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绿洲农业可持续发展在干旱区生态环境安全和绿洲的稳定发展中发挥着重要作用。土壤生态系统是农业可持续发展的最重要组成部分,直接关系到区域农业粮食生产安全和绿洲可持续发展。因此,土壤质量的评价和其随时间的变化趋势是评价现行管理水平,进行可持续土地利用和管理调控的一个重要方面。
本研究以临泽县绿洲农田为研究对象,以临泽绿洲第二次土壤普查土壤样点的定位为基础进行采样,通过对有机质(碳)、全氮和速效养分等土壤肥力指标的分析,利用传统分析方法和GIS地统计方法,评价区域尺度上绿洲农田土壤肥力质量现状和变化,探寻影响土壤肥力质量的主要因素,为区域可持续土地利用和管理提供基础资料；并以典型绿洲农田土壤(沙质土和灌漠土)肥料长期定位试验为基础,分析不同施肥管理对有机碳和土壤肥力质量的影响趋势,解析土壤肥力质量演变规律和机理。主要结论有:
1.土壤有机质和全氮是表征土壤质量的重要指标,持续稳定的有机质和全氮含量是土壤维持生产能力的基础。对临泽绿洲的287个农田耕层(0-20cm)土壤样品进行分析。结果表明,1982年土壤有机质和全氮的平均含量为12.78±4.38g·kg-1和0.72±0.21g·kg-1,2008年平均为13.76±4.02g·kg-1和0.81±0.20g·kg-1；有机质和全氮含量平均上升了13.5％和7.8％；两个时期的土壤有机质和全氮的变异函数值与理论变异函数拟合均较好；有机质和全氮的变程分别从1982年的7.14km和4.95km增加到19.6km和10.3km,表明受农业耕作活动的影响,有机质和全氮的的空间相关性范围有所增加。Kriging插值图和不同时期的有机质空间分布图叠加运算表明,受耕作管理措施和土壤母质的影响,临泽县土壤有机质含量的空间分布和变化具有一定的区域性特点:南部的山前平原地区土壤有机质含量较高,呈现上升趋势；中部地势低下的区域土壤有机质相对较高,由于农田面积扩大,有机肥供应不足而下降显著；北部绿洲与戈壁交错带土壤有机质偏低。由于氮肥的施用,全县全氮含量整体有所上升,而由于土壤盐渍化导致小屯乡局部地区明显下降。
2.研究农田土壤有效养分的时空变异特征可为作物合理施肥和识别农业面源污染控制区提供科学依据。2008年临泽绿洲农田碱解氮、速效磷和速效钾含量分别为64.4mg·kg-1、32.3mg·kg-1和199mg·kg-1,比1982年均有提高,平均含量分别提高了9.3％、225.6％和26.8％；配对样本T-检验结果表明,2008年土壤速效养分含量比1982年有显著提高,尤其是速效磷增加显著,土壤缺磷已不再是临泽农业生产中的主要限制因子。两个时期速效养分的Kriging插值图叠加结果表明,3种速效养分的空间分布特征发生了不同程度的变化,具有明显的地域性特点。速效磷和速效钾的空间异质性显著增加,变程分别从1982年的21.96km和80.34km减小到2008年的2.46km和2.13km。人为活动对土壤性质的影响不断提高,使得土壤速效养分的空间异质性增加。
3.研究了长期施用化肥和有机肥对灌漠土中土壤有机碳、氮、磷、钾、水稳性团聚体分布和团聚体结合碳的影响。与不施肥的对照比较,单施化肥处理土壤有机碳含量没有增加,比试验初期土壤有机碳含量平均降低了18％。不平衡施用化肥,导致0-20cm土层有效磷和有效钾养分显著降低。这表明长期施用化肥不足以维持传统耕作管理下(秸秆移出)的土壤有机碳和养分含量。长期单施有机肥或有机肥与化肥配施23年后,有机碳和全氮含量均有显著提高,分别从实验初期的12.1g·kg-1和0.76g·kg-1提高到15.46g·kg-1和1.28g·kg-1；有效氮、有效磷和有效钾的含量分别提高了47％、50％和68％。施用有机肥处理的团聚体平均重量直径为0.48mm,其>2mm的大团聚体和0.25-2mm的团聚体百分含量均大于单施有机肥处理。水稳性团聚体的平均重量直径随着总有机碳浓度增加而增加(R2=0.75)。小团聚体中有机碳含量最高,其次为2-0.25mm团聚体,微团聚体最低。单施化肥处理中约有54-60％的有机碳存于微团聚体和粘粉粒组分中,但施用有机肥的处理中约有57-64％的有机碳存于大团聚体中。有机肥处理对提高有机碳和养分含量、增加大团聚体的稳定性具有非常重要的作用。
4.研究了长期施用化肥和有机肥对沙质土壤农田作物产量、土壤性状(有机碳、氮、磷、钾、活性有机碳和颗粒有机碳等)和硝态氮积累的影响。长期单施高量化肥以及中量化肥有机肥配施都能提高农田作物产量。单施化肥和有机无机配施6年后处理均能提高土壤有机碳含量,平均为5.4g·kg-1和7.2g·kg-1,比试验初期土壤有机碳含量(4.48g·kg-1)分别提高了21％和60％。单施化肥能显著增加土壤全磷含量,但其他养分有降低趋势。这表明长期施用化肥不足以维持传统耕作管理下的土壤养分含量。有机无机肥料配施能提高或维持土壤养分,增加EOC和POC的含量。边缘绿洲沙质土壤不同施肥管理研究结果表明,施用有机肥显著增加作物产量,但与化肥单施相比,有机肥更易导致土壤中硝态氮的积累。从持续农业发展及保护生态环境等方面考虑,中量有机无机肥配施是增加绿洲农田土壤生产力,维持和提高土壤质量的有效途径。