全 文 ：ISSN 1000-0933
CN 11-2031/Q
中国生态学学会 主办
出版
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ica.cn
生
态
学
报
中国科学院生态环境研究中心
第 31卷 第 14期 Vol.31 No.14 2011
生态学报
Acta Ecologica Sinica第三
十
一
卷
第
十
四
期
二
○
一
一
年
七
月
2011-14 2011.7.6, 4:58 PM1
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 14 期摇 摇 2011 年 7 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
厦门市三个产业土地利用变化的敏感性 黄摇 静,崔胜辉,李方一,等 (3863)……………………………………
黄河源区沙漠化及其景观格局的变化 胡光印,董治宝,逯军峰,等 (3872)………………………………………
岩溶山区景观多样性变化的生态学意义对比———以贵州四个典型地区为例
罗光杰,李阳兵,王世杰,等 (3882)
……………………………………
……………………………………………………………………………
基于城市地表参数变化的城市热岛效应分析 徐涵秋 (3890)……………………………………………………
北京市土地利用生态分类方法 唐秀美,陈百明,路庆斌,等 (3902)………………………………………………
长白山红松臭冷杉光谱反射随海拔的变化 范秀华,刘伟国,卢文敏,等 (3910)…………………………………
臭冷杉生物量分配格局及异速生长模型 汪金松,张春雨,范秀华,等 (3918)……………………………………
渔山岛岩礁基质潮间带大型底栖动物优势种生态位 焦海峰,施慧雄,尤仲杰,等 (3928)………………………
食物质量差异对树麻雀能量预算和消化道形态特征的影响 杨志宏,邵淑丽 (3937)……………………………
桂西北典型喀斯特区生态服务价值的环境响应及其空间尺度特征 张明阳,王克林,刘会玉,等 (3947)………
隔沟交替灌溉条件下玉米根系形态性状及结构分布 李彩霞,孙景生,周新国,等 (3956)………………………
不同抗病性茄子根系分泌物对黄萎菌的化感作用 周宝利,陈志霞,杜摇 亮,等 (3964)…………………………
镧在草鄄菇鄄土系统中的循环与生物富集效应 翁伯琦,姜照伟,王义祥,等 (3973)………………………………
鄱阳湖流域泥沙流失及吸附态氮磷输出负荷评估 余进祥,郑博福, 刘娅菲,等 (3980)………………………
柠条细根的分布和动态及其与土壤资源有效性的关系 史建伟,王孟本,陈建文,等 (3990)……………………
土壤盐渍化对尿素与磷酸脲氨挥发的影响 梁摇 飞,田长彦 (3999)………………………………………………
象山港海域细菌的分布特征及其环境影响因素 杨季芳,王海丽,陈福生,等 (4007)……………………………
近地层臭氧对小麦抗氧化酶活性变化动态的影响 吴芳芳,郑有飞,吴荣军,等 (4019)…………………………
抑制剂和安全剂对高羊茅根中酶活性和菲代谢的影响 龚帅帅,韩摇 进,高彦征,等 (4027)……………………
南苜蓿高效共生根瘤菌土壤的筛选 刘晓云,郭振国,李乔仙,等 (4034)…………………………………………
汉江上游金水河流域土壤常量元素迁移模式 何文鸣,周摇 杰,张昌盛,等 (4042)………………………………
基于地理和气象要素的春玉米生育期栅格化方法 刘摇 勤,严昌荣,梅旭荣,等 (4056)………………………
日光温室切花郁金香花期与外观品质预测模型 李摇 刚,陈亚茹,戴剑锋,等 (4062)……………………………
冀西北坝上半干旱区南瓜油葵间作的水分效应 黄摇 伟,张俊花,李文红,等 (4072)……………………………
专论与综述
鸟类分子系统地理学研究进展 董摇 路,张雁云 (4082)…………………………………………………………
自然保护区空间特征和地块最优化选择方法 王宜成 (4094)……………………………………………………
人类活动是导致生物均质化的主要因素 陈国奇,强摇 胜 (4107)…………………………………………………
冬虫夏草发生的影响因子 张古忍,余俊锋,吴光国,等 (4117)……………………………………………………
自然湿地土壤产甲烷菌和甲烷氧化菌多样性的分子检测 佘晨兴,仝摇 川 (4126)………………………………
研究简报
塔里木河上游典型绿洲不同连作年限棉田土壤质量评价 贡摇 璐,张海峰,吕光辉,等 (4136)………………
高山森林凋落物分解过程中的微生物生物量动态 周晓庆,吴福忠,杨万勤,等 (4144)…………………………
生物结皮粗糙特征———以古尔班通古特沙漠为例 王雪芹,张元明,张伟民,等 (4153)…………………………
不同海拔茶园害虫、天敌种群及其群落结构差异 柯胜兵,党凤花,毕守东,等 (4161)…………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*306*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*33*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄07
封面图说: 内地多呈灌木状的沙棘,在青藏高原就表现为高大的乔木,在拉萨河以及雅鲁藏布江沿岸常常可以看到高大的沙棘
林和沼泽塔头湿地相映成趣的美丽景观。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 14 期
2011 年 7 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 14
Jul. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家重点基础研究发展计划资助项目(2009CB421302);新疆自然科学基金项目(2011211B04);新疆维吾尔自治区高校科研计划青年
教师培育基金项目(XJEDU2009S09); 新疆维吾尔自治区重点实验室开放课题(XJDX0206鄄2009鄄04)
收稿日期:2010鄄12鄄06; 摇 摇 修订日期:2011鄄04鄄18
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: gonglu721@ 163. com
贡璐,张海峰,吕光辉,桂东伟.塔里木河上游典型绿洲不同连作年限棉田土壤质量评价 .生态学报,2011,31(14):4136鄄4143.
Gong L, Zhang H F, Lu G H,Guo D W. Soil quality assessment of continuous cropping cotton fields for different years in a typical oasis in the upper reaches
of the Tarim River. Acta Ecologica Sinica,2011,31(14):4136鄄4143.
塔里木河上游典型绿洲不同连作年限
棉田土壤质量评价
贡摇 璐1,2,*,张海峰1,2,吕光辉1,2,杜东伟3,4
(1. 新疆大学资源与环境科学学院,乌鲁木齐摇 830046; 2.绿洲生态教育部重点实验室,乌鲁木齐摇 830046;
3.中国科学院新疆生态与地理研究所,乌鲁木齐摇 830001; 4.新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站,策勒摇 848300)
摘要:以塔里木河上游阿拉尔垦区为典型样区,选择 0、3、8、12、20、30 a等不同连作年限棉田为研究对象,综合考虑土壤物理、化
学和生物学性质,分析了 12 个土壤理化及酶活性指标;基于因子分析和聚类分析法评价棉田间土壤质量的差异并划分等级,利
用产量持续指数验证评价结果。 研究表明:不同连作年限的棉田土壤的理化性质和酶活性均存在一定差异;棉田的土壤质量随
年限呈先上升后下降的趋势,8、12 a棉田土壤质量相对较高,20、30 a土壤质量有退化趋势;土壤质量评价值与产量持续指数变
化趋势一致,后者略显滞后效应。
关键词:土壤质量;连作棉田;绿洲;塔里木河上游
Soil quality assessment of continuous cropping cotton fields for different years in a
typical oasis in the upper reaches of the Tarim River
GONG Lu1,2,*, ZHANG Haifeng1,2,, L譈 Guanghui1,2, GUI Dongwei3,4
1 College of Resources and Environment Science, Xinjiang University, Urumqi 830046, China
2 Key Laboratory of Oasis Ecology,Ministry of Education, Urumqi 830046, China
3 Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS,Urumqi 830011,China
4 Cele National Station of Observation & Research for Desert鄄Grassland Ecosystem in Xinjiang, Cele, Xinjiang 848300,China
Abstract: Cotton production plays an important role in the local economy of Xinjiang, China. According to traditional
theory, long鄄term continuous cotton cropping will inevitably lead to unbalance in soil nutrients and diminish soil fertility. In
2008, soil samples, as 0 20 cm layers, were collected from native land (without cultivation, as a control) and five
continuous cropping cotton fields, with different cultivation times (3, 8, 12, 20 and 30 years, respectively) . Based on the
analysis of seven physical and chemical properties: soil water content, bulk density, pH, organic matter, total N, available
P, and available K, and five soil enzymatic activities: catalase, polyphenol oxidase, urease, invertase, and alkaline
phosphatase, this study attempts to evaluate soil quality across continuous cropping cotton fields for different years in the
Aler reclamation area of the upper reaches of the Tarim River. The soil quality assessment values (SQAV) were visualized
using principal component analysis ( PCA), and the soil quality grades were classified with a clustering diagram. The
sustainable yield indexes (SYI) were calculated to verify the evaluated results. The results show that there are differences,
in terms of the physical, chemical and enzymatic properties, between the continuous cropping cotton fields for the different
years, and that continuous cropping of cotton has a significant influence on a number of soil properties. Soil quality initially
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increased, but then decreased gradually with continuous cropping. The soil quality in continuous cropping cotton fields at 8
and 12 years improved, but was degraded for 20 and 30 years. In the early stages, soil fertility increased through
fertilization, irrigation and growth, and soil organic matter, nutrients and enzymatic activity subsequently rose, and soil
quality improved. Cropped cotton fields at 3 years exhibited the lowest soil quality. Indicator values and the soil quality
assessment values reached their maximum at 12 years. With continuous cotton cropping, soil quality gradually dropped in a
monoculture pattern over a long period. Organic matter levels declined significantly, along with total N, polyphenol
oxidase, invertase and alkaline phosphatase. Soil ecosystems undergo a series of degradation stages, and the soil texture was
appeared to be transforming into brown desert soil. The soil quality assessment values decreased from 0. 633 to 0. 068
between 12 and 30 years. Different land use intensities and cropping patterns would significantly impact the soil quality,
and extended cultivation for more than 10 years may also cause a decline in soil quality, to a varying degree, with
unreasonable tillage practices. Soil quality values were consistent with sustainable yield indexes, but the latter lagged the
former appreciably. Therefore, management practices need to consider increasing soil quality through irrigation, cotton鄄
green manure usage, crop rotation and the combined application of organic and chemical fertilizers. This study could be
beneficial for refining a sustainable agricultural development in the oasis. It is recommended that studies into the soil quality
of arid lands be focused on defining a Minimum Data Set (MDS), with the aid of multivariate statistical techniques and an
analysis of the relationships between different soil factors.
Key Words: soil quality; continuous cropping cotton field; oasis; upper reaches of the Tarim River
土壤作为陆地生态系统功能的基础,其质量状况是全球生物圈可持续发展的重要因素。 土地利用方式影
响着土壤物理、化学、生物过程及土地生产力,进而导致土壤质量变化。 人类对土地不和谐利用和管理已经使
全球生物地球化学循环发生改变并加快土壤性质变化的速度[1]。 农业土壤是在各种自然因素和人类活动的
直接作用下形成和发展的,经历了自然、半人工到人工土壤生态系统的过程。 尤其垦殖多年的土壤,其质量易
在多种因子的综合作用下发生复杂变化。 开展农业土壤质量评价已成为保证生态农业持续高效发展的必要
环节[2],进一步为实现农业生态系统健康演替提供科学依据。
土壤质量是土壤多种功能的综合体现,对土壤质量的评价必需建立在对土壤实现其功能的能力评价基础
上[3],国内外学者选择不同的物理、化学和生物学指标对包括农田在内的土壤质量进行测定和评价。 研究中
更强调选择反映土壤理化属性的指标[4鄄8],对土壤生物学参数应用相对较少,且主要为土壤微生物指标。 寻
找较全面反映土壤生物学肥力质量变化和判别胁迫环境下以及人为扰动下土壤生态系统状态的指标,已成为
现代生态学的一项主要任务,有越来越多的证据表明土壤酶活性在这一方面的潜力[9鄄12]。 综合选择土壤理
化、生物学特性指标,全面表征外部管理或环境条件下土壤性状的变化,对评价土壤质量有着重要意义。
塔里木河流域是我国重要的棉花生产基地。 该流域绿洲正处于由传统农业向现代生态农业过渡时期,农
业经济带来的“显性冶效益使得人们忽视了对为其提供巨大“隐性冶服务价值的农耕土壤的保护,高强度的土
地资源开发、不合理的灌溉垦殖方式加之原本脆弱的生态环境使得绿洲系统内部负荷逐年加大,土壤贫瘠化、
沙化、盐碱化的现状愈发严重[13]。 区域农业土壤的理化、生物学特性响应于耕作管理方式形成了各自的分异
规律,而关于该领域的研究较少涉及,对该流域不同耕作年限特别是长期连作棉田土壤质量的系统研究未见
之于文献。
研究以新疆第二大棉区塔里木河上游阿拉尔垦区为典型样区,结合土壤的物理、化学和生物学性质,分析
和评价不同连作年限棉田间土壤质量的差异,以期进一步揭示人地关系,为农业土地规划、作物栽培布局和水
土保持政策制定提供科学依据。
1摇 研究区概况
阿拉尔垦区地处天山中段南麓,塔克拉玛干沙漠北缘,塔里木河上游,东经 80毅30忆—81毅58忆、北纬40毅22忆—
7314摇 14 期 摇 摇 摇 贡璐摇 等:塔里木河上游典型绿洲不同连作年限棉田土壤质量评价 摇
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40毅57忆之间。 属塔里木河冲积平原,沿河岸及冲沟两侧略有抬升,海拔平均 1012 m,属典型的暖温带大陆性干
旱荒漠气候,降水稀少,年均温 10. 7 益,日照 2900 h,无霜期 220 d,土壤母质为棕漠土,适宜长绒棉、细绒棉栽
培。 该地区属新疆生产建设兵团直辖的县级市,经济发展主要依靠农业,是全国重要的细绒棉和最大的长绒
棉生产基地以及新疆特色农副产品转化增值的示范基地。
2摇 研究方法
2. 1摇 样地选择与取样
为研究不同连作年限棉田的土壤质量状况,用空间代替时间序列的方法,在研究区所属农一师十二团选
择同一海拔高度、地理位置相近、土壤性质均一的 0 a(将周边荒草地设为对照组,主要植被覆盖为芦苇、骆驼
刺等)、3、8、12、20、30 a连作棉田为研究样地,采样时间为 2008 年 8 月。 样区耕作方式为传统耕作,灌溉与施
肥由当地兵团统筹管理:灌溉方式为滴灌,前次灌溉时间为 2008 年 7 月上旬;棉田施肥主要包括尿素、磷酸二
胺、硫酸钾及复合肥等。 每块样地约 0. 15 hm2,各年份样地均设置 5 个典型样方,在各样方采集表层土样
(0—20 cm),设置 3 次重复,将 3 次重复的土样去除植物根系和石块,充分混匀并用四分法取 1 kg,混匀风干
研磨过筛以供测定。 待作物收获后对各样地作物产量进行跟踪调查并收集研究区棉田产量的统计数据。
2. 2摇 实验方法与数据处理
土壤理化性质测定主要选取了土壤含水量(X1)、土壤容重(X2)、pH 值(X3)、土壤有机质(X4)、全氮
(X5)、速效磷(X6)、速效钾(X7)等 7 个指标,具体实验方法如下:土壤含水量采用烘干法;土壤容重采用环刀
法;pH值采用电位法;土壤有机质采用重铬酸钾滴定法;全氮采用半微量凯氏法;速效磷采用碳酸氢钠浸提鄄
钼锑抗比色法;速效钾采用醋酸铵浸提鄄火焰光度计法。
土壤酶活性的测定主要选取了氧化还原酶类的过氧化氢酶(X8)、多酚氧化酶(X9)以及水解酶类的碱性
磷酸酶(X10)、脲酶(X11)、转化酶(X12)共计 5 种酶[14鄄15],具体实验方法如下:过氧化氢酶活性采用高锰酸
钾滴定法;多酚氧化酶采用邻苯三酚比色法;碱性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法;脲酶采用扩散滴定法;蛋白
酶活性采用茚三酮比色法;转化酶活性采用硫代硫酸钠滴定法。 对每个土样所测指标进行 3 次平行测定,结
果取其平均值。
实验获取数据通过 Excel整理后,采用 SPSS 17. 0 软件进行数据统计分析:在数据正态分布检验和数据转
换的基础上,计算均值(n=5)和标准差(SD),对各项指标进行单因素方差分析(one鄄way ANOVA),利用 LSD
(Least Significant Difference)方法进行不同连作年限棉田土壤质量评价指标的差异显著性多重比较,差异显著
性水平为 琢=0. 05,最后通过 KMO抽样测定与 Bartlett球形检验,确定数据是否适合因子分析。
由因子分析法中的主成分分析提取因子,计算不同连作年限棉田土壤质量评价分值:
SQAV =移aizi (1)
式中, SQAV为土壤质量评价分值; ai 为各因子的方差贡献率; zi 为因子得分, zi =移w ijxij , w ij 为第 i个
变量在第 j个因子处的因子得分系数, xij 为第 i个变量在第 j个因子处的标准化值。
最后用系统聚类法对其进行类型划分,并通过各样地作物产量计算产量持续指数[16],进一步验证评价
结果:
SYI =移(Y
-
- 滓) / Ymax (2)
式中, SYI为产量可持续性指数;軈Y为平均产量;滓为标准差; Ymax 为最高产量。
3摇 结果分析
3. 1摇 不同连作年限棉田的土壤理化性质比较
不同连作年限棉田的土壤理化性质差异比较见图 1。
土壤水分在不同连作年限棉田的样点存在显著差异:棉田原本土壤类型为棕漠土,耕作初始地表覆被低,
土壤水分值上升幅度不大;耕至 12 a,其水分蒸发速度慢,保水作用明显,土壤水分值显著高于 3、8 a 棉田,达
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0 3 8 12 20 30 0 3 8 12 20 30 0 3 8 12 20 30
0 3 8 12 20 30
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1.10
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7.407.60
7.808.00
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时间 Time/a 时间 Time/a
时间 Time/a 时间 Time/a
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全氮
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g/kg)
pH
土壤
水分
Soil
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有机
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(g/kg
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容重
Bulk
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/cm3
)
速效
磷
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g/kg)
速效
钾
Avai
lable
K/(m
g/kg)
图 1摇 不同连作年限棉田的土壤理化性质
Fig. 1摇 Soil physical and chemical properties of continuous cropping cotton field for different years
到(26. 9依2. 2)% ;随着耕作年限的增加,人为扰动更加强烈,加大了土壤水分蒸发,水分含量下降趋势明显。
土壤容重是土壤紧实度的敏感性指标,土壤容重小则土壤疏松,有利拦渗蓄水,反之亦然。 各连作年限棉
田的土壤容重总体水平较高,存在较大差异:由荒草地转为棉田后,耕作初期垦殖破坏了原有的土壤结构,容
重增加,3 a棉田达到(1. 382依0. 059)g / cm3;其后 8、12 a 分别降至(1. 266依0. 028)、(1. 268依0. 018)g / cm3;在
耕作后期又有所上升,说明连作导致土体紧实,结构性变差[17]。
各年限棉田的 pH值均呈弱碱性,有下降趋势。 采样区盐渍化问题较为严重,初始年限 pH 值为 8. 56依
0郾 06,显著高于其他年限,随后呈下降趋势。 一方面,翻土、排灌等农耕行为使得土壤的 pH 值降低;另一方
面,可能与农业土壤施加氮素、磷素等肥料所引起的土壤酸化有关[18]。
在不同连作年限棉田中,12 a棉田的土壤有机质含量最高,达(8. 530依1. 226)g / kg,其次为 8 a棉田,两者
显著高于其他各年限棉田。 20、30 a棉田有机质降幅较大,接近于对照组 0 a 水平。 虽然耕作初期由于作物
的凋落物残体分解补充了土壤中有机质,但作物在生长过程中也会吸收大量的土壤养分,而返还到土壤中的
有机物较少,因此多年连作垦殖的棉田正在接近于荒地的有机质含量。
氮磷钾是作物生长的三大营养元素。 土壤全氮反映了土壤氮素的供应能力,常与有机质的变化趋势一
致,12、8 a棉田的土壤全氮显著高于其他各年限土壤,分别为(398. 82依16. 04)、(414. 82依15. 61)g / kg。 土壤
速效磷和速效钾分别标志能为作物直接吸收和利用的土壤磷素和钾素养分,8、12、20、30 a棉田土壤速效磷和
速效钾差异不显著。 棉田耕作前期持续施用磷肥和钾肥,植物对其需求相对氮肥而言较少,使得该两种元素
在土壤中富集,因而长期耕作后其含量相对稳定。
3. 2摇 不同连作年限棉田的土壤酶活性比较
不同连作年限棉田的土壤酶活性存在着不同程度的差异,如图 2 所示。
9314摇 14 期 摇 摇 摇 贡璐摇 等:塔里木河上游典型绿洲不同连作年限棉田土壤质量评价 摇
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脲酶
Urea
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NH 3
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过氧
化氢
酶
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多酚
氧化
酶
Poly
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6O 5.
转化
酶
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碱性
磷酸
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(g. 20
min. 3
7°C)
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min. 3
7°C)
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4h. 37
°
C)-1 )
(g. 24
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C)-1 )
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4h. 37
°
C)-1 )
图 2摇 不同连作年限棉田的土壤酶活性
Fig. 2摇 Soil enzymatic activities of continuous cropping cotton field for different years
过氧化氢酶和多酚氧化酶属重要的氧化还原酶系,是土壤腐殖化的媒介。 8、12、20、30 a 棉田过氧化氢酶
活性与 3 a棉田差异显著,但这 4 个时期的酶活性彼此无显著差异,最高值(12. 750依0. 492)mL 0. l N KMnO4 /
(g·20 min 37 益)出现在 8 a,其后有微弱下降趋势。 各年限棉田土壤多酚氧化酶活性差异显著,12 a 达到最
值为(1. 182依0. 038)mg 没食子酸 / (g·20 min 37 益),随后降低趋势明显。
脲酶催化尿素水解成氨,影响土壤氮素的有效性。 连作各年限土壤脲酶含量不断上升,至 12 a 活性相对
稳定。 转化酶活性与土壤中有机质、N、P含量、微生物数量、土壤呼吸等均有一定关系,常用来表征土壤的熟
化程度;磷酸酶活性的可作为作物磷素丰缺的指标。 转化酶、磷酸酶活性在各年限差异均显著,且趋势都为先
升后降,均在 12 a达到极值分别为(4. 18依0. 130)mL 0. 1 N Na2S2O3 / ( g·24h 37 益)、(0. 2058依0. 011)mg 苯
酚 / (g·24h 37 益)。
从土壤酶活性的变化趋势可以看出,酶活性的最高值大部分出现在 8、12a 棉田,酶活性的最低值除对比
样地 0 a外,基本出现在 3 a棉田。 多酚氧化酶与土壤有机质的形成有关,有机质和全氮含量直接影响磷酸
酶、蔗糖酶活性[19],3 种酶均表现为酶活性逐渐上升至 8 a或 12 a 开始下降的趋势。 而过氧化氢酶和脲酶在
20、30 a依然保持较高酶活性可能与农田耕作过程中持续施加尿素有一定关系。
3. 3摇 不同连作年限棉田的土壤质量评价
对标准化的数据进行 KMO抽样测定和 Bartlett球形检验,KMO值为 0. 784>0. 6,Bartlett 球形检验相伴概
率为 0. 000<0. 05 时,拒绝 Bartlett球形检验零假设,表明数据适合因子分析。 通过因子分析,数据由最大正交
旋转法旋转后得到相关系数矩阵、特征值及贡献率、因子载荷矩阵。 由表 1 可知,前 2 个因子可以代表原有
12 个指标的 93. 369%的信息。
表 1摇 因子特征值及方差贡献
Table 1摇 The eigencalues and squared loadings of components
因子
Component
特征值
Eigenvalue
方差贡献率 / %
Variance
累计贡献率 / %
Cumulative
1 6. 066 50. 549 50. 549
2 5. 138 42. 82 93. 369
0414 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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摇 摇 第一主因子中,相关性较高(>0. 9)的指标分别为 X3、X6、X10,其次( >0. 8)为 X7、X8、X11,包括了速效
磷、速效钾 2 个速效养分指标和过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶 3 个酶活性指标,相关值最高的为 pH,且为负相关,
由盐碱化向中性土壤演变的过程更有利于养分和酶活性的提高。 第二主因子与 X4、X5 有较大的正相关,与
土壤 X2 呈负相关,较低的土壤容重使得有机质和全氮易于积累。
表 2摇 旋转后的因子载荷矩阵
Table 2摇 Matrices of principal component loadings
指标
Index
第一因子
Principal Component 1
第二因子
Principal Component 2
指标
Index
第一因子
Principal Component 1
第二因子
Principal Component 2
X1 0. 703 0. 589 X2 -0. 442 -0. 869
X3 -0. 972 -0. 168 X4 0. 161 0. 973
X5 0. 278 0. 956 X6 0. 927 0. 249
X7 0. 804 0. 521 X8 0. 804 0. 506
X9 0. 509 0. 715 X10 0. 931 0. 338
X11 0. 829 0. 557 X12 0. 602 0. 789
通过因子得分系数矩阵,获得各因子在不同连作年限水平上的得分,最后由各因子方差贡献率和因子得
分加权得到各年限棉田土壤质量的评价结果(表 3)。 12 a棉田土壤质量最高,其次分别为 8、20、30、3 a棉田,
最后是作为对比样地的 0 a棉田,即荒草地。 整体来看,棉田的土壤质量呈现先上升后下降的趋势。
进一步通过聚类分析对评价结果划分等级,以不同连作年限的主因子得分作为变量, 以欧氏距离作为衡
量各处理肥力差异的大小, 采用最短距离法对各处理进行系统聚类,如图 3 所示。 结合评价结果,对不同连
作年限棉田的土壤质量划分为几个等级:一级为 8、12 a,二级为 20、30 a,三级为 3 a,四级为 0 a。 荒草地开垦
为棉田初始,灌溉、施肥等农耕行为使土壤质量自 3、8、12 a 不断提高,但其后棉田没有得到适当的休耕、轮
作,多年连续耕作的土壤质量呈现退化趋势。 利用跟踪获取的作物产量数据计算得到产量持续指数(图 4),
该排序与质量评价结果相似,但略有差异。 20 a棉田土壤质量评价值低于 8 a棉田,产量持续指数略高于 8 a
棉田,土地生产力对应于土壤质量评价值存在滞后效应,但二者自 12 a后的降低趋势是一致的。
表 3摇 不同连作年限棉田土壤质量评价结果
Table 3摇 Results of soil quality assessment of cotton field cultivated for different years
连作年限 Continuous cropping for years
0a 3a 8a 12a 20a 30a
第一因子
Principal Component 1
因子得分
Component Score -1. 807 -0. 355 0. 021 0. 134 0. 860 1. 147
方差贡献率 Variance 0. 505
第二因子
Principal Component 2
因子得分
Component Score -0. 214 -0. 930 1. 077 1. 320 -0. 057 -1. 196
方差贡献率 Variance 0. 428
综合评价值
Soil Quality Assessment Value -1. 005 -0. 578 0. 472 0. 633 0. 410 0. 068
排名 Order 6 5 2 1 3 4
4摇 结论与讨论
绿洲化过程中土壤生态系统的演变是评价农业利用与管理水平的一个重要方面[20]。 研究区耕作初始,
施肥、灌溉和农作物的生长提高了原有的土壤肥力,有机质、养分和土壤酶活性不断提高,土壤质量转好,这与
丁峰等[21]对新疆天山北坡经济带不同年限(0—11 a)的连作滴灌棉田土壤质量变化趋势的研究结果相同。
周斌等[19]也提出 13 a 的耕作中,化肥与有机肥配施对提高绿洲灰漠土农田的土壤质量效果明显。 但伴随着
长时间周而复始种植棉花,单一的种植模式、连续耕作使得棉田土壤质量不断退化。 其中,土壤有机质下降尤
为显著,全氮、多酚氧化酶、转化酶、磷酸酶也均有较为明显的下降。 土壤逆行演替至棕漠土的趋势可见,加之
1414摇 14 期 摇 摇 摇 贡璐摇 等:塔里木河上游典型绿洲不同连作年限棉田土壤质量评价 摇
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综合聚类距离尺度Rescaled distance cluster combine0 25
20a30a3a8a12a0a
562341
图 3摇 不同连作年限棉田土壤质量评价系统聚类图
摇 Fig. 3摇 Hierarchical clustering diagram of soil quality
assessmentof continuous cropping cotton field different years
农田外围的荒漠化,甚至有向风沙土方向演变的可能。
唐光木等[22]研究发现对新疆绿洲未开垦地开垦会增加
土壤总有机碳的含量,但是随着种植年限的延长,增加
趋势减缓,有机碳中的活性组分砂粒有机碳垦殖 10 a
开始下降,土壤质量有下降或退化风险。 韩春丽等[23]
在南疆的沙井子垦区分别选择新开垦 1 a 和连续植棉
5、15、20、30 a的棉田从微量元素的变化揭示土壤质量
变化特点,发现随连作年限延长,各耕作层的元素均不
同程度降低,有些下降到初始耕作水平。 以上研究选择
表征土壤质量的指标不同,但结果均说明长期连作棉田
0.4
0.6
0.8
1.0
-0.6-0.4
-0.20
0.20.4
0.60.8
0 0
0.2
-1.2-1.0
-0.8土壤
质量
评价
值
Soil
quali
ty as
sessm
ent v
alue
时间 Time/a3 8 14 20 30
产量
持续
指数
(
)
Susta
inabl
e yie
ld in
dex
SQAVSYI
(SQA
V)
SYI
图 4摇 土壤质量评价值与产量持续指数的变化
摇 Fig. 4 摇 Changes ofsoil quality assessment value and sustainable
yield index
的土壤质量不容乐观。 不同利用强度、种植模式对农田
土壤质量会产生显著性影响,人为土地利用方式下不合
理的耕作措施和管理方法,使得农田土壤出现了不同程
度的退化[12,24鄄25]。 有研究表明,5—10 a 将是比较合适
的垦殖年限,其后需要进行耕作和种植方式的调整(如
轮作、倒茬等)来缓解土壤质量的恶化,使土壤质量向
良性发展[26]。 因此,研究区可通过适当的休耕、绿肥与
棉田轮作、有机无机肥配合施用等措施缓解土壤压力。
土壤质量是通过评价物理、化学和生物参数来评估
的,生物参数中的土壤酶参与土壤中几乎所有的生化反
应过程,在整个陆地生态系统中发挥着重要的作用[27]。
本研究尝试选择土壤理化和土壤酶活性指标,结合因子
分析法较为客观的评价了研究区农业生态系统的土壤
质量,实现了土壤酶指标在评价土壤质量中的应用,进一步补充了干旱区农业生态系统棕漠土土壤质量评价
的成果。 由于研究时段较短,研究中并未选取每个主成分中载荷值最高或者在最高载荷值 10%以内的因子
获得最小数据集(MDS)。 土壤酶活性与土壤的物理特性、有机和无机化学组分以及农业管理和技术措施等
密切相关,仅靠数学方法剔除参评因子可以减少数据冗余,但容易丢失参评因子中包含的土壤质量信息。 实
验数据还需要进一步的积累,在利用多年观测数据深入分析土壤各类因子之间的相互关系的基础上,结合数
学方法[28]筛选和确定最小评价集,更加科学的展开干旱区各类生态系统土壤质量评价,是未来工作的重点。
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3414摇 14 期 摇 摇 摇 贡璐摇 等:塔里木河上游典型绿洲不同连作年限棉田土壤质量评价 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 14 July,2011(Semimonthly)
CONTENTS
The sensitivity of Xiamen忆s three industrial sectors to land use changes HUANG Jing, CUI Shenghui, LI Fangyi, et al (3863)……
Desertification and change of landscape pattern in the Source Region of Yellow River
HU Guangyin, DONG Zhibao, LU Junfeng, et al (3872)
…………………………………………………
…………………………………………………………………………
Comparison of ecological significance of landscape diversity changes in karst mountains: a case study of 4 typical karst area in
Guizhou Province LUO Guangjie, LI Yangbing,WANG Shijie,et al (3882)………………………………………………………
Analysis on urban heat island effect based on the dynamics of urban surface biophysical descriptors XU Hanqiu (3890)……………
Primary exploration on the ecological land use classification in Beijing TANG Xiumei,CHEN Baiming,LU Qingbin,et al (3902)……
Changes of spectral reflectance of Pinus koraiensis and Abies nephrolepis along altitudinal gradients in Changbai Mountain
FAN Xiuhua, LIU Weiguo, LU Wenmin, et al (3910)
……………
……………………………………………………………………………
Biomass allocation patterns and allometric models of Abies nephrolepis Maxim
WANG Jinsong, ZHANG Chunyu, FAN Xiuhua, et al (3918)
…………………………………………………………
……………………………………………………………………
Niche analysis of dominant species of macrobenthic community at a tidal flat of Yushan Island
JIAO Haifeng, SHI Huixiong, YOU Zhongjie, et al (3928)
………………………………………
………………………………………………………………………
The influence of different food qualities on the energy budget and digestive tract morphology of Tree Sparrows passer montanus
YANG Zhihong, SHAO Shuli (3937)
………
………………………………………………………………………………………………
The response of ecosystem service values to ambient environment and its spatial scales in typical karst areas of northwest Guangxi,
China ZHANG Mingyang, WANG Kelin,LIU Huiyu,et al (3947)…………………………………………………………………
Root morphology characteristics under alternate furrow irrigation LI Caixia, SUN Jingsheng, ZHOU Xinguo, et al (3956)……………
Allelopathy of the root exudates from different resistant eggplants to verticillium wilt (Verticillium dahliae Kleb. )
ZHOU Baoli, CHEN Zhixia, DU Liang, et al (3964)
……………………
………………………………………………………………………………
Biological cycle and accumulation of lanthanum in the forage鄄mushroom鄄soil system
WENG Boqi,JIANG Zhaowei,WANG Yixiang, et al (3973)
……………………………………………………
………………………………………………………………………
Evaluation of soil loss and transportation load of adsorption N and P in Poyang Lake watershed
YU Jinxiang, ZHENG Bofu, LIU Yafei, et al (3980)
………………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of soil resource availabilities on vertical distribution and dynamics of fine roots in a Caragana korshinskii plantation
SHI Jianwei, WANG Mengben, CHEN Jianwen,et al (3990)
…………
………………………………………………………………………
Effects of soil salinization on ammonia volatilization characteristics of urea and urea phosphate
LIANG Fei, TIAN Changyan (3999)
………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Distribution of marine bacteria and their environmental factors in Xiangshan Bay
YANG Jifang,WANG Haili, CHEN Fusheng, et al (4007)
………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Concentration of O3 at the atmospheric surface affects the changes characters of antioxidant enzyme activities in Triticum aestivum
WU Fangfang, ZHENG Youfei, WU Rongjun, et al (4019)
…
………………………………………………………………………
Effects of inhibitor and safener on enzyme activity and phenanthrene metabolism in root of tall fescue
GONG Shuaishuai, HAN Jin, GAO Yanzheng, et al (4027)
…………………………………
………………………………………………………………………
Screening of highly鄄effective rhizobial strains on Alfalfa (Medicago polymorpha) in soil
LIU Xiaoyun,GUO Zhenguo, LI Qiaoxian, et al (4034)
………………………………………………
……………………………………………………………………………
Geochemical evolution processes of soil major elements in the forest鄄dominated Jinshui River Basin, the upper Hanjiang River
HE Wenming, ZHOU Jie, ZHANG Changsheng, et al (4042)
………
……………………………………………………………………
Integrating geographic features and weather data for methodology of rasterizing spring maize growth stages
LIU Qin,YAN Changrong, MEI Xurong, et al (4056)
……………………………
………………………………………………………………………………
A model for predicting flowering date and external quality of cut tulip in solar greenhouse
LI Gang,CHEN Yaru,DAI Jianfeng,et al (4062)
……………………………………………
……………………………………………………………………………………
Moisture effect analysis of pumpkin and oil sunflower intercropping in semi鄄arid area of northwest Hebei Province
HUANG Wei,ZHANG Junhua,LI Wenhong,et al (4072)
……………………
…………………………………………………………………………
Review and Monograph
Theoretical backgrounds and recent advances in avian molecular phylogeography DONG Lu, ZHANG Yanyun (4082)………………
A review on spatial attributes of nature reserves and optimal site鄄selection methods WANG Yicheng (4094)…………………………
Human activities are the principle cause of biotic homogenization CHEN Guoqi, QIANG Sheng (4107)………………………………
Factors influencing the occurrence of Ophiocordyceps sinensis ZHANG Guren, YU Junfeng, WU Guangguo, et al (4117)……………
Molecular detection of diversity of methanogens and methanotrophs in natural wetland soil SHE Chenxing, TONG Chuan (4126)……
Scientific Note
Soil quality assessment of continuous cropping cotton fields for different years in a typical oasis in the upper reaches of the Tarim
River GONG Lu, ZHANG Haifeng, L譈 Guanghui, et al (4136)…………………………………………………………………
Dynamics of microbial biomass during litter decomposition in the alpine forest
ZHOU Xiaoqing, WU Fuzhong, YANG Wanqin, et al (4144)
…………………………………………………………
……………………………………………………………………
The aerodynamic roughness length of biologicalsoil crusts:a case study of Gurbantunggut Desert
WANG Xueqin, ZHANG Yuanming, ZHANG Weimin, et al (4153)
………………………………………
………………………………………………………………
Differences among population quantities and community structures of pests and their natural enemies in tea gardens of different
altitudes KE Shengbing, DANG Fenghua, BI Shoudong, et al (4161)……………………………………………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 14 期摇 (2011 年 7 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 14摇 2011
编摇 摇 辑摇 《生态学报》编辑部
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