張靜, 劉任濤, 趙娟, 常海濤, 劉佳楠, 羅雅曦, 馬繼

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寧夏農(nóng)牧交錯帶土地利用變化對土壤質(zhì)量的影響

張靜1, 劉任濤2,*, 趙娟2, 常海濤2, 劉佳楠2, 羅雅曦1, 馬繼1

1．寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 銀川 750021 2．寧夏大學(xué)西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建教育部重點實驗室, 銀川 750021

在寧夏鹽池縣分別選取農(nóng)田、棄耕地、天然草地、人工檸條林地和楊樹林地5種土地利用類型作為研究樣地，測定土壤理化性質(zhì)指標(biāo)，采用土壤質(zhì)量綜合技術(shù)指標(biāo)，闡明中國北方典型農(nóng)牧交錯帶土地利用變化對土壤質(zhì)量的影響規(guī)律。結(jié)果表明：(1)土壤粗砂粒表現(xiàn)為棄耕地和天然草地顯著高于農(nóng)田、人工檸條林地和楊樹林地(<0.05)，土壤細砂粒表現(xiàn)為楊樹林地顯著高于農(nóng)田、棄耕地、天然草地和人工檸條林地(<0.05)，土壤極細砂粒和土壤黏粉粒均表現(xiàn)為農(nóng)田和人工檸條林地顯著高于棄耕地、天然草地和楊樹林地(<0.05)。土壤含水量、土壤pH值和土壤電導(dǎo)率表現(xiàn)為農(nóng)田顯著高于棄耕地、天然草地、人工檸條林地和楊樹林地(<0.05)。土壤有機碳含量表現(xiàn)為棄耕地和檸條林地顯著高于農(nóng)田、天然草地和楊樹林地(<0.05)。土壤全氮含量表現(xiàn)為農(nóng)田顯著高于棄耕地、天然草地、檸條林地和楊樹林地(<0.05)。(2)不同土地利用類型的土壤質(zhì)量指標(biāo)之間存在顯著相關(guān)性(<0.05)。其中，楊樹林地各評價指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)最高，天然草地次之，農(nóng)田、檸條林地較低，而棄耕地最低。(3)土壤質(zhì)量綜合得分大小順序為：農(nóng)田>棄耕地>0>草地>檸條林地>楊樹林地。研究表明，對水澆農(nóng)田實行保護性耕作和精細管理，并且農(nóng)田棄耕后自然恢復(fù)成草地，有利于寧夏農(nóng)牧交錯帶沙地土壤質(zhì)量改善，但天然草地和人工林建設(shè)樣地土壤質(zhì)量較差。

寧夏; 農(nóng)牧交錯帶; 土地利用; 土壤質(zhì)量; 土壤理化性質(zhì)

0 前言

我國北方農(nóng)牧交錯帶地處濕潤氣候與干旱氣候、農(nóng)業(yè)區(qū)與牧業(yè)區(qū)的過渡地帶，草地植被類型和生態(tài)景觀極具特殊性。由于長期受到人為強烈干擾，植被退化、沙化嚴重，生產(chǎn)力急劇下降，成為我國北方生態(tài)問題最嚴重的地區(qū)之一。在寧夏農(nóng)牧交錯帶，由于不合理的土地利用，生態(tài)環(huán)境惡化、草地資源大面積遭到人為破壞而導(dǎo)致土地荒漠化和大量貧困人口產(chǎn)生，已成為制約區(qū)域生態(tài)建設(shè)、經(jīng)濟社會發(fā)展的重要因素。土地利用變化不僅可以改變土地覆被狀況，還影響著許多生態(tài)過程，對土壤質(zhì)量產(chǎn)生深刻影響[1]。土壤質(zhì)量是維持地球生物圈穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一[2]，包括土壤肥力質(zhì)量、土壤環(huán)境質(zhì)量及土壤健康質(zhì)量三方面的綜合量度，即土壤在生態(tài)系統(tǒng)的范圍內(nèi)，維持生物的生產(chǎn)能力、保護環(huán)境質(zhì)量及促進動植物健康的能力[3]。改變不合理的土地利用方式已經(jīng)成為改善土壤結(jié)構(gòu)和微環(huán)境，減少土壤侵蝕，提高土壤質(zhì)量，促使已經(jīng)退化的生態(tài)系統(tǒng)達到生態(tài)平衡和良性循環(huán)的重要生態(tài)措施[4]。

關(guān)于寧夏農(nóng)牧交錯帶土地利用變化的研究，主要集中在銀川市和鹽池縣。劉長寧等[5]以寧夏銀川市濱河新區(qū)核心區(qū)為例，對基于生態(tài)綠當(dāng)量的北方農(nóng)牧交錯帶土地利用狀況進行了分析，建立了基于生態(tài)綠當(dāng)量的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的角度對銀川市濱河新區(qū)核心區(qū)的土地利用狀況進行了定量研究。魏建群[6]以寧夏鹽池縣為例對北方農(nóng)牧交錯帶封育區(qū)植被恢復(fù)進行了研究，發(fā)現(xiàn)人工封育是一種有效經(jīng)濟恢復(fù)植被的方法，對破壞程度較輕的地段通過人工封育，可使退化植被在較短期內(nèi)得迅速的恢復(fù)。李瑞[7]以寧夏鹽池為例調(diào)查了北方農(nóng)牧交錯帶草地植被動態(tài)，發(fā)現(xiàn)退耕還草、植被自然恢復(fù)、撂荒等措施均起到了有效的植被恢復(fù)作用，尤其是退耕還草地。Liu et al[8]在寧夏鹽池縣對人工林建設(shè)和自然恢復(fù)和地面節(jié)肢動物多樣性的關(guān)系開展了研究，發(fā)現(xiàn)自然恢復(fù)比人工林建設(shè)更能促進節(jié)肢動物多樣性的恢復(fù)。鄒亞榮[9]運用遙感、GIS技術(shù)和數(shù)學(xué)模型方法，以寧夏鹽池為例研究了土地利用變化的驅(qū)動力及其對土壤侵蝕的影響，發(fā)現(xiàn)鹽池土地利用轉(zhuǎn)移主要表現(xiàn)為耕地與草地間的轉(zhuǎn)移，草地的轉(zhuǎn)移量最大。綜合分析表明，關(guān)于寧夏農(nóng)牧交錯帶土地利用變化的研究涉及了生態(tài)綠當(dāng)量、植被、節(jié)肢動物和土壤侵蝕及驅(qū)動力解析，但是關(guān)于寧夏農(nóng)牧交錯帶土地利用對土壤質(zhì)量影響的研究，報道較少。

寧夏農(nóng)牧交錯帶北部與毛烏素沙地相連，南部靠黃土高原，是典型草原向荒漠的過渡帶[10]。由于其特殊的過渡區(qū)特點和自然地理位置，近年來國家頒布了退耕還林還草、草地封育等政策以改善生態(tài)環(huán)境，降低荒漠化程度，有利于植被恢復(fù)。目前主要包括農(nóng)田、棄耕地、草地、檸條林地、楊樹林地5種土地利用類型。本研究通過調(diào)查不同土地利用類型生境中地表植被分布情況和測定土壤理化性質(zhì)，采用主成分分析法，計算不同土地利用類型生境樣地的土壤質(zhì)量綜合評價值，旨在闡明寧夏農(nóng)牧交錯帶土地利用對土壤質(zhì)量的影響規(guī)律，為寧夏農(nóng)牧交錯帶“退耕還林還草”、采取合理的土地利用方式及進行生態(tài)重建與恢復(fù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處我國北方典型農(nóng)牧交錯帶，位于寧夏河套平原東部，鹽池縣境內(nèi)(37°04'—38°10'N，106°30'—107°41'E)[11]。屬于典型中溫帶大陸性季風(fēng)氣候。該區(qū)年平均降水量289 mm，主要集中在夏季，占全年降雨量的58.8%，且降水年際變化率大。年蒸發(fā)量2710 mm。年無霜期120 d。年平均氣溫7.7 ℃，冬夏兩季氣候迥異，平均溫差28 ℃[12]。年平均風(fēng)速2.8 m·s–1，冬春風(fēng)沙天氣較多，每年5 m·s–1以上的揚沙達323次[11]。該區(qū)域地帶性土壤主要有黃綿土與灰鈣土，淡灰鈣土；非地帶性土壤主要有風(fēng)沙土，鹽堿土和草甸土等，其中風(fēng)沙土在中北部分布廣泛。土壤質(zhì)地多為輕壤土、沙壤土和沙土，結(jié)構(gòu)松散，肥力較低[13]。

研究樣地包括農(nóng)田(F)、棄耕地(Q)、天然草地(G)、人工檸條林地(N)和楊樹林地(Y)5種土地利用類型。該研究區(qū)域農(nóng)田以種植玉米()為主，平均高度為2.52 m，行距為75 cm，株距為25 cm，面積為11.8 hm2。由于該區(qū)域降雨較少，生態(tài)環(huán)境脆弱，農(nóng)田在耕作6年之后常常由于農(nóng)作物產(chǎn)量下降而導(dǎo)致棄耕，本研究棄耕地自然恢復(fù)草地面積為15.8 hm2。同時，在嚴重退化地段為了防風(fēng)固沙和改善土壤環(huán)境，常常采取人工種植檸條林或者楊樹林的措施促進植被恢復(fù)。人工種植檸條林()平均冠幅為0.42 m2，平均密度為0.52 株·m–2，面積為15.3 hm2，株距為7 m，行距介于5—8 m之間。人工種植楊樹林(poplar)平均高度為4.5 m，胸徑為9 cm，株距為5 m，行距介于8—10 m之間，面積為14.0 hm2。另外，該區(qū)域自2003以來施行禁牧政策，促進天然草地恢復(fù)，亦是一種重要生態(tài)恢復(fù)措施；本研究自然生長草地面積為13.3 hm2。目前，該區(qū)域存在農(nóng)田、棄耕后自然恢復(fù)草地、天然草地、人工檸條林和楊樹林地5種土地利用類型，為本研究提供了理想的研究樣地模式。該區(qū)域地表植被主要包括豬毛蒿()、中亞白草()和牛枝子()等。各土地利用類型的基本情況見表1。

1.2 試驗設(shè)計

于2016年夏季(7月底)，選擇農(nóng)田(玉米田)、棄耕地、天然草地、人工檸條林地、楊樹林地5種土地利用類型為研究樣地，在每個樣地設(shè)置5個重復(fù)樣區(qū)，面積為30×30 m2，樣區(qū)間隔50 m。每個樣區(qū)內(nèi)以“N”型布設(shè)4個取樣點，其中玉米田、檸條林地和楊樹林地，每隔2行在行帶間空白區(qū)布設(shè)調(diào)查樣點。5種土地利用類型共有100個取樣點(5種類型樣地×5個重復(fù)樣區(qū)×4個取樣點)。

在棄耕地、天然草地、檸條林地和楊樹林地中，在每個調(diào)查樣點布設(shè)1個草本調(diào)查樣方，面積為1× 1 m2，間隔15 m以上。采用樣方法，進行地表草本植被調(diào)查，包括個體數(shù)(株·m–2)、豐富度、高度(cm)作為樣地背景。

1.3 土壤樣品采集與測定

在每個調(diào)查樣點采用五點取樣法取表層混合土樣(0—10 cm)進行土壤指標(biāo)測定。

首先，采集的新鮮土壤樣品的1/4進行土壤含水量的測定。然后，將剩余3/4土壤樣品經(jīng)過2 mm土壤篩，以除去其中的雜質(zhì)如草根、葉片等，在自然狀態(tài)下風(fēng)干，用來測定土壤粒徑組成、土壤pH、土壤電導(dǎo)率、土壤有機碳和土壤全氮含量。

表1 土地利用類型基本概況

注：F=農(nóng)田，Q=棄耕地，G=天然草地，N=人工檸條林地，Y=楊樹林地；小寫字母表示不同土地利用類型之間存在顯著差異(<0.05)。

土壤含水量(%)采用烘干法測定，即將盛有新鮮土樣的鋁盒放在分析天平上稱重，準(zhǔn)確至0.01 g，然后置于105°烘箱中烘烤24 h后，冷卻至室溫立即稱重[15]。土壤粒徑組成采用Mastersizer3000激光衍射粒度分析儀進行測定，其重復(fù)性誤差≤±0.5%，準(zhǔn)確性誤差≤±1%。根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部(USAD)制土壤質(zhì)地分級標(biāo)準(zhǔn)劃分土壤質(zhì)地：粗砂粒(250—1000 μm)、細砂粒(100—250 μm)、極細砂粒(50—100 μm)、黏粉粒(<50 μm)[14]。土壤pH值(水土比懸液比為2.5：1)和土壤電導(dǎo)率(μs·m–1)(水土比浸提液為5：1)用P4多功能測定儀器測定。土壤有機碳(g·kg–1)采用重鉻酸鉀外加熱法測定，土壤全氮(g·kg–1)采用半微量凱氏定氮法測定。

1.4 土壤質(zhì)量評價方法

1.4.1 評價指標(biāo)的選取

本文在參考與結(jié)合黃婷[16]對土壤質(zhì)量評價體系研究的基礎(chǔ)上，選取和建立適合本研究的土壤質(zhì)量綜合評價指標(biāo)體系。具體指標(biāo)共計9個，包括土壤粗砂粒(X)、土壤細砂粒(X)、土壤極細砂粒(X)、土壤黏粉粒(X)、土壤含水量(X)、土壤pH值(X)、土壤電導(dǎo)率(X)、土壤有機碳(X)、土壤全氮(X)。

1.4.2 主成分分析步驟

(1)列出原始數(shù)據(jù)矩陣。包括上述9個土壤指標(biāo)。

(2)將原始數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。由于各指標(biāo)具有不同的量綱，為了排除不同量綱對評價結(jié)果的影響，對各實測指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理[17]。標(biāo)準(zhǔn)化公式如下：

(3)計算樣本的相關(guān)矩陣。

(4)用雅可比法求解相關(guān)矩陣的特征值和特征向量。

(5)計算貢獻率及累積貢獻率，確定主分量個數(shù)，解釋各主分量的意義，建立主分量方程。

(7)根據(jù)各個指標(biāo)的權(quán)重，計算各樣地類型土壤質(zhì)量綜合評價值，據(jù)此對不同土地利用類型土壤質(zhì)量作相應(yīng)評價。

不同土地利用類型的土壤質(zhì)量綜合評價值為：

式中，P為第種土地利用類型的土壤質(zhì)量綜合評價值；X為第種土地利用類型第個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；w為第個指標(biāo)的權(quán)重值，由主成分分析法得到。為樣地的個數(shù)(本文中=1, 2, 3, 4, 5)；為評價中所選指標(biāo)的個數(shù)(本文中=9)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)采用SPSS20.0軟件進行統(tǒng)計分析。采用單因素方差分析(One—Way ANOVA)和多重比較法分析不同數(shù)據(jù)組間的差異，采用Spearman相關(guān)系數(shù)分析不同指標(biāo)間的相關(guān)性。顯著水平為=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性質(zhì)

2.1.1 土壤粒徑組成

由表2可知，不同土地利用類型之間的土壤粒徑組成存在顯著差異性(<0.05)。其中，粗砂粒表現(xiàn)為棄耕地和草地顯著高于農(nóng)田、檸條林地和楊樹林地(<0.05)，而農(nóng)田、檸條林地和楊樹林地三者之間無顯著差異(>0.05)。細砂粒表現(xiàn)為楊樹林地顯著高于農(nóng)田、棄耕地、草地和檸條林地(<0.05)，草地顯著高于檸條林地(<0.05)，而兩者與棄耕地?zé)o顯著差異(>0.05)，農(nóng)田顯著低于其他土地利用類型(< 0.05)。極細砂粒表現(xiàn)為農(nóng)田和檸條林地顯著高于棄耕地、草地和楊樹林地(<0.05)，且前兩者與后三者彼此之間無顯著性差異(>0.05)。黏粉粒表現(xiàn)為農(nóng)田顯著高于其余4種土地利用類型生境樣地(<0.05)，檸條林地顯著高于其余3種土地利用類型生境樣地(<0.05)，棄耕地顯著高于楊樹林地(<0.05)，且兩者與草地?zé)o顯著性差異(>0.05)。

2.1.2 土壤水分

由圖1可以看出，不同土地利用類型的土壤含水量之間存在顯著差異性(<0.05)。主要表現(xiàn)為農(nóng)田土壤含水量最高，顯著高于其他4種土地利用類型。生境樣地(<0.05)。棄耕地土壤含水量顯著高于檸條林地和楊樹林地(<0.05)，而草地居于中間。草地與棄耕地之間、草地與檸條林地和楊樹林地之間均無顯著性差異(>0.05)。

表2 不同土地利用類型的土壤粒徑組成(%)

注：F=農(nóng)田，Q=棄耕地，G=天然草地，N=人工檸條林地，Y=楊樹林地；小寫字母表示不同土地利用類型之間存在顯著差異(<0.05)。

注：F=農(nóng)田，Q=棄耕地，G=天然草地，N=人工檸條林地，Y=楊樹林地；小寫字母表示不同土地利用類型之間存在顯著差異(P<0.05)。

Figure 1 Variation of soil moisture content under land use

2.1.3 土壤pH值和電導(dǎo)率

由圖2(A)可知，該地區(qū)的土壤屬于弱堿性，且不同土地利用類型之間存在顯著差異性(<0.05)。土壤pH值表現(xiàn)為農(nóng)田顯著高于棄耕地、草地、檸條林地和楊樹林地(<0.05)，且棄耕地和草地顯著高于檸條林地和楊樹林地(<0.05)，但棄耕地與草地之間和檸條林地與楊樹林地之間無顯著性差異(>0.05)。

由圖2(B)可知，農(nóng)田土壤電導(dǎo)率顯著高于棄耕地、草地、檸條林地和楊樹林地(<0.05)，但后4者之間無顯著性差異(>0.05)。

2.1.4 土壤有機碳和全氮

由圖3(A)可知，不同土地利用類型的土壤有機碳存在顯著差異性(<0.05)。棄耕地土壤有機碳最高，顯著高于農(nóng)田、草地、檸條林地和楊樹林地(<0.05)，其中農(nóng)田、草地和檸條林地土壤有機碳含量之間無顯著性差異(>0.05)，但均顯著高于楊樹林地(<0.05)。

由圖3(B)可以看出，土壤全氮表現(xiàn)為農(nóng)田顯著高于棄耕地、草地、檸條林地和楊樹林地(<0.05)，棄耕地顯著高于草地、檸條林地和楊樹林地(< 0.05)，檸條林地顯著高于楊樹林地(<0.05)，而兩者與草地之間均無顯著性差異(>0.05)。

注：F=農(nóng)田，Q=棄耕地，G=天然草地，N=人工檸條林地，Y=楊樹林地；小寫字母表示不同土地利用類型之間存在顯著差異(P<0.05)。

Figure 2 Variation of soil pH (A) and electrical conductivity (B) under land use types

注：F=農(nóng)田，Q=棄耕地，G=天然草地，N=人工檸條林地，Y=楊樹林地；小寫字母表示不同土地利用類型之間存在顯著差異(P<0.05)。

Figure 3 Variation of soil organic carbon (A) and total nitrogen (B) under land use types

2.2 不同土地利用類型土壤質(zhì)量指標(biāo)之間的相關(guān)性分析

從表3可以看出，在農(nóng)田中，土壤粗砂粒與土壤極細砂粒呈顯著負相關(guān)(<0.01)；土壤細砂粒與土壤黏粉粒呈負相關(guān)(<0.05)；土壤極細砂粒與土壤含水量呈負相關(guān)(<0.05)；土壤含水量與土壤全氮呈正相關(guān)(<0.05)；其余指標(biāo)之間均無相關(guān)性(>0.05)。棄耕地中所有指標(biāo)之間均無相關(guān)性。天然草地中，土壤粗砂粒與土壤極細砂粒呈負相關(guān)(<0.05)，而與土壤有機碳呈正相關(guān)(<0.05)；土壤含水量與土壤電導(dǎo)率和土壤全氮呈負相關(guān)(<0.05)；土壤電導(dǎo)率與土壤全氮呈正相關(guān)(<0.05)。檸條林地中，土壤粗砂粒與土壤細砂粒和土壤極細砂粒呈負相關(guān)(<0.05)；土壤含水量與土壤電導(dǎo)率呈正相關(guān)(<0.05)。楊樹林地中，土壤粗砂粒與土壤極細砂粒、土壤全氮和土壤有機碳呈負相關(guān)(<0.05)；土壤極細砂粒與土壤全氮呈顯著負相關(guān)(<0.01)；土壤黏粉粒與土壤全氮和土壤有機碳呈正相關(guān)(<0.05)；土壤全氮與土壤有機碳呈顯著正相關(guān)(<0.01)。綜合分析可以看出，楊樹林地各評價指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)最高，天然草地次之，農(nóng)田、檸條林地較低，而棄耕地最低。

2.3 土壤質(zhì)量綜合評價

從表4可以看出，根據(jù)特征值>1的原則提取前三個主成分，這三個主成分的特征值分別為5.027、1.708和1.183，方差貢獻率分別為55.858%、18.982%和13.150%。選取主成分時，除了要滿足特征值>1的基本條件外，還要滿足前n個主成分的累積貢獻率達到85%以上的條件，只有同時滿足這兩個條件，才可以認為前n個主成分已基本能夠反映出原變量的主要信息。在本研究中，前3個主成分累計貢獻率為87.990%(>85%)，因此可以認為選取前三個主成分能夠代表所有的信息。其中，第一主成分綜合了土壤細砂粒(X)、土壤極細砂粒(X)、土壤黏粉粒(X)、土壤含水量(X)、土壤pH值(X)、土壤電導(dǎo)率(X)、土壤全氮(X)這7個評價指標(biāo)的信息，其系數(shù)均大于0.5。第一主成分的貢獻率最大，包含的指標(biāo)也最多，說明這些土壤指標(biāo)在土壤質(zhì)量方面起著主導(dǎo)作用，可以用這一個綜合指標(biāo)來解釋原9個土壤綜合質(zhì)量因子信息的55.858%。第二主成分包括了土壤粗砂粒(X)和土壤極細砂粒(X)這2個指標(biāo)，其系數(shù)均大于0.5，可以解釋原土壤綜合質(zhì)量的18.982%。第三主成分包括土壤pH值(X)和土壤有機碳(X)這2個指標(biāo)，可以解釋原土壤綜合質(zhì)量的13.150%。

根據(jù)主成分得分矩陣可以建立主成分得分方程，如下：

Z=–0.009X–0.171X+0.136X+0.171X+0.177X+

0.135X+0.178X+0.099X+0.176X(3)

Z=0.564X–0.116X–0.39X–0.145X+0.03X+

0.091X–0.027X+0.201X+0.174X(4)

Z=0.027X+0.196X–0.169X–0.207X+0.299X+

0.47X+0.281X–0.58X–0.095X(5)

式中Z、Z、Z分別表示三個主成分，X-X代表各評價指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)化后的變量。

將標(biāo)準(zhǔn)化后的變量分別帶入這3個函數(shù)方程，得到不同土地利用類型下的土壤得分，用因子的方差貢獻率作為綜合評價的權(quán)重，按照各自的方差貢獻率加權(quán)相加得出各土地利用類型下得土壤質(zhì)量綜合得分，計算公式為:

=0.559Z+0.190Z+0.132Z(6)

表3 不同土地利用類型的土壤理化性質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)

注：F=農(nóng)田，Q=棄耕地，G=天然草地，N=人工檸條林地，Y=楊樹林地；X=土壤粗砂粒，X=土壤細砂粒，X=土壤極細砂粒，X=土壤黏粉粒，X=土壤含水量，X=土壤pH值，X=土壤電導(dǎo)率，X=土壤有機碳，X=土壤全氮。

表4 主成分分析中各因子的特征向量、特征值、貢獻率及累計貢獻率

注：X=土壤粗砂粒，X=土壤細砂粒，X=土壤極細砂粒，X=土壤黏粉粒，X=土壤含水量，X=土壤pH值，X=土壤電導(dǎo)率，X=土壤有機碳，X=土壤全氮。

由表5可以看出，農(nóng)田、棄耕地、草地、檸條林地和楊樹林地的土壤質(zhì)量綜合得分分別為1.017、0.102、–0.112、–0.336、–0.671。其中農(nóng)田的土壤質(zhì)量綜合得分最高，且只有農(nóng)田和棄耕地的土壤質(zhì)量綜合得分為正值，說明這兩種土地利用類型的土壤質(zhì)量高于平均水平，而草地、檸條林地和楊樹林地三種土地利用類型的土壤質(zhì)量綜合得分都為負值，低于平均水平。

3 討論

3.1 土地利用變化對土壤理化性質(zhì)的影響

近年來，人類活動和氣候變暖導(dǎo)致土地利用類型發(fā)生了巨大的變化，同時也使得地表形態(tài)、物理化學(xué)循環(huán)和生態(tài)平衡發(fā)生了改變，并造成全球氣候的顯著變化和物種不可逆轉(zhuǎn)的減少。由于土地利用對環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有相當(dāng)?shù)挠绊懥Γ虼顺蔀閷?dǎo)致全球環(huán)境變化的兩大主要因素之一[5]，同時在一定程度上對土壤理化性質(zhì)也有著重大影響。

表5 主成分因子得分與綜合得分

注：F=農(nóng)田，Q=棄耕地，G=天然草地，N=人工檸條林地，Y=楊樹林地；Z=第一主成分因子得分，Z=第二主成分因子得分，Z=第三主成分因子得分，=土壤質(zhì)量綜合得分。

土壤粒徑組成是決定土壤抗蝕性的重要因素[18]，不同土地利用方式體現(xiàn)了干擾對土壤粒徑分布的改變[19]。本研究中，土壤粗砂粒含量從高到低為：天然草地>棄耕地>農(nóng)田>檸條林地>楊樹林地，土壤細砂粒含量從高到低為：楊樹林地>天然草地>棄耕地>檸條林地>農(nóng)田，土壤極細砂粒含量從高到低為：農(nóng)田>檸條林地>棄耕地>楊樹林地>天然草地，土壤黏粉粒含量從高到低為：農(nóng)田>檸條林地>棄耕地>天然草地>楊樹林地。其主要原因是：該地區(qū)農(nóng)田作物為玉米，取樣時玉米已長到一定高度且栽植密集，同時棄耕地、天然草地和檸條林地的地表植被覆蓋度也相對較高，因此可以削弱近地表風(fēng)速，減弱風(fēng)蝕，固定地表的黏粉粒，阻截風(fēng)沙流中的黏粉粒使之在農(nóng)田、草地和檸條灌叢內(nèi)沉積，這與陳新闖等[20]對烏蘭布和沙漠沿黃段不同土地利用類型對土壤分形特征的影響的研究結(jié)果相似。其中農(nóng)田的黏粉粒含量最高，可能是人為施有機肥帶入了黏粉粒物質(zhì)。而楊樹林地由于干旱少雨導(dǎo)致樹體長勢較差，同時地表缺乏有效覆蓋，致使風(fēng)蝕嚴重，黏粉粒被吹失，造成細砂含量增加。

本研究中，農(nóng)田的土壤含水量、土壤pH值和土壤電導(dǎo)率均高于棄耕地、天然草地、檸條林地、楊樹林地。原因為：①棄耕地、天然草地、檸條林地和楊樹林地的植被根部對土壤水分競爭激烈，導(dǎo)致表層土壤缺少水分，使得含水量較低，同時農(nóng)田經(jīng)長時間人為灌溉，使得地表含水量大大增加[21]。②由于該地區(qū)土壤本身鹽漬化的原因，使得總體pH值偏高，呈堿性[15]。其中棄耕地、天然草地和檸條林地受人為擾動較小，地表植被覆蓋度相對較大，蒸發(fā)量小，保護土壤免受侵蝕影響，且土壤返鹽較輕，故土壤pH值和電導(dǎo)率相對較低[22]。

土壤有機碳、全氮是土壤肥力的重要指標(biāo)，主要來源于植物地上和地下枯落物的分解，很大程度上受植被、氣候、人為活動等的影響[23]。本研究中，土壤有機碳含量從高到低依次為棄耕地>檸條林地>農(nóng)田>天然草地>楊樹林地，土壤全氮含量從高到低依次為農(nóng)田>棄耕地>檸條林地>天然草地>楊樹林地，其主要原因有以下幾個方面：①楊樹林地土壤有機碳和全氮含量最小，是因為該地區(qū)的楊樹林地多為人工種植的農(nóng)田防護林，干旱少雨使得其長勢較差，部分已經(jīng)開始衰退和枯死，導(dǎo)致林地表層土壤極易發(fā)生侵蝕和退化[24]。②農(nóng)田的土壤全氮含量高于棄耕地、草地、檸條林地和楊樹林地，是因為該地區(qū)農(nóng)田是經(jīng)過精細化管理，在合理施肥、灌溉和農(nóng)作物生長后提高了原有的土壤肥力[25]。但農(nóng)田地表土壤的翻耕和開墾會促進土壤呼吸，加速碳元素的分解，或是由于農(nóng)田在收獲作物是大量地上或地下部分被移走，初級生產(chǎn)固定的碳元素向土壤中分配的比例較低，從而降低土壤中有機碳含量[23]。③棄耕地、天然草地和人工檸條林地的土壤有機碳和全氮含量較高是因為其地表有較大的植被蓋度，可以有效地防止侵蝕，有利于有機質(zhì)的積累[25–26]。

3.2 土地利用變化條件下土壤質(zhì)量指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系

土地質(zhì)量指標(biāo)間的相互關(guān)系隨著土地利用類型變化而變化。土壤質(zhì)量指標(biāo)間的相互作用及協(xié)調(diào)效應(yīng)能夠綜合反映土壤生產(chǎn)力的高低和對逆境的適應(yīng)能力[27]。

首先，土壤粒徑組成對土壤的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)起著決定性作用，可以影響土壤水分的吸收、陰陽離子的轉(zhuǎn)化以及養(yǎng)分元素碳、氮的供應(yīng)。本研究中，農(nóng)田的土壤極細砂粒與土壤含水量之間呈負相關(guān)，這是因為相比棄耕地、天然草地、檸條林地和楊樹林地而言，其極細砂粒含量最高，容易使水分下滲，降低地表含水量[14]。楊樹林地中，土壤粗砂粒與土壤有機碳和土壤全氮之間呈負相關(guān)，且土壤極細砂粒和土壤黏粉粒與土壤有機碳呈顯著正相關(guān)，這是因為土壤中黏粉粒是與有機質(zhì)膠結(jié)的主要無機膠體，其為膠結(jié)作用提供了膠結(jié)環(huán)境和膠結(jié)動力，能對土壤良好的結(jié)構(gòu)性能起到一定的保護作用[28–29]，而楊樹林地的粗砂粒和細砂粒含量遠遠高于其黏粉粒含量，且差距大于農(nóng)田、棄耕地、天然草地和檸條林地。這與蘇永中[30]在科爾沁沙地的研究結(jié)果一致。但天然草地中，土壤粗砂粒與土壤全氮之間卻呈正相關(guān)關(guān)系，這可能是因為實驗重復(fù)較少出現(xiàn)了誤差。

其次，土壤含水量直接影響土壤中各種鹽類溶解、物質(zhì)轉(zhuǎn)化以及有機物的分解[31–32]。本研究中，檸條林地的土壤含水量與土壤電導(dǎo)率呈正相關(guān)關(guān)系，這是因為土壤中各種鹽類充分溶解使其電導(dǎo)率變大，而天然草地、農(nóng)田、棄耕地和楊樹林地的土壤含水量和土壤電導(dǎo)率呈負相關(guān)關(guān)系甚至無相關(guān)性，可能是因為他們的植被蓋度相對較小，且該研究區(qū)土壤鹽堿化嚴重，土壤鹽分與土壤電導(dǎo)率的影響遠遠大于土壤含水量[33]。另外，天然草地中土壤含水量與土壤有機碳之間呈負相關(guān)關(guān)系，是因為土壤鹽堿化會影響土壤養(yǎng)分循環(huán)，導(dǎo)致土壤肥力下降，進而使得土壤有機碳含量降低[34]。而農(nóng)田中由于人為灌溉的原因使得土壤含水量很高，土壤中鹽分相對含量較小，與土壤電導(dǎo)率呈現(xiàn)不出相關(guān)性，但一定量的土壤含水量有利于土壤結(jié)構(gòu)的維持，從而增加土壤的吸附性，進而增加土壤對養(yǎng)分的吸收和穩(wěn)固能力，使得土壤有機碳含量增加[35]。

第三，土壤電導(dǎo)率與土壤全氮之間呈正相關(guān)關(guān)系，這可能是由于土壤電導(dǎo)率增加，土壤對有機物的積累和礦化速率增大所致[36]。本研究中，天然草地的這種相關(guān)性最為明顯，而在農(nóng)田、檸條林地和楊樹林地中則無相關(guān)性，可能是因為天然草地地表植被和枯落物較多，植物枯枝落葉是土壤有機質(zhì)的主要來源之一，土壤全氮含量受其影響更大。

第四，土壤有機碳、全氮含量是土壤肥力與土壤生產(chǎn)力的重要表征，土地利用和土壤管理對土壤有機碳、全氮含量的變化起著非常重要的作用[23]。本研究中，楊樹林地土壤有機碳與土壤全氮之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而其他樣地生境中土壤有機碳與土壤全氮間未呈現(xiàn)出相關(guān)性。原因可能是不同土地利用管理因素對土壤中氮素礦化作用、黏土礦物固定作用、硝化和反硝化過程、以及通過氣態(tài)和溶解后淋溶、植物固氮作用、植物與微生物對氮素的競爭利用等的影響作用的結(jié)果[37]。一方面說明農(nóng)田、棄耕地、天然草地和檸條林地的土壤有機碳和土壤全氮的富集處于動態(tài)變化之中，因為表層土的有機碳和全氮更容易受林分類型、氣候環(huán)境、凋落物現(xiàn)存量及分解程度等因素的干擾[38]。例如農(nóng)田受到耕作活動的影響，棄耕地和天然草地恢復(fù)過程，檸條林地演變均可對土壤有機碳和土壤全氮關(guān)系產(chǎn)生深刻影響[39]。同時，楊樹林地林下地表草本植被覆蓋稀少，土壤貧瘠，土壤有機碳和土壤全氮均處在較低水平，土壤微生物較少或活性比較低，使得土壤有機碳和土壤全氮處于一個相對平衡狀態(tài)，當(dāng)達到相對平衡時，土壤氮素含量大體上決定了有機碳含量，導(dǎo)致土壤有機碳和土壤全氮間呈現(xiàn)出較高的相關(guān)性[40]。

最后，由于研究區(qū)干旱少雨，生態(tài)環(huán)境惡劣，楊樹林地和檸條林地的木本植物需要從土壤中吸取大量的水分和養(yǎng)分，使得其各土壤質(zhì)量指標(biāo)之間相關(guān)性大，土壤質(zhì)量相對脆弱。而天然草地和農(nóng)田存在大量的人為干擾，如灌溉、畜牧等，對其土壤質(zhì)量指標(biāo)之間的關(guān)系也存在較大的影響，而棄耕地受人為和自然干擾較小，且地表植被稀少，因此土壤質(zhì)量指標(biāo)之間相關(guān)性較小[41]。

3.3 土地利用變化對土壤質(zhì)量的影響

進行土壤質(zhì)量評價的目的是正確認識土壤，反映土壤管理的變化，從而有效管理和保護土壤[4]。通過上述結(jié)果可以看出，寧夏農(nóng)牧交錯帶的5種不同土地利用類型的土壤質(zhì)量綜合得分排序為：農(nóng)田>棄耕地>0>天然草地>檸條林地>楊樹林地，其中綜合得分越高，說明該植被類型下的土壤質(zhì)量的綜合程度越高，反之則越低。農(nóng)田和棄耕地的綜合得分為正值，說明該植被類型下的土壤質(zhì)量高于平均水平，而草地、檸條林地和楊樹林地綜合得分值為負，則說明土壤質(zhì)量低于平均水平[42]。

之所以會出現(xiàn)這樣的結(jié)果，首先是由于該地區(qū)的農(nóng)田經(jīng)過合理施肥、灌溉等一系列精細化管理措施，具有一定的土壤培肥作用，有效提高土壤肥力避免土壤退化，因此農(nóng)田的土壤質(zhì)量得分最高，且得分高于平均水平[42]。其次棄耕地與天然草地相比，雖然都是草地，但由于該區(qū)域土壤鹽漬化的影響，天然草地的土壤質(zhì)量得分為負數(shù)，而棄耕后自然恢復(fù)的草地土壤中仍然保留有一些肥力，在一定程度上也可以改善土壤肥力水平[43]。最后檸條林地和楊樹林地相較于草地而言，植被根部從土壤中吸收的養(yǎng)分更多，從而使得土壤質(zhì)量降低。但由于灌叢具有明顯的肥力島嶼效應(yīng)，因此檸條林地的土壤質(zhì)量高于楊樹林地[29]。

北方農(nóng)牧交錯帶作為將我國東部農(nóng)區(qū)與西部草原牧區(qū)分隔開的生態(tài)過渡帶，自然條件嚴酷，年降雨量少，且年際變異劇烈，是傳統(tǒng)種植業(yè)的邊際地區(qū)，因此依照土地性質(zhì)對土地進行合理利用至關(guān)重要[6]。同時，為了進一步提高農(nóng)牧生產(chǎn)力、改善生態(tài)條件也應(yīng)從調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)入手。研究表明，在寧夏北方農(nóng)牧交錯帶，以農(nóng)為主，發(fā)展精細化農(nóng)業(yè)[43]，構(gòu)建同時注重生產(chǎn)與生態(tài)的高效而安全的區(qū)域土地利用模式。雖然這與施陳銀[44]等的研究結(jié)論相悖，可能是因為研究區(qū)域樣地地理環(huán)境差異較大，但應(yīng)遵守因地制宜的原則。

4 結(jié)論

寧夏農(nóng)牧交錯帶不同土地利用類型中通過精細化管理的農(nóng)田和棄耕后自然恢復(fù)成草地的土壤質(zhì)量較好，而天然草地、人工檸條林地和楊樹林地的土壤質(zhì)量較差。綜合分析表明，對水澆農(nóng)田實行保護性耕作和精細管理，并且農(nóng)田棄耕后自然恢復(fù)成草地，可以改善沙地土壤質(zhì)量，減少水土流失，培肥地力，并能夠逐步改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境條件。

[1] 郭旭東, 傅伯杰, 陳利頂, 等. 低山丘陵區(qū)土地利用方式對土壤質(zhì)量的影響——以河北省遵化市為例[J]. 地理學(xué)報, 2001(4): 447–455.

[2] 劉占鋒, 傅伯杰, 劉國華, 等. 土壤質(zhì)量與土壤質(zhì)量指標(biāo)及其評價[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2006, 26(3): 901–913.

[3] 陳美軍, 段增強, 林先貴. 中國土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究現(xiàn)狀及展望[J]. 土壤學(xué)報, 2011, 48(5): 1059–1071.

[4] 董莉麗, 鄭粉莉. 黃土丘陵溝壑區(qū)土地利用和植被類型對土壤質(zhì)量的影響[J]. 蘭州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2010, 46(2): 39–44.

[5] 劉長寧, 劉自增, 黃濤, 等. 基于生態(tài)綠當(dāng)量的北方農(nóng)牧交錯帶土地利用狀況分析——以寧夏銀川市濱河新區(qū)核心區(qū)為例[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014, 42(36): 13080–13082.

[6] 魏建群, 張克斌, 楊俊杰, 等. 封育對北方農(nóng)牧交錯帶荒漠化地區(qū)植被恢復(fù)作用的研究——以寧夏鹽池縣為例[J]. 水土保持研究, 2007, 14(1): 208–210.

[7] 李瑞. 北方農(nóng)牧交錯帶草地植被動態(tài)研究[D]. 北京: 北京林業(yè)大學(xué), 2008.

[8] LIU Rentao, ZHU Fan, AN Hui, et al. Effect of naturally vs manually managed restoration on ground-dwelling arthropod communities in a desertified region [J]. Ecological Engineering, 2014, 73: 545–552.

[9] 鄒亞榮. 中國農(nóng)牧交錯帶典型區(qū)土地利用變化驅(qū)動力分析及其對土壤侵蝕的影響[D]. 北京: 中國科學(xué)院研究生院(遙感應(yīng)用研究所), 2003.

[10] 劉孝勇, 宋乃平, 何秀珍, 等. 北方農(nóng)牧交錯帶草地建植模式及效益比較研究——以寧夏鹽池縣馬兒莊為例[J]. 草業(yè)科學(xué), 2011, 28(5): 813–818.

[11] 邊振, 張克斌, 李瑞, 等. 封育措施對寧夏鹽池半干旱沙地草場植被恢復(fù)的影響研究[J]. 水土保持研究, 2008, 15(5): 68–70.

[12] 毛思慧, 謝應(yīng)忠, 許冬梅. 寧夏鹽池沙化草地土壤質(zhì)量分析與評價[J]. 農(nóng)業(yè)科學(xué)研究, 2013, 34(1): 1–7.

[13] 劉任濤, 柴永青, 徐坤, 等. 荒漠草原區(qū)檸條人工固沙林生長過程中地表植被——土壤的變化[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2012, 23(11): 2955–2960.

[14] 許婷婷, 董智, 李紅麗, 等. 不同設(shè)障年限沙丘土壤粒徑和有機碳分布特征[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2014, 27(6): 628– 634.

[15] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000.

[16] 黃婷, 岳西杰, 葛璽祖, 等. 基于主成分分析的黃土溝壑區(qū)土壤肥力質(zhì)量評價——以長武縣耕地土壤為例[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2010, 28(3): 141-147.

[17] 賈文峰. 烏蘭布和沙漠東緣人工綠洲土壤質(zhì)量演變研究[D]. 內(nèi)蒙古: 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué), 2009.

[18] 任婷婷, 王瑄, 陳雯靜, 等. 不同土地利用類型土壤顆粒分形特征與粘粒含量的關(guān)系[J]. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2013, 44(2): 202–207.

[19] TYLER S W, WHEATCRAFU S W. Fractal scaling of soil particle size distributions: analysis and limitations[J]. Soil Science of American Journal, 1992, 56: 362–369.

[20] 陳新闖, 郭建英, 董智, 等. 烏蘭布和沙漠沿黃段不同土地利用類型對土壤分形特征的影響[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2015, 29(11): 169–173.

[21] 甘磊, 馬蕊, 彭揚建, 等. 不同放牧強度下羊草和大針茅草原土壤含水量的空間變化[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2015, 24(8): 1274–1279.

[22] 劉任濤, 朱凡, 趙哈林. 北方農(nóng)牧交錯區(qū)土地利用覆蓋變化對大型土壤動物群落結(jié)構(gòu)的影響[J]. 草地學(xué)報, 2013, 21(4): 643–649.

[23] 鞏杰, 王玉川, 謝余初, 等. 基于Meta-analysis的中國干旱半干旱區(qū)土地利用變化的土壤碳氮效應(yīng)研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 39(14): 8408–8411.

[24] POST W M, KWON K C. Soil carbon sequestration and land-use change: processes and potential[J]. Global Change Biology, 2010, 6(3): 317–327.

[25] 謝瑾, 李朝麗, 李永梅, 等. 納板河流域不同土地利用類型土壤質(zhì)量評價[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2011, 22(12): 3169– 3176.

[26] CHEN Xiongwen, LI Bailian. Changes in soil carbon and nutrient storage after human disturbance of a primary Korean pine forest in North-east China[J]. Forest Ecology and Management, 2003, 186: 197–206.

[27] 趙娜, 孟平, 張勁松, 等. 華北低丘山地不同退耕年限刺槐人工林土壤質(zhì)量評價[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2014, 25(2): 351–358.

[28] SU Yongzhong, ZHANG Tonghui, LI Yulin, et al. Changes in soil properties after establishment of Artemisia halodendron and Caragana microphylla on shifting sand dunes in semiarid Horqin sandy land, northern China[J]. Environmental Management, 2005, 36: 272–281.

[29] 李學(xué)斌, 張義凡, 陳林, 等. 荒漠草原典型群落土壤粒徑和養(yǎng)分的分布特征及其關(guān)系研究[J]. 西北植物學(xué)報, 2017, 37(8): 1635–1644.

[30] 蘇永中, 趙哈林. 科爾沁沙地不同土地利用和管理方式對土壤質(zhì)量性狀的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2003, 14(10): 1681–1686.

[31] FOMARA D A, TILMAN D. Soil carbon sequestration in prairie grasslands increased by chronic nitrogen addition[J]. Ecology, 2012, 93(9): 2030–2036.

[32] LU Meng, ZHOU Xuhui, LUO Yiqi, et al. Minor stimulation of soil carbon storage by nitrogen addition: A meta-analysis[J]. Agriculture Ecosystems and Environment, 2011, 140(1/2): 234–244.

[33] 孫宇瑞. 土壤含水率和鹽分對土壤電導(dǎo)率的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2000, 5(4): 39–41.

[34] 薩仁高娃, 曹芙, 王成杰, 等. 短期放牧強度對典型草原土壤有機碳及pH值的影響[J]. 畜牧與飼料科學(xué), 2014, 35(3): 5–7.

[35] 張芳芳, 張麗萍, 王文艷, 等. 水蝕風(fēng)蝕交錯區(qū)土壤養(yǎng)分特征與土壤質(zhì)地及水分關(guān)系[J]. 水土保持學(xué)報, 2012, 26(2): 99–104.

[36] 郭全恩, 南麗麗, 李保國, 等. 咸水灌溉對鹽漬化土壤有機碳和無機碳的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2018, 37(3): 66–71.

[37] 艾麗, 吳建國, 劉建泉, 等. 土壤有機碳和全氮含量及其與海拔、植被和氣候要素的關(guān)系——以祁連山中段北坡為研究對象[J]. 中國園藝文摘, 2010, 26(3): 27–34.

[38] 宋彥彥, 張言, 趙忠林, 等. 長白山西部不同林型土壤有機碳和全氮的分布特征[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報, 2018, 33(3): 39–44.

[39] 鞏杰, 陳利頂, 傅伯杰, 等. 黃土丘陵區(qū)小流域土地利用和植被恢復(fù)對土壤質(zhì)量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2004(12): 2292–2296.

[40] 張祎, 任宗萍, 李鵬, 等. 黃土丘陵區(qū)小流域生態(tài)恢復(fù)對土壤有機碳和全氮的影響[J]. 水土保持學(xué)報, 2018, 32(1): 97–103.

[41] 楊勇, 宋向陽, 詠梅, 等. 不同干擾方式對內(nèi)蒙古典型草原土壤有機碳和全氮的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2015, 24(2): 204–210.

[42] 楊鳳群. 農(nóng)牧交錯帶植被恢復(fù)的土壤質(zhì)量響應(yīng)及評價[D]. 陜西: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2014.

[43] 宋乃平, 吳旭東, 潘軍, 等. 荒漠草原人工檸條林對土壤質(zhì)地演進過程的影響[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版), 2015, 41(6): 703–711.

[44] 施陳銀, 馬禮. 北方農(nóng)牧交錯帶不同土地利用對土壤養(yǎng)分的影響——以張家口市塞北管理區(qū)為例[J]. 河北師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2009, 33(6): 815–819.

Effects of land use changes on soil quality in agro-pastoral transitional zone in Ningxia, Northern China

ZHANG Jing1, LIU Rentao2,*, ZHAO Juan2, CHANG Haitao2, LIU Jianan2, LUO Yaxi1, MA Ji1

1. College of Agriculture, Ningxia University, Yinchuan 750021, China 2. Key Laboratory for Restoration and Reconstruction of Degraded Ecosystem in Northwestern China of Ministry of Education, Ningxia University, Yinchuan 750021, China

In Yanchi County of Ningxia, five land use types including farmland, abandoned farmland, natural grassland, and afforestedshrubland and poplar agroforestry land were selected as study sites. Soil physical and chemical properties were determined, and comprehensive technical indexes regarding soil quality were calculated in order to probe into the effects of land use changes on soil quality in agro-pastoral transitional zone in Ningxia, northern China. All the results are as follows. (1) Soil coarse sand was found to be significantly (<0.05) greater in abandoned farmland and natural grassland compared with farmland, afforestedshrubland and poplar agroforestry land; soil fine sand was found to be significantly (<0.05) greater in afforested poplar agroforestry land compared with farmland, abandoned farmland, natural grassland and afforestedshrubland; both of soil very fine sand and soil clay and silt were found to be significantly (<0.05) greater in farmland and afforestedshrubland compared with abandoned farmland, natural grassland and afforested poplar agroforestry land. Soil moisture content, soil pH and soil electrical conductivity were found to be significantly (<0.05) greater in farmland compared with abandoned farmland, natural grassland, afforestedshrubland and poplar agroforestry land. Soil organic carbon was found to be significantly (<0.05) greater in abandoned farmland and afforestedshrubland compared with farmland, natural grassland and afforested poplar agroforestry land. Soil total nitrogen was found to be significantly (<0.05) greater in farmland compared with abandoned farmland, natural grassland, afforestedshrubland and afforested poplar agroforestry land. (2) There was a significant (<0.05) correlation between the above-mentioned soil quality indexes under land use types. The correlation coefficient between the evaluation indexes was found to follow the order of afforestedpoplar agroforestry land > natural grassland > farmland and afforestedshrubland > abandoned farmland. (3) The soil quality comprehensive index followed the order of farmland > abandoned farmland > 0 > natural grassland > afforestedshrubland > afforested poplar agroforestry land. It was concluded that the protective cultivation and intensive management on farmland, and the abandonment of cultivated farmland could facilitate the maintenance of soil quality, whereas the sandy natural grassland and afforested plantation could result in low soil quality in agro-pastoral transitional zone in Ningxia, Northern China.

Ningxia; agro-pastoral transitional zone; land use; soil quality; soil physical and chemical properties

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.02.013

S159

A

1008-8873(2019)02-094-11

2018-05-02;

2018-11-27

寧夏自然科學(xué)基金(2018AAC02004); 國家自然科學(xué)基金項目(41661054, 41867005); 寧夏高等學(xué)?？茖W(xué)研究項目(NGY2018007);自治區(qū)科技基礎(chǔ)條件建設(shè)計劃創(chuàng)新平臺專項資金項目(2018DPC05021); 寧夏大學(xué)“生態(tài)學(xué)”西部一流學(xué)科建設(shè)項目(NXYLXK2017B06)資助

張靜(1994—), 女, 山西太原人, 在讀碩士研究生, 主要從事恢復(fù)生態(tài)學(xué)相關(guān)研究, E-mail: zjbb13835137136@163.com.

劉任濤(1980—), 男, 河南鄧州人, 博士、博士后/副研究員, 碩士生導(dǎo)師, 主要從事恢復(fù)生態(tài)學(xué)相關(guān)研究與教學(xué)工作, E-mail: nxuliu2012@126.com.

張靜, 劉任濤, 趙娟, 等. 寧夏農(nóng)牧交錯帶土地利用變化對土壤質(zhì)量的影響[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(2): 94-104.

ZHANG Jing, LIU Rentao, ZHAO Juan, et al. Effects of land use changes on soil quality in agro-pastoral transitional zone in Ningxia, Northern China[J]. Ecological Science, 2019, 38(2): 94-104.