荒漠草原绿洲化过程中不同时间尺度土壤质量演变规律及发生机制

西北绿洲经历了由老绿洲向周边拓展，再大规模深入荒漠（草原）的过程。伴随宁夏中部荒漠草原区扬黄灌溉工程的大规模建设，灌区土壤质量由此进入以大规模农地开发、利用、转换为特征的，现代绿洲化过程所主导的发展阶段；土壤肥力在短期改善的同时，沙化和次生盐渍化问题也时有发生，土壤质量的长期变化具有不确定性。针对扬黄灌区土壤资源的可持续利用问题，以土壤质量动态变化的时空规律性研究为切入点，采用时空互代的方法，结合连续性的定位监测，基于时间分辨率大小，构建起一个"代-年-季"多尺度研究体系，开展不同时间尺度土壤质量动态变化、土壤质量变化综合评价等方面的研究，分析土壤三大属性指标间的相互关系及其时空分异规律，长、短周期土壤质量变化间的交互作用，以整体认识荒漠草原绿洲化过程中不同时间尺度下土壤质量演变规律及其发生机制，为维护灌区土壤健康和粮食安全提供理论依据。

依托宁夏灌区开发自然形成的时间序列，采用空间换时间的方法，我们着重从时间尺度上对农业开发活动与土壤质量响应间的一般规律和驱动机理开展了有关的研究工作。初步研究的结果表明，在近40年的周期内，以土壤有机碳及其活性组分为代表的主要土壤质量指标存在一种渐进性的演变趋势，在分布格局上表现为早期的快速上升，中期的相对稳定，以及后期的显著恢复；年尺度上不同指标的变化趋势和分布格局不尽相同；在季尺度上，土壤质量的变化则呈现出以作物生长周期为约束的主要土壤速效养分同步或逆向波动变化格局。基于土壤质量指数的综合评价方法，土壤质量早期的演变呈现一种S型曲线快速增长，并以土壤肥力质量的提升为主要内涵，但是土壤次生沙化与盐渍化潜在风险依然存在。这可能与土壤分形特征，特别是土壤粒径分布与盐碱离子之间的某些特殊对应关系的存在有关，适度而非过高（过低）的细颗粒物质含量在协调土壤肥力与土壤环境质量的平衡上具有重要的作用。水肥管理措施的跟进十分必要，特别是通过CEC、钙磷比等一类综合指示因子的调控，遏制农田次生退化，提高土壤健康水平。.尺度交互作用系土壤质量演变的一种内在驱动机制，也是本研究的一个难点所在。我们从时空交互、长短周期变化交互、快慢变量交互作用的层面，开展了基于碳尺度的速效氮和有效磷分布响应等方面的实证分析工作，初步分析结果表明，在土壤质量动态的长短周期变化间的关系上，速效养分的短周期变化更多地受季节性气候动态、作物生长周期、垂直空间尺度等因素的控制，碳含量的高低所反映的长周期变化，在本实验的范围内，尚未充分体现出其潜在的调节或约束作用；硝态氮的短期波动变化与有机碳的长期性增长间存在一定的跨尺度关联趋势；铵态氮则呈现一种低位聚集，高位波动的态势。有机碳和全氮的线性相关关系在不同尺度上也呈现出一种发散式的分化态势。这种尺度分化特征在碳酸钙和有机碳，以及碳酸钙和全磷的分布关系上也有发生，但尺度分化特征不同。土壤指标间的相互作用系推动土壤质量演变的重要内在机制，这种作用受指标间尺度跨度大小的直接影响，但是人为干扰因素改变了某些土壤指标的尺度属性，从而导致不同尺度属性指标间在特定尺度范围内的相关性显著。