開墾年限對黃河三角洲鹽堿地土壤質量的影響

胡 琴，陳為峰，宋希亮，董元杰，劉志全 ，王曉芳

開墾年限對黃河三角洲鹽堿地土壤質量的影響

胡 琴1，陳為峰1，2?，宋希亮1，2，董元杰1，劉志全3，王曉芳3

（1. 山東農業大學資源與環境學院，山東泰安 271018；2. 山東省鹽堿地植物—微生物聯合修復工程技術研究中心，山東泰安 271018；3. 山東省土地綜合整治服務中心，濟南 250014）

以黃河三角洲開墾年限<5 a、10～15 a、20～25 a、30～35 a、50～60 a的小麥/玉米連作土地利用類型為研究對象，從土壤物理、化學、生物學指標出發，選取容重、有機質、全氮、有效磷、速效鉀、全鹽、pH、蔗糖酶、堿性磷酸酶等9個土壤質量指標，通過主成分分析，計算土壤質量綜合指數（Soil Quality Index，SQI），定量評價不同開墾年限土壤質量變化過程。結果表明：土壤質量隨開墾年限的增加呈增加的趨勢，與未開墾荒地相比，開墾<5 a、10～15 a、20～25 a、30～35 a、50～60 a的SQI在0～20 cm和20～40 cm土層分別提高了36.70%～161.49%和164.44%～444.40%。SQI在不同開墾年限期間表現出不同的上升程度，與未開墾荒地相比，開墾初期（<5 a）0～20 cm和20～40 cm土層SQI分別提高了36.70%和164.44%，開墾10～15 a后，SQI較開墾初期（<5a）分別提高了38.27%和18.18%，開墾20～25 a后較10～15 a 分別提高了10.37%和39.35%，30～35 a較20～25 a分別提高了24.42%和24.79%，50～60 a較30～35 a分別提高了0.74%和0.17%。開墾<5 a、10～15 a、20～25 a、30～35 a、50～60 a的0～20 cm土層分別較20～40 cm土層 SQI提高了65.69%、93.85%、53.53%、53.08%、86.95%。表明開墾種植作物會提高黃河三角洲鹽堿地土壤質量。

黃河三角洲；主成分分析；土壤質量；開墾年限

黃河三角洲擁有我國東部豐富的土地資源，該地區土壤形成于退海之后，受季風氣候、海水侵蝕、成土原因等影響，該地區土壤蒸發作用強且地下水位高，土壤鹽漬化嚴重[1]。隨著黃河三角洲高效經濟發展以及“渤海糧倉”建設，研究鹽漬土土壤質量變化特征，對后續土地利用具有重要的現實指導意義。區域土壤發展的歷史，實際就是土地不斷被開墾利用的歷史。土壤在開墾過程中會影響土壤環境，引起土壤質量的改變。目前黃河三角洲土壤質量的研究側重運用遙感和GIS對區域進行整體評價[2]，而開墾對土壤質量的影響欠缺關注。已有研究表明，東北黑土在開墾種稻第85年時，0～20 cm和20～40 cm土層有機碳含量顯著低于荒地，下降幅度分別為19.93%和25.51%[3]；干旱區鹽漬化荒地開墾后土壤有機碳和全氮隨開墾年限呈逐漸增加的趨勢[4]；隨著開墾年限的增加，有機碳和全磷在碳酸鹽巖地區隨開墾年限的增加呈先降低后升高的趨勢[5]。然而，土壤質量并不是一個單一的概念，包含了多方面的內容，包括土壤的生產力、土壤環境、土壤動植物健康等，包括了土壤物理、化學、生物的特性，的能力因此決定了衡量土壤質量的變化不能僅用某個單一的指標[6]；選擇適當的評價方法，對于準確評價土壤肥力水平具有重要意義，目前，土壤質量評價方法尚未有統一的標準[7]，已有國內外學者采用主成分分析法[8]、聚類分析法[9]、灰色關聯分析法[10]、綜合指數法[11]等對土壤質量進行了大量的研究。

本文選取黃河三角洲不同開墾年限的典型土壤為研究對象，以樣地空間變化代替時間序列，選取9個反映土壤質量評價指標，建立不同開墾年限土壤質量評價指標體系，運用主成分分析計算出多個土壤質量評價指標下的土壤質量綜合指數（Soil Quality Index，SQI），定量評價土壤質量的影響，以期為黃河三角洲土壤科學開墾及土壤質量管理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于黃河三角洲東營市河口區仙河鎮，坐標為118°35′57″～118°55′49″E，37°53′20″～ 37°56′22″N。該區屬于北溫帶大陸性季風氣候，夏季年均降水量最高，約530～630 mm，夏季年均蒸發量為1 885 mm，年平均氣溫為13.3℃，平均無霜期為206 d[12]。區域土壤類型主要為鹽化潮土，土壤質地類型以粉砂壤土為主，含有砂質壤土、黏壤土。研究區內農作物以棉花、玉米、小麥為主，自然植被以蘆葦、堿蓬、蒿類為主[13]。地下水礦化度在空間分布上的總體規律表現為由內地向沿海方向地下水礦化度逐漸增加，近內陸部分礦化度較低，一般為2 g·L–1左右；沿海地帶地下水礦化度較高，局部地區甚至大于50 g·L–1，其他大部分地區地下水礦化度大于10 g·L–1。研究區灌溉水源來自黃河，灌水方式為大水漫灌，年均灌水量約為2 250 m3·hm–2。依據不同形成時期，陳建等[14]將1855年黃河分流以來的黃河三角洲分為8個葉瓣，研究區位于第6個葉瓣上，陸地表土形成時間約為1934—1938，1963年成立軍馬場開始開發，至今鹽堿地開墾歷史已超過50 a，可視為整個黃河三角洲鹽堿地開發進程的一個典型階段，是開展黃河口地區土地利用變化及生態效應研究的最佳天然實驗室[15]。

1.2 樣點選取與樣品采集

采樣區根據土地利用變化研究有關文獻[16-17]、土地利用現狀圖并結合實地走訪調查，于2016年8月分別選取開墾<5 a、開墾約10～15 a（2005年開發）、開墾約20～25 a（1995年開發）、開墾約30～35 a（1985年開發）和開墾約50～60 a（1956年開發）的耕地，對照為未開墾鹽堿荒地（圖1）。由于耕地土壤受環境因子影響較大，本實驗選取土壤類型相同、土地利用類型相同的樣地進行研究。于2016年8月，選擇未開墾鹽堿荒地裸地及上述不同年限（<5 a、10～15 a、20～25 a、30～35 a、50～60 a）的6個典型地塊樣地，土地利用方式均為小麥/玉米連作，土壤樣品的取樣深度為40 cm，利用直徑3 cm土鉆按照20 cm分層進行采樣（見表1）。每個開墾年限選擇三個相距不小于1 000 m的地塊，每個地塊采用五點取樣法，每個樣點為相距不小于5 m的三鉆混合，同時每塊樣點選取三個典型剖面，分層采取0～20 cm和20～40 cm的原裝土測定土壤容重。將采集好的土壤樣品帶回實驗室，放置陰涼通風處自然風干，充分研磨，以供土壤理化性狀和土壤酶的測定。

1.3 評價指標的選取

由于土壤質量指標存在多樣性，而且在不同的土壤系統中差異較大，在選取指標的過程中，需要明確土壤質量評價目標[18]，因此為了能夠全面反映不同開墾年限下土壤質量的情況，本研究從物理、化學、生物學性質出發，依據土壤質量指標選取的針對性、區域性、敏感性和穩定性原則[19]，評價樣區土壤質量水平。參照前人研究成果，選取了反映土壤物理性狀的容重指標；反映土壤養分指標有機質、全氮、有效磷、速效鉀、全鹽、pH；反映土壤酶活性的生物學指標有蔗糖酶、堿性磷酸酶。

注：圖中編號1代表開墾<5 a取樣地，編號2代表開墾10～15 a取樣地，編號3代表開墾20～25 a取樣地，編號4代表開墾30～35 a取樣地，編號5代表開墾50～60 a取樣地，對照為未開墾荒地。Note：No. 1～5 stands for farmland cultivated for < 5 a，10～15 a，20～25 a，30～35 a，and 50～60 a，respectively，and CK for virgin land.

圖1 取樣點分布圖

Fig. 1 Sampling point distribution map

表1 不同墾殖年限區域基本概況

1.4 土壤樣品測定方法

土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法測定，全氮采用凱氏蒸餾法測定，速效磷采用0.5 mol·L–1NaHCO3比色法測定，速效鉀采用火焰光度計法測定，土壤容重采用環刀法測定，pH采用 pH 酸度計電位法（水︰土為 5︰1）測定；全鹽采用烘干法測定，蔗糖酶活性采用 3，5-二硝基水楊酸比色法測定，堿性磷酸酶活性采用苯磷酸二鈉比色法測定[20-21]。

1.5 土壤質量分析方法

土壤質量指標隸屬度采用降型或升型隸屬度函數確定：

式中，（x）表示第項不同開墾年限下土壤質量的隸屬度值（0～1），表示不同開墾年限下土壤質量的指標的實際測定值，xmax和xmin分別表示第項評價土壤質量的指標在不同年限下的的最大值和最小值。

不同開墾年限下土壤質量指標權重通過主成分分析計算：

式中，W表示在某一主成分中第個土壤質量評價指標的權重；Cap表示在某一主成分中第個土壤質量評價指標因子載荷量的絕對值，表示評價不同開墾年限下土壤質量指標的數目。

不同開墾年限下土壤質量通過各評價指標結果進行綜合定量確定，其計算公式：

式中，為不同開墾年限下土壤質量評價指標的數目，為主成分的數目，K為第個主成分的方差貢獻率，（x）表示第項土壤質量退化評價指標的隸屬度值，W表示在某一主成分中第項土壤質量評價指標的權重。

2 結 果

2.1 土壤理化性狀描述性統計特征

土壤開墾后，土壤屬性發生了相應的變化，隨著不同開墾年限的變化，土壤屬性也呈現出不同的變化速率。根據表2可知，不同開墾年限的質量評價因子的變異系數均在0～100%范圍內，屬中等變異，變異最大的為20～40 cm土層的蔗糖酶，達到60.24%，其次為20～40 cm土層全鹽，根據濱海鹽漬土劃分等級，土壤全鹽最大值超過0.5%，屬于重度鹽漬土，0～20 cm和20～40 cm土層的全鹽均值分別屬于輕度和中度鹽漬；土壤pH范圍為7.93～8.56，呈堿性特征；按照全國第二次普查執行的土壤養分分級標準，0～20 cm和20～40 cm土層的全氮和有機質分別屬于中等和缺乏水平；有效磷在兩個土層中均屬于中等水平；0～20 cm土層速效鉀含量最高，20～40 cm土層屬于中等水平。

表2 土壤質量評級指標描述性特征

2.2 土壤質量指標的隸屬度

土壤屬性具有空間變異性，對土壤質量也存在動態影響，因此在進行土壤質量綜合指數（SQI）計算之前必須對原始數據進行標準化處理，將各指標處理為0～1之間的標準隸屬度值（表3），通過隸屬度值的大小表明各項評價指標在土壤中的狀態及對土壤質量的影響，隸屬度值越大，表明在該指標下土壤質量越好，反之則表明該指標下土壤質量較差。根據土壤指標的敏感度，將指標分為三種函數：（1）一種越大越好的函數，如有機質、全氮等對土壤質量呈正相關的指標；（2）一種越小越好的函數，如全鹽、容重等對土壤質量呈負相關的指標；（3）一種最優范圍的函數，如pH，這些指標既可以使用越大越好的函數，也可以使用越小越好的函數，具體函數取決于指標的值是否低于或高于閾值[22-23]。由于土壤質量評價指標具有變化連續性的特點，因此選擇的隸屬度函數則是可以表現各評價指標因子的連續性特點。在本研究中，有機質、全氮、速效鉀、有效磷、蔗糖酶和堿性磷酸酶采用升型分布函數，全鹽、容重采用降型分布函數，樣地pH均大于7，故也采用降型分布函數進行計算（表3）。

2.3 土壤質量評價指標體系權重

根據SPSS因子分析對選擇的土壤質量指標進行主成分分析，從中提取各主成分及其方差貢獻率、累計方差貢獻率以及不同開墾年限下土壤質量評價指標在各主成分中的載荷值。三個主成分的累計方差貢獻率達到87.593%，說明三個主成分基本涵蓋了9個指標反映的主要內容，可以用來表現土壤屬性的變異性，從各主成分的載荷可以看出，三個主成分可以解釋> 90%的指標為有機質、堿性磷酸酶；>80%的指標為速效鉀、全鹽、容重、pH；> 70%的指標為全氮、蔗糖酶；> 60%的指標為有效磷。可見，三個主成分可以解釋大部分的土壤屬性指標的變異性。一般認為，因子負荷越大，變量在相應主成分中的權重就越大，本研究通過不同開墾年限下土壤質量評價指標的因子負荷量分別計算出其在不同主成分中權重（表4）。

表3 不同開墾年限土壤質量評價指標的隸屬度值

表4 主成分貢獻率和土壤質量指標的權重

① Organic matter，②Total N，③ Available P，④ Readily Available K，⑤ Total salt，⑥Alkaline phosphatase，⑦ Sucrose，⑧ Bulk density，⑨Variance contribution rate，⑩ Cumulative variance contribution rate

2.4 不同開墾年限的SQI變化

根據土壤質量綜合指數計算公式，根據隸屬度和權重，計算土壤質量綜合指數（表5）。

荒地在進行開墾后，土壤各物質進行積累導致SQI隨開墾年限的增加而增加（圖2），反映了開墾后土壤質量演變的特征，未開墾荒地SQI在0～20 cm和20～40 cm土層分別為0.250和0.078，開墾<5 a、10～15 a、20～25 a、30～35 a、50～60 a與未開墾荒地相比，在0～20 cm土層上，SQI分別提高了36.70%、89.02%、108.62%、159.56%、161.49%，在20～40 cm土層，SQI分別提高了164.44%、212.52%、335.50%、443.45%、444.40%。表明開墾50～60年后，0～20 cm和20～40 cm土層土壤質量會明顯提高。

表5 不同開墾年限的土壤質量綜合指數

SQI在不同開墾期間表現出不同的上升程度，在0～20 cm和20～40 cm土層，開墾10～15 a后，SQI較開墾初期（<5a）分別提高了38.27%和18.18%，開墾20～25 a后較10～15 a 分別提高了10.37%和39.35%，30～35 a較20～25 a分別提高了24.42%和24.79%，50～60 a較30～35 a分別提高了0.74%和0.17%。由于土壤養分的表聚效應，同一開墾年限0～20 cm土層的SQI均大于20～40 cm土層，開墾<5 a、10～15 a、20～25 a、30～35 a、50～60 a的0～20 cm的SQI分別較20～40 cm提高了65.69%、93.85%、53.53%、53.08%、86.95%。

圖2 土壤質量綜合指數（SQI）隨開墾年限的變化

3 討 論

在土壤肥力的測量指標中，評價指標作為一種可度量及測定的土壤屬性，具有良好的參考性。為不影響土壤肥力評價的準確度，選擇正確的評價指標是做好這一評價的前提。因此評價體系中應包括反映土壤物理、化學和生物學特性的指標[24]。確定土壤質量評價指標體系應滿足綜合性、主導性、穩定性、精確性和實用性的原則[25]。單一指標對土壤質量的評價往往存在片面性，因此在進行土壤質量評價時須考慮土壤功能，進而選取構建適宜的綜合指標體系。土壤容重是評價土壤物理性質的重要指標，土壤鹽分、pH可反映土壤受脅迫程度與緩沖能力，土壤有機質、全氮、速效鉀、有效磷是植物養分和土壤微生物生命活動的能量來源，這些養分指標會影響土壤的水分運移、抗侵蝕能力、養分吸收效果以及微生物活性，可以更加全面的反映開墾對土壤質量的綜合影響[26]。對膠州灣濕地光灘和鹽沼土壤[27]進行質量評價時，選用了土壤容重、pH、總有機碳、全氮、全磷等指標，而對環渤海區域土壤[28]質量進行評價時，評價指標進行了擴充，包括了土壤鹽分、pH 、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質、全氮、砂粒含量、黏粒含量等多個指標。在眾多土壤質量評價研究中，已有學者將物理指標與化學指標相結合來綜合反映土壤質量變化情況，但是將物理、化學、生物學指標相結合的研究較為欠缺[29]。土壤酶是組成土壤生態系統中的重要因子，在土壤學過程和物質循環中發揮著重要的作用，其中土壤蔗糖酶和磷酸酶是最常用的土壤酶活性指標，土壤蔗糖酶參與土壤有機碳轉化，其活性強弱反映了土壤肥力水平的重要指標[30]；堿性磷酸酶能反映土壤磷酸的有效性，黃河三角洲土壤作為典型缺磷土壤[31]，堿性磷酸酶可作為反映土壤質量的限制性因子，因此本文在土壤質量評價指標中引入了蔗糖酶和堿性磷酸酶。

研究表明，土壤質量隨開墾年限表現出一定的變化規律，總體表現為隨開墾年限增加而增加，已開墾樣地土壤質量均高于未開墾樣地，開墾30～35 a后土壤質量趨于穩定。本研究0～40 cm層土壤養分及酶活性與土壤質量變化呈現出相似的規律，這是因為荒地經開墾種植作物后，植物根系穿插土壤，改善土壤的物理結構，使土壤孔隙度增加，持水能力增強；土地利用方式的改變打破土壤養分平衡，改變了荒地生態系統封閉的循環模式[32]，開墾耕作后充分的灌溉改善了土壤水分環境，化肥、有機肥投入等農田管理措施增加了土壤有機碳和養分的輸入，而且長期施用有機肥有利于改善土壤結構，促進耕層團聚體中全氮及有機氮各組分的積累[33]，作物收獲后，大量的秸稈用于秸稈還田，使大量的碳、氮等營養元素積累，隨著開墾年限的增加，土壤中營養元素不斷增加，這與李易麟和南忠仁[34]對干旱區土壤養分變化研究結果一致，但與谷海斌等[35]在對干旱區綠洲的研究中發現土壤養分隨開墾年限先降低后升高的結果不同，造成這種結果的原因一方面可能是研究區域不同，土壤母質養分背景差異較大所致，一方面可能跟灌溉施肥措施不同有關；此外，種植作物的種類也會造成土壤養分的差異；隨著開墾年限的增加，一方面植物根系的機械作用會影響土壤的容重、孔隙度，另一方面植物通過根系分泌物、葉片和莖稈凋落物改變土壤條件，從而影響微生物的生活環境，直接或間接的增強土壤酶的表達[36]。土壤中過高的鹽分會影響土壤化學和生物過程，降低出苗率、限制作物生長、減少農產品產量，破壞土壤質量。本研究土壤鹽分隨開墾年限增加總體呈下降趨勢，因為開墾種植作物后，玉米/小麥等大生物量植物在其生長過程中對太陽輻射的遮蔽會減少地表水分蒸發，以緩解鹽分向地表運移而造成土壤質量的破壞[37]，這與張壽雨等[38]對克拉瑪依農業開發區的研究結果一致。不同開墾年限20～40 cm層土壤質量均低于0～20 cm，可能與施肥灌溉以及秸稈還田、養分歸還引起的養分表聚相關。

4 結 論

本研究以黃河三角洲平均開墾年限分別為< 5 a、10～15 a、20～25 a、30～35 a、50～60 a的小麥/玉米連作土地類型為研究對象，運用主成分分析，評價不同開墾年限下土壤質量的變化過程，得出以下結論：荒地開墾60年內，土壤質量隨開墾年限的增加呈明顯上升趨勢。土壤質量綜合指數上升幅度隨開墾年限增加逐漸減少，0～20 cm土層在開墾10～15 a時上升幅度最大，20～40 cm土層在開墾5 a內上升幅度最大，0～40 cm土層在開墾30～35 a 后趨于穩定。0～20 cm土層土壤質量綜合指數在不同開墾年限下均高于20～40 cm。

［1］ Lü Z Z，Liu G M，Yang J S，et al. Synthetic evaluation of soil quality of the coastal saline soil in Yellow River Delta Area[J]. Agricultural Research in the Arid Areas，2015，33（6）：93—97. [呂真真，劉廣明，楊勁松，等. 黃河三角洲濱海鹽漬土區土壤質量綜合評價[J]. 干旱地區農業研究，2015，33（6）：93—97.]

［2］ Zhang G L，Bai J H，Xi M，et al. Comprehensive assessment of soil quality of wetlands in the Yellow River Delta[J]. Wetland Science，2015，13（6）：744—751. [張光亮，白軍紅，郗敏，等. 黃河三角洲濕地土壤質量綜合評價[J]. 濕地科學，2015，13（6）：744—751.]

［3］ Chi M J，Hou W，Sun Y，et al. Characteristics of soil nutrients and pH value of paddy fields with different planted years in black soil region of northeast China[J]. Chinese Journal of Soil Science，2018，49（3）：546—551. [遲美靜，侯瑋，孫瑩，等. 東北黑土區荒地開墾種稻后土壤養分及pH值的變化特征[J]. 土壤通報，2018，49（3）：546—551.]

［4］ Lei J，Zhang F H，Lin H R，et al. Soil carbon and nitrogen storage of different reclamation years in salinized wasteland in arid region[J]. Agricultural Research in the Arid Areas，2017，35（3）：266—271. [雷軍，張鳳華，林海榮，等. 干旱區鹽漬化荒地不同開墾年限土壤碳氮儲量研究[J]. 干旱地區農業研究，2017，35（3）：266—271.]

［5］ Wang K，Liu X L，Gao X Y，et al. Effects of different reclamation years on farmland soil physical-chemical properties in carbonate area[J]. Jiangsu Agricultural Sciences，2018，46（9）：277—280. [王科，柳小蘭，高曉宇，等. 碳酸鹽巖地區開墾年限對農田土壤理化性質的影響[J]. 江蘇農業科學，2018，46（9）：277—280.]

［6］ Wang X J，Gong Z T. Assessment and analysis of soil quality changes after eleven years of reclamation in subtropical China[J]. Geoderma，1998，81（3/4）：339—355.

［7］ Stocking M A. Tropical soils and food security：The next 50 years[J]. Science，2003，302（5649）：1356—1359.

［8］ Wang Q，Li J，Ning F，et al. Comprehensive assessment of soil fertility characteristics under different long-term conservation tillages of wheat field in Weibei Highland，China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，2018，29（9）：2925—2934. [王倩，李軍，寧芳，等. 渭北旱作麥田長期保護性耕作土壤肥力特征綜合評價[J]. 應用生態學報，2018，29（9）：2925—2934.]

［9］ Jin H F，Shi D M，Chen Z F，et al. Evaluation indicators of cultivated layer soil quality for red soil slope farmland based on cluster and PCA analysis[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2018，34（7）：155—164. [金慧芳，史東梅，陳正發，等. 基于聚類及PCA分析的紅壤坡耕地耕層土壤質量評價指標[J]. 農業工程學報，2018，34（7）：155—164.]

［10］ Zheng M N，Liang X Z，Li Y F，et al. Assessment of soil quality of alfalfa field with different growing years in the saline alkali area of northern Shanxi Province[J]. Acta Agrestia Sinica，2017，25（4）：888—892. [鄭敏娜，梁秀芝，李蔭藩，等. 晉北鹽堿區不同種植年限人工紫花苜蓿草地土壤質量的評價[J]. 草地學報，2017，25（4）：888—892.]

［11］ Hu Q，Chen W F，Wang W Z，et al. Quantitative evaluation for suitability of topsoil stripping of cultivated land occupied by construction[J]. Chinese Journal of Soil Science，2018，49（4）：794—800. [胡琴，陳為峰，王文中，等. 建設占用耕地表土剝離適宜性定量評價研究[J]. 土壤通報，2018，49（4）：794—800.]

［12］ Zhao Y M，Song C S. Scientific research collection of the Yellow River Delta Nature Reserve. Beijing：China Forestry Publishing House，1995：13. [趙延茂，宋朝樞．黃河三角洲自然保護區科學考察集.北京：中國林業出版社，1995：13.]

［13］ Wang H Y，Li H L，Dong Z，et al. Salinization characteristics of afforested coastal saline soil as affected by species of trees used in afforestation[J]. Acta Pedologica Sinica，2015，52（3）：706—712. [王合云，李紅麗，董智，等. 濱海鹽堿地不同造林樹種林地土壤鹽堿化特征[J]. 土壤學報，2015，52（3）：706—712.]

［14］ Chen J，Wang S Y，Mao Z P. Monitoring wetland changes in Yellow River Delta by remote sensing during 1976—2008[J]. Progress in Geography，2011，30（5）：585—592.[陳建，王世巖，毛戰坡. 1976—2008年黃河三角洲濕地變化的遙感監測[J]. 地理科學進展，2011，30（5）：585—592.]

［15］ Li X H，Chen W F，Song X L，et al. Effects of reclamation on distribution of soil carbon and nitrogen in saline soil of the Yellow River Delta[J]. Acta Pedologica Sinica，2018，55（4）：1018—1027. [李賢紅，陳為峰，宋希亮，等. 墾殖對黃河三角洲鹽漬土碳氮分布特征的影響[J]. 土壤學報，2018，55（4）：1018—1027.]

［16］ Hong J，Lu X N，Wang L L. Quantitative analysis of the factors driving evolution in the Yellow River Delta wetland in the past 40 years[J]. Acta Ecologica Sinica，2016，36（4）：924—935.[洪佳，盧曉寧，王玲玲. 1973—2013年黃河三角洲濕地景觀演變驅動力[J]. 生態學報，2016，36（4）：924—935.]

［17］ Qiao X J. Study on automatic extraction of coastline in Yellow River delta based on multi-spectral data over the past 50 years[D]. Yantai，Shandong：Ludong University，2016. [喬學瑾. 基于多光譜數據的最近50年黃河三角洲岸線自動提取[D]. 山東煙臺：魯東大學，2016.]

［18］ Sun B，Zhao Q G. Evaluation indexes and methods of soil quality concerning red soil degradation[J]. Progress in Geography，1999，18（2）：118—128. [孫波，趙其國. 紅壤退化中的土壤質量評價指標及評價方法[J]. 地理科學進展，1999，18（2）：118—128.]

［19］ Xu M X，Liu G B，Zhao Y G. Assessment indicators of soil quality in hilly Loess Plateau[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，2005，16（10）：1843—1848. [許明祥，劉國彬，趙允格. 黃土丘陵區土壤質量評價指標研究[J]. 應用生態學報，2005，16（10）：1843—1848.]

［20］ Lu R K. Analysis methods of soil and agricultural chemistry[M].Beijing：Chinese Agricultural Science and Technology Press，2000. [魯如坤. 土壤農業化學分析方法[M]. 北京：中國農業科學技術出版社，2000.]

［21］ Xu G H，Zheng H Y. Manual for soil microbial analysis methods. Beijing：Agriculture Press，1986：249—291. [許光輝，鄭洪元. 土壤微生物分析方法手冊.北京：農業出版社，1986：249—291.]

［22］ Guo L L，Sun Z G，Ouyang Z，et al. A comparison of soil quality evaluation methods for Fluvisol along the lower Yellow River[J]. Catena，2017，152：135—143.

［23］ Liu X，Wang Y B，Lü M X，et al. Soil quality assessment of alpine grassland in permafrost regions of Tibetan Plateau based on principal component analysis[J]. Journal of Glaciology and Geocryology，2018，40（3）：469—479. [劉鑫，王一博，呂明俠，等. 基于主成分分析的青藏高原多年凍土區高寒草地土壤質量評價[J]. 冰川凍土，2018，40（3）：469—479.]

［24］ Lin S Y，Li Y，Zhang H M，et al. Assessment on soil fertility quality of slope farmland in Poyang lake area[J]. Soil and Water Conservation in China，2018（11）：60—63，67. [林圣玉，李英，張華明，等. 鄱陽湖區坡耕地土壤肥力質量評價[J]. 中國水土保持，2018（11）：60—63，67.]

［25］ Wang Z L，Fu Q，Jiang Q X. Advances in comprehensive evaluation of soil fertility[J]. System Sciences and Comprehensive Studies in Agriculture，2007，23（1）：15—18. [王子龍，付強，姜秋香.土壤肥力綜合評價研究進展[J].農業系統科學與綜合研究，2007，23（1）：15—18.]

［26］ Shao G D，Ai J J，Sun Q W，et al. Soil quality status and assessment of different forest types in Kunyushan mountains[J]. Forest Research，2018，31（6）：175—184. [邵國棟，艾娟娟，孫啟武，等. 昆崳山不同林分類型土壤質量狀況及評價[J]. 林業科學研究，2018，31（6）：175—184.]

［27］ Xi M，Xian X X，Kong F L，et al. Soil quality evaluation of bare flat and salt marshes in Jiaozhou bay wetlands[J]. Wetland Science，2018，16（5）：604—611. [郗敏，仙旋旋，孔范龍，等. 膠州灣濕地光灘和鹽沼土壤質量評價[J]. 濕地科學，2018，16（5）：604—611.]

［28］ Liu G M，Lü Z Z，Yang J S，et al. Quality evaluation of soil in land along BohaiCoast by principal component analysis and GIS[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering，2015，33（1）：67—72. [劉廣明，呂真真，楊勁松，等. 基于主成分分析及GIS的環渤海區域土壤質量評價[J]. 排灌機械工程學報，2015，33（1）：67—72.]

［29］ Yu P J，Fan G H，Han K X，et al. Soil quality assessment based on soil microbial biomass carbon and soil enzyme activities[J]. Research of Agricultural Modernization，2018，39（1）：163—169. [禹樸家，范高華，韓可欣，等. 基于土壤微生物生物量碳和酶活性指標的土壤肥力質量評價初探[J]. 農業現代化研究，2018，39（1）：163—169.]

［30］ Shi J G，Liu J H，Xue S X，et al. Effects of Re-used plastic film mulching on soil invertase activity of sunflower[J]. Crops，2015（4）：85—87. [史建國，劉景輝，薛韶霞，等. 地膜再利用對向日葵田土壤蔗糖酶活性的影響[J]. 作物雜志，2015（4）：85—87.]

［31］ Jiang F C，Wang Y H，Dun X J，et al. Comparative reasearch on several salt-tolerance-related morphological indicators of different tree species in saline lands in Yellow River Delta[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation，2015，35（6）：202—206. [姜福成，王月海，囤興建，等. 黃河三角洲鹽堿地不同樹種耐鹽性形態指標的比較研究[J]. 水土保持通報，2015，35（6）：202—206.]

［32］ Kong J Q，Du Z Y，Yang R，et al. Evolutionary characteristics of soil organic carbon storage in soil plough layer under a cropland reclamation process in desert oasis[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，2019，30（1）：180—188. [孔君洽，杜澤玉，楊榮，等. 荒漠綠洲農田墾殖過程中耕層土壤碳儲量演變特征[J]. 應用生態學報，2019，30（1）：180—188.]

［33］ Li J，Xin X L，Zhu A N，et al. Characteristics of the fraction of organic nitrogen in fluvo-aquic soil aggregates under long-term application of chemical fertilizer and organic manure[J]. Acta Pedologica Sinica，2018，55（6）：1494—1501. [李嬌，信秀麗，朱安寧，等. 長期施用化肥和有機肥下潮土干團聚體有機氮組分特征[J]. 土壤學報，2018，55（6）：1494—1501.]

［34］ Li Y L，Nan Z R. Effects of cultivation on nutrient contents and main properties in desert soil of northwest arid region—A case study in Linze County of Gansu Province[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment，2008，22（10）：147—151. [李易麟，南忠仁. 開墾對西北干旱區荒漠土壤養分含量及主要性質的影響——以甘肅省臨澤縣為例[J]. 干旱區資源與環境，2008，22（10）：147—151.]

［35］ Gu H B，Wang Z，Wu H Q，et al. Research on temporal and spatial distribution characteristics of soil nutrient and salt under different reclamation years[J]. Agricultural Research in the Arid Areas，2016，34（3）：8—15. [谷海斌，王澤，武紅旗，等. 不同開墾年限土壤養分和鹽分時空分布特征研究[J]. 干旱地區農業研究，2016，34（3）：8—15.]

［36］ Wall D H. Biodiversity and ecosystem functioning[J]. BioScience，1999，49（2）：107.

［37］ Mao Z G，Gu X H，Liu J E，et al. Evolvement of soil quality in salt marshes and reclaimed farmlands in Yancheng coastal wetland[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，2010，21（8）：1986—1992. [毛志剛，谷孝鴻，劉金娥，等. 鹽城海濱鹽沼濕地及圍墾農田的土壤質量演變[J]. 應用生態學報，2010，21（8）：1986—1992.]

［38］ Zhang S Y，Wu S X，He K，et al. Variation of soil salinity in Karamay agricultural development area in different reclamation years[J]. Soils，2018，50（3）：574—582. [張壽雨，吳世新，賀可，等. 克拉瑪依農業開發區不同開墾年限土壤鹽分變化[J]. 土壤，2018，50（3）：574—582.]

Effects of Reclamation/Cultivation on Soil Quality of Saline-alkali Soils in the Yellow River Delta

HU Qin1, CHEN Weifeng1,2?, SONG Xiliang1,2, DONG Yuanjie1, LIU Zhiquan3, WANG Xiaofang3

(1. College of Resources and Environment, Shandong Agricultural University, Tai’an, Shandong 271018, China; 2. Shandong Engineering & Technology Research center for saline-alkali Land phyto-micro Remediation, Tai’an, Shandong 271018, China; 3. Shandong Province Center for Land Comprehensive Improvement and Service, Jinan 250014, China)

【】Soil reclamation/cultivation will sure affect soil environment of the saline-alkali soils involved and cause changes in soil quality. Therefore, it is necessary to explore or characterize changes in soil quality of the saline-alkali soils different in year of cultivation for reasonable utilization of saline-alkali soil resources.【】In this study, soil samples were collected, separately, from the topsoil (0–20 cm) and subsoil (20–40 cm) layers of farmlands, under the same wheat/maize crop rotation system, but different in year of cultivation(< 5 a, 10-15 a, 20-25 a, 30-35 a and 50-60 a), in the saline-alkali soil region of the Yellow River Delta. The samples were analyzed from the aspects of soil physics, chemistry and biology, for bulk density, organic matter, total nitrogen, available phosphorus, readily available potassium, total salt, pH, sucrase and alkaline phosphatase, a total of nine soil quality indicators. On such a basis, principal component analysis was performed, SQI (Soil quality index)calculated and variation of soil quality in the farmland with years of cultivation evaluated quantitatively. 【】Results show that soil quality improved with cultivation going on. Compared with virgin wasteland, the farmlands cultivated for < 5 a, 10–15 a, 20–25 a, 30–35 a, and 50–60 a were 36.97%–161.49% and 164.44%–444.40% higher in SQI of the 0-20 cm and 20-40 cm soil layers, respectively. SQI varied in increasing rate from period to period. Compared with the virgin wasteland, the farmland increased by 36.70% and 164.44% in SQI, respectively, in the 0-20 cm and 20-40 cm soil layers during the initial period of the cultivation (<5 a)and by 38.27% and 18.18% during the period of 10-15a of cultivation; by 10.37% and 39.35% during the period of 20–25 a of cultivation as compared with that during the period of 10–15 a; by 24.42% and 24.79% during the period of 30–35 a of cultivation as compared with that during the period of 20–25 a of cultivation; and by 0.74% and 0.17% during the period of 50–60 a of cultivation as compared with that during the period of 30–35 a of cultivation. And SQI began leveling off after 30–35 a of cultivation. The 0–20 cm soil layer was 65.69%, 93.85%, 53.53%, 53.08% and 86.95% in SQI than the 20–40 cm soil layer, respectively, in the farmland cultivated for <5 a, 10–15 a, 20–25 a, 30–35 a and 50–60 a.【】All the findings in this study demonstrate that crop cultivation improves soil quality, and the effect varies with the cultivation going on. It is, therefore, advisable to conduct comprehensive scoring based on principle component analysis so as to objectively and efficiently evaluate soil quality of farmlands different in year of cultivation.

Yellow River Delta; Principal component analysis; Soil quality; Years of cultivation

F301.21

A

10.11766/trxb201905050105

胡琴，陳為峰，宋希亮，董元杰，劉志全，王曉芳. 開墾年限對黃河三角洲鹽堿地土壤質量的影響[J]. 土壤學報，2020，57（4）：824–833.

HU Qin，CHEN Weifeng，SONG Xiliang，DONG Yuanjie，LIU Zhiquan, WANG Xiaofang. Effects ofReclamation/Cultivation on Soil Quality of Saline-alkali Soils in the Yellow River Delta[J]. Acta Pedologica Sinica，2020，57（4）：824–833.

* 國家自然科學基金項目（31570522）、山東省重大科技創新工程項目（2018CXGC0307）、山東省林業科技創新項目（LYCX03-2018-13）資助Supported by the National Natural Science Foundation of China（No. 31570522），Shandong Provincial Science and Technology Innovation Project（No. 2018CXGC0307）and Shandong Forestry Science and Technology Innovation Project（No. LYCX03-2018-13）

，E-mail：chwf@sdau.edu.cn

胡 琴（1992—），女，碩士研究生，主要從事土地生態與退化治理研究。E-mail：huwu811@163.com

2019–05–05；

2019–09–21；

2019–11–11

（責任編輯：檀滿枝）