尤孟陽(yáng),郝翔翔,李祿軍,2

(1.中國(guó)科學(xué)院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，海倫農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，黑龍江 哈爾濱 150081；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049)

0 引 言

黑土有機(jī)質(zhì)含量高，土質(zhì)肥沃，是珍貴的土壤資源。我國(guó)黑土僅分布在東北平原地區(qū)，耕地面積約為1.85×107hm2，是支撐東北地區(qū)糧食高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)，對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性起著重要作用[1-2]。在東北黑土帶，黑龍江省黑土耕地面積約占東北黑土耕地總面積的56%，高于吉林省、遼寧省和內(nèi)蒙古自治區(qū)三地的總和[3-4]。然而，高強(qiáng)度的農(nóng)業(yè)耕作以及土壤流失導(dǎo)致黑土肥力逐年下降，嚴(yán)重影響黑土耕地質(zhì)量，保護(hù)黑土地迫在眉睫[5]。黑土開(kāi)墾歷時(shí)短、過(guò)程快，由自然生態(tài)系統(tǒng)開(kāi)墾為穩(wěn)定性較低的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)后，抗逆能力逐漸降低，土壤肥力及理化性質(zhì)出現(xiàn)不同程度的退化[6]。保證土壤質(zhì)量和肥力的可持續(xù)發(fā)展，是保護(hù)黑土地和保障糧食安全的現(xiàn)實(shí)所需。

土壤有機(jī)碳(Soil organic carbon,SOC)是衡量土壤肥力變化的重要指標(biāo)[7]。然而，由于農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)單一和管理用養(yǎng)失調(diào)，世界黑土均面臨土壤退化問(wèn)題。在過(guò)去的100年間，北美黑土SOC含量降低了50%[8]；50年間俄羅斯庫(kù)爾斯克地區(qū)黑土SOC含量下降了38%，土壤全氮含量下降了45%[9]；我國(guó)東北黑土SOC含量下降了46%[10]。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最重要和最活躍的碳庫(kù)，SOC的變化也影響到大氣碳庫(kù)的源匯效應(yīng)[11-12]。我國(guó)東北黑土從土壤釋放到大氣中的碳排放速率約為0.17～2.17 Tg·a-1，成為大氣碳排放的碳源[13]。近幾年，通過(guò)采用有效的農(nóng)田管理措施，我國(guó)黑土地保護(hù)性實(shí)踐取得了明顯成效，不僅促進(jìn)SOC積累，提高了肥料利用率，而且改善了土壤抗旱保墑能力，為提升黑土綜合功能奠定了基礎(chǔ)[14-16]。取得的生態(tài)效益，與國(guó)家對(duì)黑土地保護(hù)的高度重視與支持密切相關(guān)。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部會(huì)同國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)、財(cái)政部、國(guó)土資源部、環(huán)境保護(hù)部、水利部于2017年發(fā)布了《東北黑土地保護(hù)規(guī)劃綱要(2017～2030年)》，該綱要明確指出黑土地保護(hù)的重要性和緊迫性。

為保護(hù)我國(guó)東北黑土資源，在時(shí)間尺度上明確黑土SOC及其相關(guān)養(yǎng)分含量的演變特征，對(duì)于評(píng)價(jià)黑土質(zhì)量變化和肥力改善潛力具有重要意義。揭示農(nóng)田土壤養(yǎng)分的豐缺及平衡狀況，對(duì)于合理調(diào)控土壤肥力，實(shí)施精準(zhǔn)施肥，提高土地生產(chǎn)力至關(guān)重要。本文以位于東北黑土帶腹地，代表典型黑土的黑龍江省海倫市為研究區(qū)域，結(jié)合80年代第二次全國(guó)土壤普查資料和2011年中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)“碳專(zhuān)項(xiàng)”實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，研究了30年來(lái)黑土農(nóng)田SOC及養(yǎng)分含量的變化特征，為黑土農(nóng)田土壤肥力提升和黑土地保護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

海倫市位于黑龍江省中部(126°09′～127°25′E，47°00′～47°43′N(xiāo))，東北黑土帶中心，是東北黑土的典型代表。該區(qū)域?qū)僦袦貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候型，冬季干燥寒冷，夏季雨熱同期。多年平均氣溫約為1.5 ℃，7月溫度最高。多年平均降水量為550 mm，年降水量的近70%集中在6～8月。地形多是波狀起伏的漫川漫崗，土壤母質(zhì)為第四紀(jì)黃土狀母質(zhì)。主要農(nóng)作物為一年一熟制的大豆(GlycinemaxL.)、玉米(ZeamaysL.)和水稻(OryzasativaL.)等。

1.2 樣品采集及數(shù)據(jù)獲取

1981年海倫市農(nóng)田黑土有機(jī)碳和養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)從第二次全國(guó)土壤普查資料中獲取并進(jìn)行整理。2011年，參考第二次全國(guó)土壤普查資料黑龍江省采樣點(diǎn)位置，結(jié)合土壤類(lèi)型和土地利用分布狀況，在海倫市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中選取68個(gè)取樣點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)合土壤類(lèi)型圖，認(rèn)定厚層黑土樣品8個(gè)，中層黑土樣品45個(gè)，薄層黑土樣品15個(gè)。采集土壤表層(0～20 cm)樣品，同一塊農(nóng)田隨機(jī)選取5個(gè)樣點(diǎn)，均勻混合為一個(gè)混合樣。

1.3 室內(nèi)分析

土壤樣品去除肉眼可見(jiàn)石礫、植物殘?bào)w和根系，風(fēng)干過(guò)0.25 mm篩后，采用元素分析儀(EA3000,Euro Vector,Italy)測(cè)定土壤全碳和全氮含量。由于該區(qū)域黑土中不含碳酸鹽，因此，全碳含量即為土壤有機(jī)碳含量。土壤pH值采用電位法(水土比=2.5∶1 v/w)；土壤機(jī)械組成、堿解氮、速效鉀和有效磷測(cè)定方法參考土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[17]。表層黑土pH平均值為6.34，砂粒、黏粒和粉粒平均含量分別為37.1%、35.9%和27.0%。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算及分析

樣地空間位置利用ArcGIS軟件讀入GPS數(shù)據(jù)，進(jìn)行精確的投影轉(zhuǎn)換(Albers投影)，輸出用于地統(tǒng)計(jì)分析的矢量格式的土壤采樣點(diǎn)。通過(guò)Microsoft Excel 2010和SPSS 14.0分析土壤有機(jī)碳變化特征和土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)系數(shù)。不同土壤性質(zhì)之間的相關(guān)性分析采用Pearson相關(guān)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 黑土農(nóng)田土壤有機(jī)碳變化特征

1981年的第二次土壤普查結(jié)果表明，海倫市農(nóng)田表層SOC含量平均值為34.6 g·kg-1，2011年SOC含量平均值為30.6 g·kg-1，近30年表層黑土SOC含量下降12%(圖1)。而基于遙感影像數(shù)據(jù)的研究發(fā)現(xiàn)，在2008～2011年期間，海倫市農(nóng)田SOC含量沒(méi)有顯著變化[18]。然而，黑龍江省黑土自開(kāi)墾以來(lái)僅有50～200年的歷史，有研究認(rèn)為，在開(kāi)墾初始的前10年，SOC含量從120 g·kg-1降到70 g·kg-1，下降了42%；開(kāi)墾20～30年后，與開(kāi)墾的前10年相比繼續(xù)下降了29%～43%；開(kāi)墾50年后，與開(kāi)墾20～30年相比又下降了20%～25%[4]。因此，研究證實(shí)了海倫市農(nóng)田黑土SOC含量進(jìn)入較穩(wěn)定階段[15]。

注：矩形盒中下邊緣線和上邊緣線分別代表全部數(shù)據(jù)的5%和95%，上實(shí)心點(diǎn)為異常值。矩形盒上、下邊緣分別代表上四分位數(shù)和下四分位數(shù)，分別代表全部數(shù)據(jù)的75%和25%，實(shí)線代表平均值；F與P值代表1981年與2011年土壤有機(jī)碳t檢驗(yàn)分析; 不同字母表示1981年不同厚度黑土有機(jī)碳在P<0.05水平上差異顯著。下同。Note:The lower edge and upper edge lines represented the 5% and 95% of all the data,the solid points represented the vertical outliers.The lower quartile and upper quartile of the boxplots represented 25% and 75% of all data,the solid lines represented the average values; F and P represent the t-test of soil organic carbon between 1981 and 2011; different letters show significantly different among the three soils in 1981.The same is as below.圖1 海倫農(nóng)田表層黑土有機(jī)碳變化特征Fig.1 Changes in soil organic carbon of croplands in Hailun Mollisols

按照土壤發(fā)生學(xué)分類(lèi)，海倫市黑土土種主要包括薄層黑土、中層黑土和厚層黑土，所占比例分別為39.8%、40.8%和19.4%[19-20]。通過(guò)研究不同土種黑土SOC變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，與1981年相比，厚層黑土SOC下降了22%，而中層和薄層黑土分別下降了11%和10%。雖然厚層黑土SOC含量下降最多，但是海倫耕地黑土以中層黑土為主，厚層黑土所占的面積比例相對(duì)較小，因此削弱了由厚層黑土SOC大幅降低所引起的黑土整體SOC含量的銳減。1981年，黑土不同土種間SOC含量存在顯著差異， 2011年厚層黑土SOC含量雖然略高于中層和薄層黑土，但不同土種間SOC含量的差距逐漸縮小。這主要是因?yàn)橥寥婪柿Φ慕档椭饾u受到人們的重視，不同農(nóng)田管理措施的實(shí)施使SOC降低的趨勢(shì)有所減緩，超過(guò)50%的表層黑土SOC含量呈小幅波動(dòng)[18]。由此可見(jiàn)，海倫黑土自上世紀(jì)80年代至2011年，SOC含量的變化特征呈下降至相對(duì)穩(wěn)定的趨勢(shì)；而從上世紀(jì)90年代開(kāi)始，SOC含量幾乎無(wú)變化[18,21](圖2)。

圖2 黑土有機(jī)碳含量動(dòng)態(tài)變化特征Fig.2 Dynamics of soil organic carbon content

SOC含量的大幅改變必然會(huì)引起土壤碳儲(chǔ)量的變化，30年的耕作使海倫市表層黑土有機(jī)碳儲(chǔ)量降低了14.7 Mg·hm-2，耕地退化現(xiàn)象嚴(yán)重[22-23]。海倫黑土剖面研究結(jié)果表明，土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量(0～100 cm)為229.3 Mg·hm-2，其中，20～100 cm的有機(jī)碳儲(chǔ)量占土壤剖面有機(jī)碳儲(chǔ)量的67.2%[24]。對(duì)于0～200 cm的海倫黑土剖面而言，100～200 cm的有機(jī)碳儲(chǔ)量與表層0～20 cm有機(jī)碳儲(chǔ)量相近，具有提高土壤碳匯功能的重要潛力[25]。因此，在改善表層土壤肥力時(shí)，培育深層土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤滲透能力，有利于提高土壤的碳儲(chǔ)量。

SOC的動(dòng)態(tài)變化是有機(jī)物料輸入與土壤碳輸出之間動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)果。開(kāi)墾初期，施肥方式以化肥為主，土壤中有機(jī)物質(zhì)輸入有限，主要為微生物生長(zhǎng)提供碳源，收獲后伴隨生物量的移出，土壤碳輸出大于碳輸入，使得SOC難以積累，因此黑土SOC快速下降，土壤養(yǎng)分處于長(zhǎng)期虧缺狀態(tài)[4]。有機(jī)肥的施用增加了SOC的輸入量，緩解了SOC快速下降的趨勢(shì)。隨著施肥量的增加，土壤不同形態(tài)的碳也發(fā)生改變?；逝涫└吡控i糞使表層SOC增加18.2%，其中惰性有機(jī)碳庫(kù)增加了29.5%，SOC穩(wěn)定性得以提升[26]。但有研究認(rèn)為，有機(jī)肥僅能在一定程度上改善土壤肥力屬性，達(dá)到短期增產(chǎn)的目的[27]。而畜禽糞便等有機(jī)肥輸入到土壤后，由于其可能存有病原菌或者重金屬污染土壤，從而會(huì)影響糧食作物的品質(zhì)，因此從土壤健康和糧食安全的角度出發(fā)，應(yīng)嚴(yán)格管控和監(jiān)測(cè)有機(jī)肥質(zhì)量。

目前，秸稈還田作為提升土壤肥力和保護(hù)環(huán)境的措施獲得廣泛關(guān)注。例如，滅茬還田使長(zhǎng)期種植玉米的厚層黑土、中層黑土和薄層黑土SOC含量分別增加了9.4%、13.7%和7.0%[28]。秸稈還田配施化肥不僅提高了全土層SOC含量，而且增加了土壤各級(jí)團(tuán)聚體內(nèi)的SOC含量，也顯著提高了大粒級(jí)團(tuán)聚體中有機(jī)碳對(duì)全土層SOC的貢獻(xiàn)率[29]。將秸稈均勻深混到0～35 cm土層中，通過(guò)提升土壤表層的蓄水能力，也可以達(dá)到改善土壤肥力的目的[16]。秸稈和化肥配合施用能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)團(tuán)聚結(jié)構(gòu)對(duì)SOC的物理保護(hù)作用，減緩微生物對(duì)SOC的分解作用[30-32]。有關(guān)秸稈還田的方式，秸稈粉碎的尺寸和秸稈還入土壤深度對(duì)SOC固存影響的報(bào)道很多[33-36]，然而，連續(xù)多年定量秸稈還田，并不能使SOC含量持續(xù)增加[37]。雖然增施秸稈還田量能夠在短時(shí)間內(nèi)增加SOC含量，但是也會(huì)增加溫室效應(yīng)帶來(lái)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。因此，在秸稈還田條件下，應(yīng)更加關(guān)注土壤碳的收支平衡以及SOC穩(wěn)定性的變化。

2.2 黑土農(nóng)田土壤養(yǎng)分變化特征

土壤養(yǎng)分是土壤肥力的基礎(chǔ)，與糧食生產(chǎn)密切相關(guān)。據(jù)報(bào)道，1972～2001年海倫市施肥制度主要經(jīng)歷了4個(gè)階段：不施肥-有機(jī)肥為主-有機(jī)肥和化肥配施-化肥為主，期間化肥用量增加了8.5倍[38]。伴隨施肥制度的變化，和SOC變化一樣，土壤養(yǎng)分含量也呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)。本研究結(jié)果表明，30年間土壤堿解氮和速效鉀含量分別降低了32%和47%，而有效磷含量增加了52%(圖3)。這一結(jié)果與王建國(guó)等[39]研究發(fā)現(xiàn)一致，即黑土養(yǎng)分處于土壤磷素盈余，而鉀素虧缺的狀態(tài)。

圖3 海倫農(nóng)田表層黑土理化性質(zhì)Fig.3 Soil properties in top layer of croplands in Hailun City

與1981年相比，2011年海倫黑土表層土壤全氮含量降低了8.5%，這一結(jié)果說(shuō)明氮肥的施用減緩了土壤全氮含量的下降。但是，與1981年相比，厚層、中層和薄層黑土中，堿解氮分別以3.25 mg·kg-1·a-1、2.24 mg·kg-1·a-1和1.64 mg·kg-1·a-1的速率下降。持續(xù)且過(guò)量的施用氮肥，會(huì)加速土壤氮素的損失，降低作物對(duì)氮肥的利用率[40]，導(dǎo)致土壤堿解氮大量消耗以滿(mǎn)足作物的生長(zhǎng)。過(guò)量氮肥積累會(huì)促使土壤微生物硝化和反硝化作用增強(qiáng)，促進(jìn)N2O等溫室氣體排放增多[41-42]。阻控氮肥損失的有效措施，可以增加作物對(duì)氮素的養(yǎng)分吸收率，降低土壤氮素消耗，緩解其對(duì)環(huán)境造成的不利影響。因此，根據(jù)土壤養(yǎng)分情況確定適宜的氮肥施用量，選擇合理的施肥時(shí)期，以此提高氮肥利用率[43]，既能獲得目標(biāo)產(chǎn)量，又可以將氮素?fù)p失降低到環(huán)境可承受范圍內(nèi)[44-46]。

土壤有效磷是評(píng)價(jià)土壤磷素養(yǎng)分可利用水平的重要指標(biāo)。從上世紀(jì)80年代初開(kāi)始，生產(chǎn)上長(zhǎng)期大量施用磷肥，除去作物能夠吸收利用的磷素外，大量磷在土壤中累積，降低了土壤磷利用率[47]，但是土壤磷的盈余是現(xiàn)階段土壤有效磷含量變化的主要特征[40]。與1981年相比，2011年土壤有效磷含量在不同土種黑土中分別以0.14 mg·kg-1·a-1(厚層黑土)、0.53 mg·kg-1·a-1(中層黑土)和0.22 mg·kg-1·a-1(薄層黑土)的速率增加?；陂L(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的研究結(jié)果也表明，39%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤有效磷含量顯著升高并引起了較高的磷盈余[48-49]。有研究表明，薄層黑土的磷酸酶活性較低，導(dǎo)致其有效磷含量低于厚層黑土和中層黑土[50]。較高的有效磷是作物高產(chǎn)的關(guān)鍵，但磷素盈余可能引發(fā)磷素淋溶從而導(dǎo)致地表水體的富營(yíng)養(yǎng)化[51]。磷素過(guò)量積累，會(huì)減弱磷素有效性，降低磷肥利用率。近年來(lái)秸稈還田對(duì)磷的有效性起到積極作用，一方面有機(jī)殘?bào)w分解過(guò)程中直接釋放的磷可直接增加土壤有效磷含量[52]；另一方面，秸稈還田通過(guò)增加土壤持水能力進(jìn)而促進(jìn)根系生長(zhǎng)吸收更多的磷，同時(shí)增加土壤微團(tuán)聚體數(shù)量，減少土壤的吸附點(diǎn)位以及促進(jìn)微生物的固磷作用來(lái)間接影響土壤磷的有效性[53]。由此可見(jiàn)，磷肥與秸稈還田配施對(duì)提高黑土磷的有效利用率有積極作用[54]。

鉀素是作物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)三要素之一，而作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中所需的鉀素主要來(lái)源于土壤，能否獲得足夠的鉀來(lái)維持作物正常的生長(zhǎng)發(fā)育，與土壤的供鉀能力密切相關(guān)。截止2011年，海倫市黑土速效鉀含量下降43%，厚層、中層和薄層黑土的速效鉀下降速率分別是4.11 mg·kg-1·a-1、3.53 mg·kg-1·a-1和4.68 mg·kg-1·a-1。一般而言，黑龍江省土壤速效鉀含量較高，鉀肥施用效果不明顯，導(dǎo)致鉀肥被忽視。然而，土壤鉀是不可再生資源，長(zhǎng)期重氮肥和磷肥、輕鉀肥的施肥方式，使土壤中的鉀素在作物生長(zhǎng)發(fā)育階段過(guò)度消耗[55]。適當(dāng)增加鉀肥施用量，同時(shí)探尋黑土鉀素改善的管理措施刻不容緩。

化肥對(duì)糧食的增產(chǎn)效果并不是逐年遞增的，30年的施肥結(jié)果表明，海倫市每千克化肥生產(chǎn)的糧食產(chǎn)量平均從34.7 kg下降到8.4 kg，化肥的施用已不能滿(mǎn)足糧食作物的生長(zhǎng)需求，這也意味著土壤中提供給作物生長(zhǎng)的養(yǎng)分有限，化肥利用率極低。減少化肥用量，提高肥料利用率越來(lái)越受到重視。有研究發(fā)現(xiàn)，就海倫市黑土的潛在肥力而言，禾本科作物停止施氮肥1年，糧食產(chǎn)量可以達(dá)到全肥產(chǎn)量的60%～70%；停施磷肥，產(chǎn)量可以達(dá)到全肥產(chǎn)量的85%以上；停施鉀肥，產(chǎn)量可以達(dá)到全肥產(chǎn)量的95%以上；但是長(zhǎng)期連續(xù)不施肥，黑土農(nóng)田氮、磷和鉀素養(yǎng)分的自然供給力將呈不同程度的下降趨勢(shì)[56]。有關(guān)秸稈還田的研究表明，我國(guó)秸稈中含有氮、磷、鉀養(yǎng)分含量占當(dāng)年化肥施用量的一半左右[57]。采用秸稈還田與半量化肥配施，能夠提升SOC儲(chǔ)量，提高土壤養(yǎng)分含量，促進(jìn)糧食高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，降低環(huán)境惡化的風(fēng)險(xiǎn)，是實(shí)現(xiàn)土壤肥力可持續(xù)發(fā)展的有效管理措施。因此，尋求低量高效的有機(jī)、無(wú)機(jī)肥配施措施是今后研究工作的重點(diǎn)。

2.3 海倫農(nóng)田黑土有機(jī)碳與養(yǎng)分變化關(guān)系

與第二次全國(guó)土壤普查相比，海倫市黑土農(nóng)田土壤有機(jī)碳與土壤養(yǎng)分含量均發(fā)生了不同程度的改變，土壤養(yǎng)分的演變特征具有一定的規(guī)律性，這主要是因?yàn)橥寥烙袡C(jī)碳與多個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)之間存在較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性(表1)。土壤有機(jī)碳與全氮含量總是具有相似的變化趨勢(shì)，本研究相關(guān)分析顯示，黑土有機(jī)碳與全氮含量相關(guān)程度最高(r=0.85，P< 0.01)。土壤的碳氮比(C/N)反映了碳和氮之間的平衡關(guān)系，其演變趨勢(shì)對(duì)土壤肥力以及碳、氮循環(huán)有著重要的影響。與1981年相比，2011年海倫黑土表層土壤全氮含量沒(méi)有發(fā)生顯著變化，而C/N比值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，表明土壤有機(jī)碳下降導(dǎo)致土壤C/N比降低，而C/N比降低會(huì)促進(jìn)土壤微生物的活性，反過(guò)來(lái)會(huì)促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分消耗。因此，土壤有機(jī)碳與堿解氮和速效鉀含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系。但是土壤有機(jī)碳與有效磷相關(guān)性不顯著，這可能是由于長(zhǎng)期的磷肥施用導(dǎo)致土壤有效磷含量超過(guò)黑土有效磷農(nóng)學(xué)閾值(15.0 mg·kg-1)[48]。另外，土壤速效鉀與有機(jī)碳、全氮、碳氮比和堿解氮均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。開(kāi)展黑土C∶N∶P∶K化學(xué)計(jì)量特征的綜合研究，解析氮、磷和鉀元素與土壤有機(jī)碳復(fù)雜的相關(guān)性以及三種養(yǎng)分元素的相互制約關(guān)系，對(duì)于糧食作物產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分的影響，仍需要進(jìn)一步研究。

表1 黑土土壤理化性質(zhì)相關(guān)系數(shù)矩陣Table 1 Correlation coefficient matrix of soil properties in Mollisols

3 結(jié)論與展望

海倫農(nóng)田黑土有機(jī)碳與養(yǎng)分變化是自然因素與人為干擾共同作用的結(jié)果，與上世紀(jì)80年代相比，近30年來(lái)表層黑土SOC含量下降了4 g·kg-1，其中厚層、中層和薄層黑土土壤有機(jī)碳分別以0.29 g·kg-1·a-1、0.12 g·kg-1·a-1和0.10 g·kg-1·a-1的速率下降。表層黑土堿解氮和速效鉀的下降速率分別為2.49 mg·kg-1·a-1和3.83 mg·kg-1·a-1，有效磷增加速率為0.37 mg·kg-1·a-1。不同土種土壤速效鉀的下降速率僅低于土壤有機(jī)碳，高于土壤堿解氮，其中厚層黑土下降的速率最快。然而，不同土種黑土有效磷呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，中層黑土增長(zhǎng)最快。綜合而言，在當(dāng)前的農(nóng)田管理措施下，黑土農(nóng)田土壤表現(xiàn)為有機(jī)碳、氮含量相對(duì)穩(wěn)定、磷素盈余、鉀素虧缺的狀態(tài)。因此，選取合理的農(nóng)田管理措施，提高肥料利用率，加強(qiáng)土壤固碳潛力，改善土壤養(yǎng)分含量及其生物活性，對(duì)黑土可持續(xù)利用意義重大。

致謝：

感謝參與野外取樣與室內(nèi)測(cè)試分析的中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所的所有同事和同學(xué)。