TheKeyLaboratoryoftheCoastalZoneExploitationandProtection,MinistryofLandandResources,Nanjing210023,China

The coastal regions of the Jiangsu Province have abundant tidal flat resources. Tidal flat reclamation has supported vast land backup resources and provided land primarily for farming. Soil analyses were carried out to investigate physicochemical properties of the farmland soil and changes in wheat productions at reclaimed areas in Dongtai County over the 60-year period. The results demonstrated the following: (1) In general, during 58 years of cultivation, soil underwent desalination, dealkalization, and nutrients accumulation, soil electronic conductivity (EC1∶5) and pH1∶2.5decreased from 5.29 dS/m and 8.76 before cultivation to 0.11 dS/m and 7.93 after that, respectively, and soil organic matter and total nitrogen increased from 2.64 g/kg and 0.15 g/kg to 13.72 g/kg and 1.12 g/kg, respectively; (2) Alkali-hydrolysable nitrogen (AH-N), available phosphorus (AP), and available potassium (AK) were strongly affected by fertilization and crop growth; AH-N and AP dropped after initial increase, whereas AK levels continuously decreased; (3) Soil carbon/nitrogen ratio and cation exchange capacity fluctuated sharply between 15 and 53 years of cultivation, reflecting the vulnerability of soil at this region. Studied physicochemical properties revealed that the soil at a depth of more than 20 cm was affected after 53 years of cultivation with the exception of AK; (4) With the improvement of soil environment, there were three stages in wheat production increase: high-speed increase (0—15 years), fluctuation in the production (15—53 years), and stable high production (over 53 years); wheat can reach stable production of this cultivar (Yangmai-16) after 53 years. Although heightened agricultural development greatly enhanced soil quality and wheat production, it also caused dramatic changes and fluctuations in soil environment triggering ecosystem problems; hence, the correlation between chemical fertilization and wheat production should be carefully assessed.

tidal flat reclamation; farmland; soil physicochemical properties; wheat production; coastal region of Jiangsu Province

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41230751)

2015- 02- 06;

2015- 06- 01

Corresponding author.E-mail: ljpu@nju.edu.cn

10.5846/stxb201502060296

張濛,濮勵(lì)杰,王小涵,王琪琪,韓明芳.長(zhǎng)期耕種對(duì)江蘇沿海圍墾區(qū)濱海鹽土理化性質(zhì)和小麥產(chǎn)量的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(16):5088- 5097.

Zhang M, Pu L J, Wang X H, Wang Q Q, Han M F.Effects of long-time cultivation on physicochemical properties of coastal saline soil and wheat production at reclamation areas of Jiangsu Province.Acta Ecologica Sinica,2016,36(16):5088- 5097.