蘇永中，張珂，劉婷娜，范桂萍，王婷

（中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院臨澤內(nèi)陸河流域研究站/中國科學(xué)院內(nèi)陸河流域生態(tài)水文重點實驗室，蘭州 730000）

河西邊緣綠洲荒漠沙地開墾后土壤性狀演變及土壤碳積累研究

蘇永中，張珂，劉婷娜，范桂萍，王婷

（中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院臨澤內(nèi)陸河流域研究站/中國科學(xué)院內(nèi)陸河流域生態(tài)水文重點實驗室，蘭州 730000）

【目的】土壤養(yǎng)分變化及碳積累過程是評價綠洲農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和生產(chǎn)力演化的重要指標。本研究的目的是通過了解西北干旱區(qū)自然荒漠開墾為灌溉農(nóng)田后該指標的變化，揭示干旱區(qū)新墾農(nóng)田土壤發(fā)育及演變規(guī)律，為新墾沙地持續(xù)利用提供指導(dǎo)?！痉椒ā窟x擇河西走廊中段臨澤邊緣綠洲0—46年開墾時間序列的沙地農(nóng)田，取樣分析0—60 cm土壤剖面的物理、化學(xué)性狀變化及碳積累特征，通過比較2008年與2014年的耕層土壤（0—20 cm）測定結(jié)果，分析近幾年土壤性狀的變化。【結(jié)果】耕層土壤砂粒含量隨開墾利用年限的增加而逐漸降低，但顯著的變化發(fā)生在開墾16年后的農(nóng)田，且最近10年土壤粒級組成變化不明顯；在沙地開墾后的最初20年，耕層土壤有機碳（SOC）及全氮含量呈線性增加，20年后增加趨勢減緩。開墾46年后，SOC、全氮、堿解氮、速效磷含量分別增加了9.0倍、6.3倍、6.3倍和13.5倍，耕層土壤無機碳（SIC）含量增加了77.1%；速效鉀隨開墾年限的增加呈先降低而后增加的趨勢。20—40 cm和40—60 cm土層SOC及氮、磷、鉀養(yǎng)分含量隨開墾年限延長而逐漸增加，但變化幅度小于耕層土壤。2008—2014年的6年間，不同開墾年限的同一地塊耕層土壤粒級組成未發(fā)生變化，但SOC及氮、磷、鉀養(yǎng)分有明顯的積累。沙地開墾46年后0—60 cm土層 SOC、SIC和全碳的年平均固存量分別為0.75、0.79和 1.47 kg·hm-2·a-1；SOC的積累主要發(fā)生在0—20 cm耕作層，而SIC的積累在40—60 cm土層?；哪车剞D(zhuǎn)變?yōu)楣喔绒r(nóng)田后有巨大的碳固存潛力；土壤黏粉粒增加對SOC及養(yǎng)分的積累和保持起重要作用?！窘Y(jié)論】沙地開墾為灌溉農(nóng)田后，隨利用年限的增加，土壤肥力顯著改善，但開墾46年后土壤肥力仍處于較低水平。對新墾沙地農(nóng)田，要實現(xiàn)土地可持續(xù)利用和生產(chǎn)力持續(xù)提高，須采取提升土壤肥力水平的農(nóng)田管理措施。

土壤性狀變化；土壤碳積累；開墾時間序列；荒漠沙地；河西走廊綠洲

0 引言

【研究意義】自上世紀50年代以來，中國西北干旱區(qū)經(jīng)歷了持續(xù)的農(nóng)業(yè)土地開發(fā)，綠洲面積由 2.5× 104km2擴大到了10.4×104km2[1]。綠洲向荒漠擴展的土地利用變化改變了干旱區(qū)包括水、土、氣、生的一系列生態(tài)過程[1]。對土壤而言，一方面，荒漠轉(zhuǎn)變?yōu)榫G洲農(nóng)田后，耕作、灌溉和施肥加速了土壤發(fā)育的過程[2-3]，在隨后的農(nóng)業(yè)利用中，土壤性狀的演變進程和演變方向受農(nóng)業(yè)管理措施的強烈影響[4-5]。另一方面，土壤性狀的演變又影響著土壤水分入滲、運移和作物灌溉需水，進而影響農(nóng)田水文過程及農(nóng)田水管理[6]；新墾綠洲的穩(wěn)定和農(nóng)田生產(chǎn)力及灌溉水利用效率的持續(xù)提高也取決于土壤肥力的持續(xù)提升[6]。因此，在荒漠開墾為農(nóng)田的綠洲化過程中，土壤發(fā)育過程及其性狀的變化不僅可以指示綠洲生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能、以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的演化，也是評價土地利用及農(nóng)田管理措施的重要指標[3]。同時，土地利用變化下土壤碳動態(tài)過程研究也是認識干旱區(qū)人為土壤形成發(fā)育及區(qū)域固碳潛力的重要方面?！厩叭搜芯窟M展】一般而言，自然土壤開墾及隨后的農(nóng)業(yè)利用，會引起土壤肥力的快速下降，幾十年后達到穩(wěn)定的平衡，但這多發(fā)生在半干旱及濕潤區(qū)域[7-9]，而在干旱區(qū)，由于長期的風(fēng)蝕作用，荒漠土壤富含砂粒，結(jié)構(gòu)松散，且成土的生物作用微弱，具極低的有機質(zhì)和養(yǎng)分水平。但在開墾后，由于灌溉、施肥、耕作等顯著改變了成土過程，特別是生物量和根系碳的輸入增加及其他有機物質(zhì)的輸入，土壤有機質(zhì)及養(yǎng)分含量在開墾后的最初幾年至十幾年呈線性增加[2-3,10-12]。但隨著農(nóng)業(yè)利用年限的增加及土壤管理措施的不同，土壤有機碳及養(yǎng)分積累的速率會趨緩[3]或發(fā)生逆轉(zhuǎn)，土壤質(zhì)量退化[11]?！颈狙芯壳腥朦c】現(xiàn)有的研究對荒漠轉(zhuǎn)變?yōu)榫G洲農(nóng)田后土壤性狀演變及其農(nóng)業(yè)管理的影響仍缺乏長時間序列的跟蹤監(jiān)測。新墾荒漠綠洲農(nóng)田，也是干旱區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤固碳潛力巨大的區(qū)域，對其荒漠開墾后土壤碳積累特征的相關(guān)研究和認識仍顯不足?！緮M解決的關(guān)鍵問題】利用甘肅河西走廊中段臨澤邊緣綠洲近50年來開墾的荒漠沙地農(nóng)田定位樣地，研究沙地開墾為灌溉農(nóng)田后土壤性狀的演變過程及土壤固碳速率，為認識荒漠土壤轉(zhuǎn)變?yōu)槿藶橥寥赖某赏吝^程及區(qū)域土壤固碳潛力評估提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)地處甘肅河西走廊中段臨澤北部邊緣綠洲，為近幾十年來由老綠洲向荒漠擴展的新墾綠洲（39°24′N，100°21′E，海拔1 350—1 385 m）。綠洲外圍為沙漠與戈壁，是典型的荒漠氣候，多年年均降水量為 116.8 mm，年蒸發(fā)量 2 390 mm，年均氣溫7.6℃，無霜期165 d。地帶性土壤為灰棕漠土，由于長期風(fēng)沙侵襲與沉積，在綠洲邊緣北部形成風(fēng)沙土。自20世紀60年代后期進行綠洲邊緣沙漠化防治，沙地被平整并逐步開墾，形成不同開墾時間序列的沙地灌溉農(nóng)田。農(nóng)田灌溉用水在2000年前為黑河水地表灌溉，自2000年實施黑河向下游分水后，主要依賴地下水灌溉，約占灌溉用水量的70%。近年來，該區(qū)域主要種植制種玉米和大田玉米，采用傳統(tǒng)耕作和地膜覆蓋栽培。由于沙地土壤肥力低下，保水保肥性能差，為干旱區(qū)綠洲灌溉耗水和化肥施用最大的區(qū)域。近20年來，種植玉米每年投入的化肥用量在 250—400 kg N·hm-2，90—150 kg P2O5·hm-2和60—90 kg K2O·hm-2，部分地塊施用農(nóng)肥，玉米生育期的灌溉次數(shù)因土壤質(zhì)地的差異在6—11次[3-4]。

1.2 土壤取樣與分析

2008年玉米收獲后，對不同開墾時間序列的沙地農(nóng)田 0—20 cm土層進行了采樣分析及調(diào)查定位[3]。2014年9月，在玉米收獲后對定位農(nóng)田進行了剖面取樣。開墾年限選擇為9、16、20、29、36和46年，每個時間序列農(nóng)田選擇3塊樣地，并選取農(nóng)田周邊余留未開墾的3塊自然沙地為對照（0年），每個樣地挖取1個剖面測定土壤容重，并用土鉆另取2個剖面樣，取樣層次為0—20、20—40、40—60 cm（大部分沙地的積沙層在60 cm），3個剖面按相同土層混合為一個剖面樣作為土壤碳及養(yǎng)分含量的測定。土樣在室內(nèi)風(fēng)干，過2 mm篩，部分樣品用吸管法進行粒級組成的分析，部分樣品研磨過 0.25 mm篩，用元素分析儀（Elementar vario macro cube，Germany）測定土壤全碳和全氮含量，重鉻酸鉀氧化法測定土壤有機碳，全磷、堿解氮、速效磷和速效鉀的測定用常規(guī)分析方法[13]；無機碳含量用全碳減去有機碳含量得到。土壤碳儲量由土層深度、容重和SOC、SIC含量計算得出[14]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用SPSS17軟件進行不同開墾時間序列土壤性狀的單因子方差分析（ANOVA），LSD法顯著性檢驗，部分變量之間的相關(guān)和回歸分析；對2014年取樣分析數(shù)據(jù)與 2008年測定結(jié)果進行不同開墾時間序列配對樣本的T-檢驗。

2 結(jié)果

2.1 開墾時間序列土壤容重和粒級組成的變化

隨開墾利用年限的增加，耕層（0—20 cm）土壤容重呈線性減小趨勢，從未開墾沙地的平均 1.68 g·cm-3下降到1.38 g·cm-3（開墾46年）。20—40 cm土層土壤容重隨開墾年限的增加也呈下降趨勢，但顯著的下降發(fā)生在開墾利用30年后；而40—60 cm土層土壤容重在開墾時間序列上并無顯著差異。從粒級組成分析來看，耕層土壤砂粒含量隨農(nóng)業(yè)利用年限的增加逐漸降低，黏、粉粒含量逐漸增加，土壤質(zhì)地由砂土逐漸演變?yōu)槿郎巴?；分析不同開墾年限耕層土壤粒級組成可知，未開墾沙地和開墾 9年農(nóng)田、開墾 20年和29年農(nóng)田、以及開墾36年和46年農(nóng)田之間砂粒含量差異不顯著。20—40 cm和40—60 cm土層土壤粒級組成的變化主要發(fā)生在在開墾利用 29年以后的土壤，但變化的幅度明顯小于耕層土壤的變化。在開墾20年的時間尺度上，耕層以下土壤粒級組成并無顯著變化（表1）。

2.2 開墾時間序列土壤碳及養(yǎng)分變化

沙地開墾為灌溉農(nóng)田后，在農(nóng)業(yè)利用的最初 20年，耕層（0—20 cm）SOC呈線性增加，較未開墾的沙地SOC含量增加8.2倍；20年以后增加趨勢有所減緩，46年后，SOC含量增加了近9倍（表2）。耕層土壤養(yǎng)分全氮、堿解氮、速效磷含量隨開墾年限的增加，變化趨勢與SOC類似，開墾46年后，分別較未開墾的沙地增加6.3倍、6.3倍和13.5倍；但速效鉀隨開墾年限的增加呈先降低而后增加的趨勢。耕層土壤無機碳（SIC）含量開墾后也呈增加趨勢，但增加幅度遠小于SOC的增加，46年后增加了77.1%。

隨農(nóng)業(yè)利用年限的增加，下層土壤（20—40 cm和40—60 cm）有機碳和養(yǎng)分含量也得以提升，SOC含量隨農(nóng)業(yè)年限的增加呈線性增加，年增加分別為0.90 g·kg-1·a-1（20—40 cm）和0.36 g·kg-1·a-1（40—60 cm）。20—40 cm土層全氮的變化與SOC變化相同，但40—60 cm土層土壤全氮含量在開墾20年內(nèi)有快速的積累，20年后基本趨于穩(wěn)定。速效養(yǎng)分堿解氮在20—40 cm和40—60 cm土層均隨農(nóng)業(yè)利用年限的增加呈線性增加；速效磷的變化在開墾29年的時間尺度上呈線性增加，29年后下降；20 cm以下土層速效鉀的顯著變化主要發(fā)生在開墾20年以后的農(nóng)田。20 cm以下土層SIC隨開墾年限的增加有增加趨勢，但顯著變化也發(fā)生在開墾20年以后的土壤（表2）?；貧w分析結(jié)果表明，黏粉粒含量增加1.0%，耕作層（0—20 cm）SOC和全氮含量可以提升 0.174 g·kg-1和0.018 g·kg-1（圖1）。

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2.3 開墾時間序列土壤碳儲量的變化

沙地開墾為灌溉農(nóng)田后，隨開墾年限的增加，土壤碳儲量逐漸增加（圖2）。0—60 cm土層SOC、SIC和全碳在開墾前分別為5.90、48.99和57.89 t·hm-2，開墾耕種46年后增至40.34、85.40和125.73 t·hm-2，分別增加了6.8倍、1.7倍和2.2倍；開墾46年后的年均固碳量為0.75、0.79和1.47 t·hm-2·a-1。土壤碳在開墾后的前16年快速上升，開墾16年后積累速率有所減緩。對不同土層碳積累進行分析，SOC和SIC的變化不同，SOC的積累主要發(fā)生在0—20 cm耕作層，而SIC的積累在40—60 cm土層高于0—20 cm耕作層。線性回歸分析表明（圖 3），0—20、20—40和40—60 cm土層，沙地開墾后，SOC的固存速率分別為0.314、0.254和0.159 t·hm-2·a-1，而SIC的固存速率分別為0.157、0.183和0.385 t·hm-2·a-1。

圖1 土壤黏粉粒含量與有機碳、全氮的關(guān)系Fig. 1 Relatioships of soil silt+clay content with SOC and total N concentration

圖2 不同開墾年限農(nóng)田土壤碳儲量Fig. 2 Soil C storage in the farmlands with different cultivation year

圖3 不同開墾年限農(nóng)田土壤碳儲量Fig. 3 Soil C storage in the farmlands with different cultivation years

2.4 不同開墾年限沙地農(nóng)田近 6年來土壤性狀的變化

與2008年耕層（0—20 cm）土壤性狀進行比較，各開墾年限農(nóng)田砂粒含量并未發(fā)生顯著變化。但SOC、全氮及速效氮、磷、鉀養(yǎng)分含量近 6年來有明顯提升。從2008年到2014年的6年間，SOC含量提高了0.15—1.66 g·kg-1，平均提高1.11 g·kg-1，增加幅度在3.0%—87.0%，平均32.0%，近20年來新墾農(nóng)田有較大的增加幅度。土壤全氮的變化與SOC變化的趨勢一致，6年提高了0.19—0.26 g·kg-1，平均0.22 g·kg-1，增加的幅度為36.0%—2.36倍，平均增加65.0%。速效氮、磷、鉀養(yǎng)分含量在6年間的變化分別為62.0%—2.38倍（平均74.0%）、17.0%—2.32倍（平均 54.0%）和 29.0%—59.0%（平均34.0%）（圖4）。

3 討論

在干旱區(qū)，由于成土的生物作用極其微弱，未開墾的沙地土壤有極低的有機質(zhì)和養(yǎng)分含量。開墾后，防護體系的建設(shè)使新墾邊緣綠洲農(nóng)田由風(fēng)蝕區(qū)變?yōu)榻祲m區(qū)，灌溉和施用農(nóng)肥增加了有機膠結(jié)物質(zhì)的輸入，持續(xù)的農(nóng)業(yè)利用增加了生物量向土壤的輸入，加速了土壤發(fā)育過程[2-3]。本項研究的結(jié)果表明，隨開墾利用年限增加，土壤容重降低、黏粒、粉粒、有機碳及氮磷鉀養(yǎng)分含量增加，與干旱區(qū)新疆綠洲[10-11,15]和甘肅河西走廊其他綠洲區(qū)域的研究結(jié)果基本一致[2]。隨開墾年限增加，表層土壤黏粉粒含量的增加主要是長期地表水灌溉攜帶的細粒物質(zhì)的輸入。據(jù)測定，用富含泥沙的黑河水灌溉一次可以攜帶超過380 kg·hm-2的黏粉粒進入農(nóng)田[3]。盡管下層土壤黏粉粒含量隨開墾年限的增加遠小于表層土壤，但通過翻耕和淋溶作用也使耕作層以下土層細顆粒組成有所增加。從不同開墾年限沙地農(nóng)田表層粒級組成的變化分析，開墾間隔近10年的農(nóng)田之間（0年和9年、20年和29年、36年和46年），土壤粒級組成并未發(fā)生顯著變化（表1）。同一開墾年限地塊從2008年到2014年土壤粒級組成也無顯著變化（圖3）。這主要是由于自2000年以來黑河向下游分水實施后，河水灌溉比例減少至總灌溉用水量的20%，其余主要依靠井灌，灌溉用水結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致隨灌溉輸入農(nóng)田的細粒物質(zhì)減少，表明了灌溉用水對土壤性狀的影響顯著。而土壤細粒物質(zhì)輸入的減少，又顯著影響土壤結(jié)構(gòu)的形成和人為土壤的發(fā)育過程。

圖4 不同開墾年限農(nóng)田2008年與2014年土壤性狀差異Fig. 4 Differences in soil properties between 2008 and 2014 in the different cultivated fields

對砂質(zhì)土壤，細粒物質(zhì)的增加不僅有利于土壤結(jié)構(gòu)的形成[3,16]、土壤持水性能及灌溉水利用效率的提高[4]，對SOC工廠及養(yǎng)分的保持也起著極其重要的作用。沙地開墾后SOC與氮、磷、鉀養(yǎng)分含量隨開墾年限的提高，一方面來自于土壤黏粉粒含量的增加；另一方面生物量增加進而通過根系向土壤碳的輸入增加[17]。同時化肥的大量施用使得土壤中氮、磷、鉀養(yǎng)分不斷積累。研究區(qū)域所在的臨澤綠洲為中國單季作物化肥施用量最高的區(qū)域[18]，2005年臨澤縣平川鎮(zhèn)平均的氮肥用量已超過350 kg N·hm-2（2005年臨澤縣統(tǒng)計年鑒），而新墾沙地農(nóng)田的化肥用量更高。近十年來，研究區(qū)連續(xù)種植制種玉米，相對較高的收益使農(nóng)戶每年投入的化肥量仍維持在高位。特別是氮、磷、鉀速效養(yǎng)分的變化與化肥的施用量密切相關(guān)，前期的研究表明，在研究區(qū)域的沙地土壤，玉米最適的施氮量為270 kg·hm-2，土壤剖面中NO3-N的積累隨施氮量的增加而增加[18]。從土壤速效鉀含量的變化可以反映出用肥結(jié)構(gòu)的變化，2000年，研究區(qū)域平均施用鉀肥為7.8 kg K2O·hm-2，2005年為37.1 kg K2O·hm-2（2000年、2005年臨澤縣統(tǒng)計年鑒），因為近年來測土施肥的推動，施用的化肥由尿素、磷二銨和普通過磷酸鈣為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詮?fù)混肥為主導(dǎo)，氮、磷、鉀養(yǎng)分更為均衡，土壤速效鉀含量隨開墾年限的增加先出現(xiàn)下降而后迅速提升，特別是近6年來，土壤鉀含量和氮、磷養(yǎng)分一樣，有顯著的提高（圖 3）。速效磷的積累在開墾29年后有所下降，可能與開墾29年后作物生產(chǎn)力顯著提升，作物的吸收量增加有關(guān)。同時，由于近年來玉米秸稈機械收割、機械翻耕面積的逐年增加，也使歸還土壤的生物量大幅增加，盡管土壤粒級組成在6年間未發(fā)生變化，但SOC含量由于還田生物量的增加而顯著提升。

在干旱半干旱區(qū)，土地利用方式的轉(zhuǎn)變、采用合理的農(nóng)田管理措施（如灌溉和施肥等）已被證明是增加土壤碳固存的重要對策[19]。本項研究的結(jié)果表明，荒漠沙地轉(zhuǎn)變?yōu)楣喔绒r(nóng)田后，耕層SOC的固存速率為0.314 t·hm-2·a-1，較大的碳固存速率主要歸因于原始土壤極低的SOC水平[20]。但開墾46年的農(nóng)田SOC仍處于相對較低的水平，因此新墾農(nóng)田仍具極大的固碳潛力。在干旱區(qū)土壤無機碳的形成也是土壤碳過程的重要方面，荒漠土壤本身有較高的SIC含量，開墾后轉(zhuǎn)變?yōu)楣喔绒r(nóng)田后，淋深作用使SIC含量向下遷移，因此在開墾的最初20年間，SIC含量并未增加。但由于同時灌溉和施肥增加了與硅酸鹽反應(yīng)的碳酸和有機酸量，促進了次生碳酸鹽的形成，進而增加碳的固存[21]；灌溉水中的可溶性碳向碳酸鹽的轉(zhuǎn)化也會使SIC增加[12,16]。每年高量的灌溉對土壤次生碳酸鹽的形成起重要作用；另外，隨著開墾年限的增加，SOC增加、根系生物量增加，那么根及根際微生物呼吸釋放的CO2隨之增加，也會導(dǎo)致土壤中碳酸鹽的溶解和再沉積[22]。因此，荒漠沙地轉(zhuǎn)變?yōu)楣喔绒r(nóng)田后，SIC也有明顯的積累，由于砂質(zhì)土壤灌溉引起的淋溶作用，使下層40—60 cm土壤SIC的積累高于耕層土壤。

4 結(jié)論

河西邊緣綠洲沙荒地開墾為農(nóng)田后，隨開墾利用年限的增加，土壤容重降低，砂粒含量下降，有機碳、無機碳及氮、磷鉀養(yǎng)分含量持續(xù)提升。土壤有機碳和全氮的變化在開墾的最初20年快速增加，此后增加速率變緩。土壤粒級組成的變化發(fā)生在開墾16年的農(nóng)田，表明土壤穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的形成滯后于養(yǎng)分的提高。干旱區(qū)荒漠沙地轉(zhuǎn)變?yōu)楣喔绒r(nóng)田后有巨大的土壤固碳潛力。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Changes in Soil Properties and Accumulation of Soil Carbon After Cultivation of Desert Sandy Land in a Marginal Oasis in Hexi Corridor Region, Northwest China

SU YongZhong, ZHANG Ke, LIU TingNa, FAN GuiPing, WANG Ting
(Linze Inland River Basin Research Station, Northwest Institute of Eco-Environment and Resource, Chinese Academy of Sciences/Key Laboratory of Ecohydrology of Inland River Basin, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000)

【Objective】Changes in soil nutrients and process of soil carbon accumulation following the conversion of desert sandy land to irrigation cropland in arid region in Northwest China is an important indicator for evaluating oasis ecosystem structure, function and productivity evolution. It is also one of the aspects for understanding soil development process and its evolution patterns on the newly cultivated farmlands in arid region.【Method】In this study, the temporal changes in soil physical and chemical properties in the 0-60 cm soil layers were determined in a 0-46 year cultivation sequence in the Linze marginal oasis.Soil properties in the plough layer (0-20 cm) between 2008 and 2014 were compared to determine the changes of soil properties within the recent 6 years.【Result】The results indicated that sand content in the 0-20 cm surface layer showed a consistent decreasing pattern with increasing duration of cultivation, but significant changes in particle size distribution only occurred in soils cultivated for more than 16 years. Within the recent 10 years, no significant changes in soil particle size distribution were detected. As cultivation time increased, soil organic carbon (SOC), total N and available N and P concentrations all increased. SOC and total N showed a rapid and linear increase in the initial 20 years after cultivation, and thereafter, had a slow increase. SOC, total N, and available N and P concentrations increased by 9.0 times, 6.3 times, 6.3 times and 13.5 times, respectively, after 46 years of continuous cropping. Soil inorganic carbon (SIC) increased by 77.1% after cultivation of 46 years. Available K concentration showed a decrease in the initial 20 years of cultivation, and subsequently, had a rapid increase. Also, SOC, N, P and K concentrations in the 20-40 cm and 40-60 cm soil layers gradually increased with increasing cultivation time, but the increase extent was far less than that of surface soil. During the 6 years period from 2008 to 2014, no significant changes in soil particle size distribution in the plough layer were found, however, SOC, N, P and K nutrient showed a distinct accumulation. After 46 years of continuous cropping, SOC, SIC and total C sequestration rate was 0.75, 0.79 and 1.47 kg·hm-2·a-1, respectively. SOC accumulation occurred mainly in the surface soil, SIC accumulation was found in the 40-60 cm soil layer. Conversion of sandy desert soils to irrigation croplands had a tremendous soil carbon sequestration potential. The increased silt and clay content play an important role in SOC and nutrients accumulation and retention.【Conclusion】After cultivation of native sandy lands and subsequently, continuous cropping improved significantly soil fertility. However, soil fertility was still in a low status after 46 years of cropping. Therefore, improved agricultural management is imperative to accelerate soil fertility improvement and maintain long-term productivity of the newly reclaimed sandy farmlands.

changes in soil properties; soil carbon accumulation; cultivation sequence; desert sandy land; oasis in Hexi Corridor Region

2016-07-21；接受日期：2017-02-28

國家自然科學(xué)基金（91425302，41401337）

聯(lián)系方式：蘇永中，E-mail：suyzh@lzb.ac.cn