全 文 ：中国生态农业学报 2010年 3月 第 18卷 第 2期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, March 2010, 18(2): 267−271


* PRC-GEF 干旱生态系统土地退化防治伙伴关系项目“农村社区退化土地综合治理与生态系统可持续发展研究”和甘肃沙漠综合治理
技术研究创新团队项目(0707TTch020)资助
** 通讯作者: 刘世增(1963~), 男, 博士, 研究员, 主要从事荒漠化防治与沙区资源利用技术研究。E-mail: shzliu@gsdcri.com
李银科(1982~), 男, 硕士, 研究实习员, 主要从事荒漠化防治方面的研究工作。E-mail: lyk819@163.com
收稿日期: 2009-03-24 接受日期: 2009-07-19
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2010.00267
景电灌区几种土地利用方式土壤有机碳和
养分特征研究*
李银科 刘世增** 李发明 满多清 朱淑娟 刘淑娟
(甘肃省荒漠化防治重点实验室 甘肃省治沙研究所 兰州 730070)
摘 要 对景电灌区土壤次生盐渍化的 1 年生枸杞地和多年生枸杞地、未盐渍化的小麦地和苜蓿地 4 种土地
利用方式土壤有机碳和养分状况进行对比研究, 结果表明: 在 0~60 cm 土层, 小麦地土壤有机碳含量及其密
度、全氮和速效磷含量均最高, 苜蓿地均最低; 土壤全氮与有机碳含量呈极显著正相关(r=0.791, P<0.01); 4种
利用方式 C/N比值均较低, 多年生枸杞地 C/N比值最高, 1年生枸杞地最低; 4种利用方式速效钾含量无显著差
异; 苜蓿地容重显著高于其他 3 种利用方式, 这与其低的有机碳含量密切相关(r=0.420, P<0.01)。与小麦地相
比, 1 年生枸杞地土壤有机碳含量及其密度显著降低, 全氮和速效磷含量有所降低; 与 1 年生枸杞地相比, 多
年生枸杞地土壤有机碳含量及其密度有所增加, 全氮含量显著降低, 速效磷含量显著增加。这意味着该区耕地
土壤发生次生盐渍化以后, 土壤性状恶化; 种植枸杞使次生盐渍化土壤性状有所改善。
关键词 景电灌区 土地利用方式 土壤有机碳 土壤养分
中图分类号: S158.5 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2010)02-0267-05
Soil organic carbon and nutrient content under different land
use patterns in Jingdian Irrigation Zone
LI Yin-Ke, LIU Shi-Zeng, LI Fa-Ming, MAN Duo-Qing, ZHU Shu-Juan, LIU Shu-Juan
(Gansu Key Laboratory of Desertification Combating, Gansu Desert Control Research Institute, Lanzhou 730070, China)
Abstract Soil organic carbon and nutrient contents were analyzed under four different land use patterns of annual medlar field
(AMF) and perennial medlar field (PMD) in secondary saliferous soil, wheat field (WF) in un-saliferous soil and alfalfa field (AF) in
wasteland in Jingdian Irrigation Zone. The analysis shows that organic carbon content and density, total nitrogen and Olsen phos-
phorus for WF are the highest, while those for AF are the lowest in the 0~60 cm soil layer. Soil total nitrogen has a significant posi-
tive correlation with organic carbon (r = 0.791, P < 0.01). There is a generally low C/N ratio for all the soil samples, that for PMD is
highest and that for AMF is lowest. There is no significant difference in available potassium among the land use patterns. Soil bulk
density is significantly higher for AF, due mainly to the relatively low soil organic carbon content (r = 0.420, P < 0.01). Soil organic
carbon content and density are significantly lower while total nitrogen and Olsen phosphorus are higher under AMF relative to WF.
Organic carbon content and density are also higher, total nitrogen content significantly lower and Olsen phosphorus content signifi-
cantly higher under PMD in relation to AMF. An important finding of the study is that farmland soils deteriorate following secondary
salinization whereas planting medlars improves soil physical and chemical properties in the study area.
Key words Jingdian Irrigation Zone, Land use pattern, Soil organic carbon, Soil nutrient
(Received March 24, 2009; accepted July 19, 2009)
景电灌区位于甘肃省中部, 地处黄土高原与腾
格里沙漠的过渡地带 , 降水量小 , 蒸发量大 , 属温
带大陆性干旱荒漠气候。本区地域辽阔, 土地资源
丰富, 光热资源充足, 但水资源缺乏。自高扬程抽提
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黄河水灌溉开发以来, 大片固定沙地和旱耕地变为
水浇地, 并形成了新的绿洲[1]。但由于特殊的地质地
貌、母质、气候和不合理的灌溉等诸多因素的影响,
土壤的次生盐渍化现象非常严重, 已成为农业生产
新的障碍因子, 灌区土壤的可持续利用已引起人们
的关注[2]。
土壤有机碳是土壤养分循环转化的核心, 其含
量变化是不同植被类型 /土地利用方式下土壤质量
演变的重要标志 [3], 直接影响土壤肥力和作物产量
的高低[4]。目前, 关于景电灌区土壤的研究主要集中
在土壤次生盐渍化发生机理[5]、土壤团聚体[6]和土壤
冻融特征[7−8]等方面。本文研究了该区几种典型土地
利用方式下土壤有机碳和养分状况, 为灌区土壤的
可持续利用和不同利用方式下土壤的环境效应评价
提供依据。
1 研究区域概况与研究方法
1.1 研究区域概况
试验地点位于甘肃省景泰县草窝滩镇红跃村 ,
地处景电一期引黄提灌区中心地带的微型盆地, 介
于 103°51′~104°13′E, 37°13′~37°20′N 之间, 地势由
西南向东北倾斜, 海拔 1 565 m。气候特点为干旱少
雨、风沙大; 年降水量 185 mm, 降水年际变化不大,
雨水集中在 7~9月; 年蒸发量 3 040 mm; 平均气温
8.5 ℃, 雨热同期; 年平均风速 3.5 m·s−1, 年大风
日数 27.9 d, 最大风速 25 m·s−1, 年平均沙尘暴日
数 21.9 d, 最多达 47 d, 大风多发生在 3~5月份, 以
西北风为主。地表水资源较为贫乏, 地下水资源极
不丰富, 且矿化度高、水质较差, 20世纪七八十年代
景电一、二期高扬程电力引黄提灌工程是本区主要
的水资源。灾害性天气主要有干旱、大风、霜冻、
冰雹、干热风等, 土壤类型为荒漠灰钙土。植被稀
疏, 草地类型为温性草原化荒漠类, 自然分布的主


图 1 不同土地利用方式下土壤有机碳密度
Fig. 1 Soil organic carbon density (SOCD) under different
land use patterns
要植物有白刺 (Nitraria tangutorum Bobr.)、红沙
[Reaumuria soongorica (Pall.) Maxim]、盐爪爪
[Kalidium foliatum (Pall.) Moq.]、石生针茅 (Stipa
tianshanica var. Klemenzii) 、 沙 生 针 茅 (Stipa
glareosa)、枸杞(Lycium barbarum L.)等, 盖度仅 3%。
该村现有耕地面积 331 hm2, 盐碱地 140 hm2,
占耕地总面积约 1/4的土地种植枸杞。本研究选取 1
年生枸杞地、多年生(4~7年)枸杞地、小麦地和苜蓿
地作为 4 种土地利用方式。1 年生枸杞地之前为传
统农耕地, 由于地势较低, 自引黄灌溉以来次生盐
渍化程度高, 传统农作物不能正常生长, 已弃耕 10
年, 2006年栽种枸杞 70.7 hm2, 采样时株高 0.6~0.8
m。每年施尿素 1 200 kg·hm−2左右, 磷酸二铵 750
kg·hm−2左右, 很少施农家肥。为排盐, 地块间开挖
渠道, 灌水洗盐, 每年灌水 8 次, 每次灌水 1 050~
1 500 m3·hm−2, 漫灌。多年生枸杞地 120 hm2,
2000~2003年间种植枸杞, 株高 1.6~2.1 m, 管理与 1
年生枸杞地大致相同。小麦地为未发生次生盐渍化
或次生盐渍化程度较低的传统农耕地, 面积 148.4
hm2, 以小麦和玉米轮作为主, 采样前茬为小麦, 每
年每公顷施农家肥 7.5~15 t, 氮磷钾复合肥 300~450
kg, 过磷酸钙 600~750 kg, 碳酸氢铵 700~800 kg, 尿
素 300~600 kg, 灌水 4~5次, 漫灌。苜蓿地原为荒地,
2003年开垦种植苜蓿 26.7 hm2, 目的是用苜蓿改土,
以便种植其他作物, 苜蓿地未施任何肥料, 很少灌
水, 苜蓿用作饲料。
1.2 土样采集
2007年 7月在上述 4个土地利用方式中分别随
机选取 3 块样地作为 3 个重复, 每个样地约 0.067
hm2, 用土铲按照 0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm和
40~60 cm 4个层次进行采样。在 2.5~7.5 cm、12.5~
17.5 cm、27.5~32.5 cm和 47.5~52.5 cm深度用环刀
法[9]测定土壤容重, 分别代表 0~10 cm、10~20 cm、
20~40 cm和 40~60 cm土层的土壤容重, 0~60 cm土
层深度中总有机碳密度的计算为每一土层的厚度×
容重×有机碳含量, 然后将乘积相加。
1.3 测定方法
土样剔除植物根系及石砾等杂物, 在室内风干
后过 1 mm和 0.25 mm筛备用。土壤 pH的测定用电
极法(水土比为 2.5∶1), 有机质测定用重铬酸钾氧
化–外加热法, 全氮测定用半微量开氏法, 速效磷测
定用碳酸氢钠提取–钼锑抗比色法 , 速效钾测定用
醋酸铵浸提–原子吸收比色法。
1.4 数据分析
以土地利用方式和土层深度作为固定因素, 以
有机碳含量、容重、pH、全氮、C/N、速效磷和速
第 2期 李银科等: 景电灌区几种土地利用方式土壤有机碳和养分特征研究 269


效钾为随机因素, 用 SPSS13.0软件进行二维方差分
析, 同时按照土地利用方式对土壤有机碳密度的影
响进行单因素方差分析 , 用 Excel 软件绘图 , 用
LSD(P<0.05)法进行差异显著性比较。方差分析结果
表明二维互作对有机碳含量、容重、pH、全氮、C/N、
速效磷和速效钾影响不显著, 故本研究主要报道土
地利用方式的主效应(即 0~60 cm土层土壤各指标平
均值之间的比较)。
2 结果与分析
2.1 不同土地利用方式土壤有机碳含量及其密度
表 1 表明, 不同土地利用方式下土壤有机碳含
量差异极显著(P<0.001)。0~60 cm 土层土壤有机碳
含量平均值为小麦地>多年生枸杞地>1 年生枸杞地
>苜蓿地。平均值之间的多重比较显示小麦地有机碳
显著高于其他 3 种利用方式, 但 1 年生枸杞地、多
年生枸杞地和苜蓿地间差异不显著。4 种土地利用
方式土壤有机碳含量基本随土层深度的增加而下降,
苜蓿地降幅最大, 小麦地降幅最小。
图 1表明, 在 0~10 cm土层, 各不同土地利用地
土壤有机碳密度(SOCD)之间差异不显著。在 0~20
cm土层, 小麦地 SOCD显著高于 1年生枸杞地。在
0~40 cm和 0~60 cm土层, 小麦地 SOCD均显著高于
其他 3 种利用方式, 而 1 年生枸杞地、多年生枸杞
地和苜蓿地之间差异不显著。
2.2 不同土地利用方式土壤养分变化
2.2.1 全氮 不同土地利用方式下土壤全氮含量差
异极显著(表 1, P<0.001)。0~60 cm土层土壤全氮平
均值小麦地>1年生枸杞地>多年生枸杞地>苜蓿地。
平均值之间的多重比较结果显示, 小麦地土壤全氮
显著高于多年生枸杞地和苜蓿地, 而与 1 年生枸杞
地之间差异不显著; 1年生枸杞地土壤全氮显著高于
多年生枸杞地和苜蓿地; 多年生枸杞地和苜蓿地土
壤全氮之间差异不显著。相关分析表明, 土壤全氮
的变化与有机碳有极显著正相关关系(图 2, P<0.01),
说明土壤全氮与有机碳的变化趋势相同。


图 2 土壤全氮与有机碳含量的关系
Fig. 2 Relationship between total nitrogen and
organic carbon content in soil

表 1 不同土地利用方式下土壤有机碳、全氮、C/N、速效磷、速效钾、pH和容重的变化
Tab. 1 Soil organic carbon (TOC), total nitrogen (TN), C/N, Olsen phosphorus (OP), available potassium (AP), pH and
bulk density (BD) under different land use patterns
土层深度
Soil depth
(cm)
利用方式
Land use pattern
有机碳
TOC
(g·kg−1)
全氮
TN
(g·kg−1)
C/N
速效磷
OP
(mg·kg−1)
速效钾
AK
(mg·kg−1)
pH
容重
BD
(g·cm−3)
0~10 1年生枸杞 Annual medlar field 8.10 1.24 6.60 9.38 256.3 7.85 1.39
多年生枸杞 Perennial medlar field 9.36 1.00 9.16 17.07 231.0 8.26 1.42
小麦 Wheat field 11.40 1.39 8.27 7.99 204.3 8.23 1.36
苜蓿 Alfalfa field 10.11 1.18 8.59 5.27 170.0 8.46 1.45
10~20 1年生枸杞 Annual medlar field 6.42 1.12 6.32 4.62 210.0 8.08 1.45
多年生枸杞 Perennial medlar field 7.80 0.89 8.75 6.65 246.0 8.11 1.40
小麦 Wheat field 11.20 1.41 7.94 10.70 204.3 8.34 1.33
苜蓿 Alfalfa field 6.77 0.86 7.99 2.82 201.3 8.56 1.54
20~40 1年生枸杞 Annual medlar field 7.43 1.04 7.26 6.16 224.3 8.05 1.35
多年生枸杞 Perennial medlar field 5.82 0.73 7.94 2.77 236.7 8.26 1.44
小麦 Wheat field 9.25 1.28 7.37 5.47 161.0 8.35 1.45
苜蓿 Alfalfa field 4.75 0.68 7.16 2.09 140.3 8.55 1.62
40~60 1年生枸杞 Annual medlar field 6.30 1.02 6.23 3.11 184.0 8.08 1.38
多年生枸杞 Perennial medlar field 6.52 0.92 7.55 6.14 218.3 8.21 1.39
小麦 Wheat field 7.98 1.06 7.60 10.51 121.0 8.28 1.40
苜蓿 Alfalfa field 3.72 0.44 8.22 2.42 198.0 8.39 1.67
利用方式 Land use pattern (LSD0.05) ***(1.30) ***(0.19) *(1.26) **(3.25) NS ***(0.13) *(0.09)
土层深度 Soil depth *** ** NS ** NS NS NS
方差分析
ANOVA
利用方式×土层深度
Land use pattern×soil depth
NS NS NS NS NS NS NS
*P<0.05; **P<0.01; ***P<0.001; NS: 不显著 Not significant. TOC: Total organic carbon; TN: Total nitrogen; OP: Olsen phosphorus; AK:
Available potassium; BD: Bulk density.
270 中国生态农业学报 2010 第 18卷


2.2.2 C/N比值 不同土地利用方式下土壤 C/N比
值差异显著(表 1, P<0.05)。0~60 cm土层 C/N比值
平均值多年生枸杞地>苜蓿地>小麦地>1 年生枸杞
地。平均值之间的多重比较表明, 1年生枸杞地 C/N
比值显著低于多年生枸杞地和苜蓿地, 而与小麦地
之间差异不显著, 多年生枸杞地、小麦地和苜蓿地
间 C/N比值差异也不显著。
2.2.3 速效磷 不同土地利用方式下土壤速效磷差
异极显著(表 1, P<0.01)。0~60 cm土层土壤速效磷平
均值小麦地>多年生枸杞地>1年生枸杞地>苜蓿地。
平均值间的多重比较表明, 小麦地和多年生枸杞地
土壤速效磷均显著高于苜蓿地, 而 1 年生枸杞地和
苜蓿地差异不显著, 1年生枸杞地、多年生枸杞地和
小麦地相互之间差异也不显著。由表 1可以看出, 1
年生和多年生枸杞地 0~10 cm土层土壤速效磷含量
大大高于 10~60 cm土层, 且 0~10 cm土层多年生枸
杞地大大高于 1 年生枸杞地, 这是因为磷肥主要施
于 0~10 cm 表层, 磷肥在土壤中的移动性很差, 而
枸杞根系较深, 磷肥没有得到有效利用, 加之枸杞
地土壤没有翻动, 故随着枸杞种植年限的增加, 表
层土壤磷素含量逐渐增加。
2.2.4 速效钾 4种利用方式下 0~60 cm土层土壤速
效钾含量均较高, 在 121.0~256.3 mg·kg−1 之间变
化, 且不同利用地之间无显著差异(表 1)。
2.3 不同土地利用方式土壤 pH和容重
2.3.1 pH 不同土地利用方式下土壤 pH 的差异极
显著(表 1, P<0.001)。不同利用方式 0~60 cm土层 pH
平均值苜蓿地>小麦地>多年生枸杞地>1 年生枸杞
地。平均值间多重比较表明, 苜蓿地 pH显著大于其
他 3种利用方式; 小麦地 pH显著大于 1年生枸杞地,
而与多年生枸杞地差异不显著; 多年生枸杞地 pH
显著大于 1年生枸杞地。由于土壤含水量与土壤 pH
之间存在显著相关关系, 湿润地区土壤的 pH 明显
低于干旱半干旱地区[10], 故可以解释 4 种利用方式
下土壤 pH的变化现象。
2.3.2 容重 不同土地利用方式下土壤容重的差异
极显著(表 1, P<0.01)。不同利用方式 0~60 cm土层
土壤容重苜蓿地>1 年生枸杞地>多年生枸杞地>小
麦地。平均值间的多重比较表明, 苜蓿地容重显著
大于其他 3 种利用方式, 而这 3 种利用方式间差异
不显著。相关分析表明, 土壤容重与有机碳含量间
存在极显著负相关关系(图 3), 这与在高山草地土壤
的研究结果相同[11]。容重是自然状态下单位容积土
体的重量, 有机碳含量高, 疏松多孔的土壤容重小;
有机碳含量低, 比较紧实的土壤容重大[12]。4种利用
方式中苜蓿地土壤容重最大, 主要是因为其土壤有
机碳含量最低。

图 3 土壤容重与有机碳之间的关系
Fig. 3 Relationship between bulk density and organic
carbon content in soil

3 结论与讨论
土地利用变化影响土壤有机碳的输入和输出 ,
而输入和输出又决定了土壤有机碳含量[13]。小麦地
每年施较多的农家肥, 还有部分残余秸秆进入土壤,
故小麦地有机碳含量及其密度高。枸杞地由于发生
次生盐渍化已撂荒 10年, 期间只能生长一些盐生植
物, 其对土壤有机碳的贡献有限。土壤发生盐渍化
后 , 结构退化 [14], 有机碳更多地暴露在空气中 , 分
解速率加快[15], 导致土壤有机碳含量降低。多年生
枸杞地有机碳含量及其密度高于 1 年生枸杞地, 但
差异不显著, 说明盐渍化土壤种植枸杞有利于有机
碳的增加, 但增加速率很慢。这是因为多年生枸杞
地每年有大量有机物质(枸杞果实和修剪枝条)输出,
而有机物质输入很少, 枸杞同化吸收的碳素在土壤
中剩余不多。农业生态系统可以是大气 CO2的源或
汇[16], 研究区盐渍化土壤种植枸杞有使土壤逐渐成
为 CO2 汇的趋势。苜蓿地有机碳含量最低, 一是因
为苜蓿地之前为荒地, 有机碳含量低; 二是苜蓿作
为饲料输出系统 , 而无物质投入 , 加之很少灌水 ,
苜蓿生长缓慢; 三是苜蓿 4年的种植时间较短。
土地利用方式可引起土壤养分变化[17], 土地利
用方式体现了管理与决策的因素, 不同土地利用方
式影响着土壤养分的流动, 并影响到不同土地单元
中氮、磷等重要营养成分的滞留和转化[18]。4 种利
用方式中小麦地全氮、速效磷含量最高是因为每年
有持续的肥料施入土壤; 多年生枸杞地速效磷显著
高于 1 年生枸杞地, 而全氮却显著低于 1 年生枸杞
地, 说明随着枸杞生长年限的增长, 次生盐渍化土
壤氮、磷养分发生了显著变化。多年生枸杞地速效
磷含量的增加归因于施肥, 全氮降低的原因是枸杞
需氮量比磷钾大的多[19−20], 枸杞开花、结实期长达 7
个多月, 每年收获 8~10 次果实带走大量氮素, 且氮
肥在土壤中主要以铵态氮、酰胺态氮、硝态氮和亚
第 2期 李银科等: 景电灌区几种土地利用方式土壤有机碳和养分特征研究 271


硝态氮等形态存在, 易溶于水而损失, 铵态氮也易
挥发损失, 每年 8 次的灌水洗盐同时也将作物未来
得及吸收的氮肥冲走, 故施肥未起到增加土壤氮的
作用, 反而因枸杞的吸收使土壤全氮含量降低。磷
素在土壤中移动性很弱, 不易随灌水而损失, 加之
枸杞对磷的需求较少 , 持续施磷肥使土壤磷素增
加。研究表明, 苜蓿连作在提高土壤剖面供氮能力
方面有较好的作用[21]。本研究中苜蓿地全氮和速效
磷含量最低同样是因为: 苜蓿地原来是荒地, 养分
含量本来就很低 ; 加之没有施肥 , 很少灌水 , 苜蓿
生长缓慢, 有输出, 无投入; 苜蓿虽然是固氮作物,
但 4年的种植时间短, 土壤中氮的积累少。
土壤的水热条件、植物残体组成、人为耕作、
施肥等措施是影响土壤 C/N比值的最重要因素[22]。
土地利用方式不同, 土壤碳、氮含量有所不同, 其
C/N比值也不同。本研究中 4种土地利用方式下 C/N
比值均较低, 可能与不注意增加土壤有机物料的投
入有关。
与小麦地相比, 1年生枸杞地土壤有机碳含量及
其密度显著降低, 全氮和速效磷含量有所降低; 与 1
年生枸杞地相比较, 多年生枸杞地有机碳含量及其
密度有所增加, 全氮含量显著降低, 速效磷含量显
著增加。表明景电灌区耕地土壤发生次生盐渍化以
后, 土壤变为大气碳的“源”, 氮、磷养分状况恶化;
该区次生盐渍化土壤种植枸杞土壤性状有所改善 ,
有机碳含量及其密度有增加趋势, 这将对增加土壤
碳汇、改良土壤、缓解大气 CO2增加和改善环境条
件具有积极意义; 速效磷含量显著增加, 但应注意
磷肥要适当深施; 全氮含量显著降低, 今后不要以
大量灌水洗盐的方法治理盐渍化, 这样排盐快, 但
返盐也快, 且浪费大量水资源, 氮肥也随水冲走而
损失, 且灌水洗盐还会造成河流下游灌溉地区土壤
再次发生次生盐渍化。因此, 治理次生盐渍化土地,
今后应结合作物需肥需水情况, 在测土配方施肥、
增加地表覆盖、增施有机肥、节水灌溉等方面进一
步深入研究。就本文涉及的 4种土地利用方式看, 该
区土壤有机碳(质)含量低、氮磷不足、钾丰富、C/N
比值低。苜蓿地较高的容重与低的土壤有机碳(质)
含量密切相关, 该区种植苜蓿应适当施肥、灌水, 以
保持土壤生产力的持续性。本研究在西北典型沿黄
灌区次生盐渍化地区进行 , 结果对北方干旱半干
旱地区沿河灌区土地盐渍化治理具有指导和借鉴
意义。
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