宁夏风沙区苹果园地土壤质量及硒元素评价

张 静, 黄兴科, 罗雅曦, 常海涛, 刘任涛

(1.宁夏大学 西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地, 宁夏 银川 750021;2.宁夏大学 农学院, 宁夏 银川 750021; 3.中卫市林业技术推广服务中心, 宁夏 中卫 755000)

在干旱风沙区，种植经济果林不仅能够增加农民收入，促进经济发展，且作为生物措施对沙地治理的水土保持作用又非常显著，能够增加地表植被覆盖率，改良贫瘠的土壤环境，有利于区域生态环境改善和土地资源可持续利用，是治理风沙区水土流失、改善生态环境的重要途径之一[1]。果林园地土壤质量评价是经济林地土壤资源可持续发展和经果林健康发展的重要措施。其中，土壤质量是维持地球生物圈稳定和可持续发展的重要因素之一[2]，是土壤在生态系统的范围内，维持生物的生产能力、保护环境质量及促进动植物健康的能力[1]。土壤水分含量、孔隙度、有机质含量的变化以及土壤养分含量是否平衡等会直接影响到树体生长、果实品质、果树利用年限和苹果产业健康持续的发展[3-4]。而硒元素作为人体必需的14种微量营养元素之一，与人体健康密切相关，是部分重金属元素的天然解毒剂，能有效提高生命免疫功能，对防癌、抗癌能发挥重要作用，被国内外科学家誉为“生命之火”、“抗癌之王”。所以，研究宁夏风沙区不同林龄苹果园土壤理化性质演变、土壤质量及硒元素评价，对于该区域土壤资源管理、经济果林建设利用及农业发展和经济发展具有重要的理论与实践价值。

目前，国内关于种植年限与土壤质量的关系研究较多集中在作物和其他植物上。张珍明等[5]对不同种植年限的山银花下土壤微生物特性进行了研究，发现随着种植年限的增加，土壤肥力下降。周海霞等[6]探讨了种植年限对设施蔬菜土壤及基质质量的影响，发现土壤质量随着种植年限的增高先提升后降低，种植达4 a时土壤质量最好，4 a后有下降趋势。郑敏娜等[7]对晋北盐碱区不同种植年限人工紫花苜蓿草地土壤质量进行了评价，发现不同种植年限的紫花苜蓿草地均可提高土壤质量，其中种植10 a苜蓿草地土壤质量最好。刘军等[8]对露天煤矿排土场边坡不同年限沙棘林下土壤肥力质量进行了研究，发现在土地复垦中引种沙棘，对改善排土场土壤环境有实际意义。综合分析表明，植被种植能够改善土壤环境质量，而且不同种植类型存在的阈值对土壤理化性质及土壤质量影响也有较大差异性，这对于土壤资源管理、种植模式优化均具有重要指导作用。但是，在宁夏风沙区，关于不同年限苹果园土壤理化性质和土壤质量评价研究，报道较少。

宁夏回族自治区中卫市沙坡头位于腾格里沙漠东南缘，处于干旱风沙区，生态环境恶劣。为了改善区域生态环境质量，增加地方农民收入，且考虑其土壤富硒状况对该地区进行苹果园建设。目前，该区域分布有近7 333 hm2苹果园，苹果产业已成为该区域重要优势特色产业和战略性主导产业。苹果园土壤理化性质演变特征，是评价区域苹果园土壤质量的重要依据，也是该区域苹果林健康、可持续发展的重要支撑。鉴于此，本研究选择沙坡头区2年生(2 a)、5年生(5 a)、10年生(10 a)和25年生(25 a)苹果园为研究样地，以周围荒地为对照(CK)，通过调查不同林龄的土壤理化性质变化特征，并采用土壤质量综合得分对土壤质量做出合理评价，解析苹果园发展演变的关键阈值阶段，为该区域苹果园发展与管理、苹果产业可持续发展及脱贫富农提供依据。

1 研究区概况

研究区位于中卫市沙坡头区永康镇双达村(37°26′48″—37°26′52″N，105°20′21″—105°20′25″E)，海拔约1 280 m。该地区属半干旱气候，具有典型的大陆性季风气候和沙漠气候的特点，因受太阳辐射和降雨量影响，日照充足，昼夜温差大。年平均气温8.3 ℃，年降水量179.6 mm，年蒸发量为1 829.6 mm，为降水量的10.2倍。降水量主要集中在6—8月，占全年降水量的60%[9-10]。全年无霜期平均156 d，全年日照时数2 870 h。土壤以炭灰钙(白僵)土为主，风沙土次之。由于其独特的地理区位且有黄河水灌溉，为苹果种植提供了良好的自然条件。

研究区内包括4片不同林龄的苹果园和一块对照荒地。其中苹果园的种植模式相同，株行距基本一致，株距在2.5～3.5 m之间，行距在4～4.5 m之间。具体情况如下：2 a生苹果园果树平均高度为2.96 m，平均株距2.55 m，行距4.20 m，总面积为0.86 hm2。5 a生苹果园果树平均高度为4.03 m，平均株距3.2 m，行距4.25 m，总面积为1.03 hm2。10 a生苹果园果树平均高度为4.40 m，平均株距3.47 m，行距4.45 m，总面积为0.87 hm2。25 a苹果园果树平均高度为4.88 m，平均株距3.25 m，行距4.20 m，总面积为0.84 hm2。4片不同林龄的苹果园均属于双达村农民专业合作社，规范化管理，每年根据果树的不同生长时期的生长情况施3～4次水溶肥，灌溉4～5次，合作社统一在林间种植西瓜、卷心菜等以充分利用土地，提高经济效益。林地中间区域有一块荒地，面积约为0.90 hm2，将不同林龄苹果园分隔开来。林地地表植被主要包括油蒿(Artemisiaordosica)、猪毛菜(Salsolacollina)、独行菜(Lepidiumapetalum)、委陵菜(Potentillachinensis)、胡枝子(Lespedezabicolor)、狗尾草(Setariaviridis)和山苦荬(Ixerisdenticulata)等。

2 研究方法

2.1 试验设计

本研究选择2年生、5年生、10年生和25年生苹果园为研究样地，以周围荒地为对照，分别用序号2 a，5 a，10 a，25 a，CK来代表每个样地。每种类型样地设5个重复样区，面积20 m×20 m，间距20 m。在每个重复样区布设5个10 m×10 m的调查样方，间距10 m。共布设5样地×5重复×5样方=125样方。

于2018年5月，在4个苹果园样地的每个样方内进行植被调查，选择长势相近的5株果树，通过卷尺测量其高度(m)、冠幅(m)和新稍长(m)，通过游标卡尺测量其胸径(cm)和基径(cm)，作为研究样地背景(表1)。同时，在距所选果树基部10 cm左右处布设土壤取样点。

表1 研究苹果园基本概况

注：2 a为2年生苹果园，5 a为5年生苹果园，10 a为10年生苹果园，25 a为25年生苹果园； 数据为：均值±标准差；同列不同小写字母表示不同样地间存在显著差异性(p<0.05)。下同。

2.2 土壤样品采集与测定

在每个取样点用土温计进行土壤温度测定，分上午、中午和下午连续测定3次，平均后计作土壤温度(℃)。用环刀法(100 cm3)取完整土样，进行土壤容重(g/cm3)测定。然后，采用5点取样法取一个混合土样(取样深度0—10 cm)，带回实验室进行相关测定分析。

首先，采集的新鲜土壤样品的1/4进行土壤含水量的测定。然后，将剩余3/4土壤样品经过2 mm土壤筛，以除去其中的杂质如草根、叶片等，在自然状态下风干，用来测定土壤粒径组成、土壤pH值、土壤电导率、土壤有机碳、土壤全氮、土壤速效磷、土壤速效钾、土壤水解性氮和土壤硒含量[11]。

土壤含水量(%)采用烘干法测定，即将盛有新鲜土样的铝盒放在分析天平上称重，准确至0.01 g，然后置于105 ℃烘箱中烘烤24 h后，冷却至室温立即称重[12]。土壤粒径组成(%)采用Mastersizer3000激光衍射粒度分析仪进行测定，其重复性误差≤±0.5%，准确性误差≤±1%。根据美国农业部(USAD)制土壤粒径组成分级标准划分土壤粒径：粗砂粒(250～1 000 μm)、细砂粒(100～250 μm)、极细砂粒(50～100 μm)、黏粉粒(<50 μm)[13]。土壤pH值(水土比悬液比为2.5∶1) 和土壤电导率(μs/m)(水土比浸提液为5∶1) 用P4多功能测定仪器测定[11]。土壤有机碳(%)采用重铬酸钾外加热法测定，土壤全氮(%)采用半微量凯氏定氮法测定，土壤速效钾(mg/kg)采用NH4OAc浸提—火焰光度计法测定，土壤速效磷(mg/kg)采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—钼锑钪比色法测定，土壤水解性氮(mg/kg)采用碱解扩散法测定，土壤硒(mg/kg)采用原子荧光光谱法测定[12]。

2.3 土壤质量评价方法

2.3.1 评价指标的选取 本文在参考与结合黄婷[14]对土壤质量评价体系研究的基础上，选取和建立适合本研究的土壤质量综合评价指标体系。具体指标共计17个，包括土壤粗砂粒(X1)、土壤细砂粒(X2)、土壤极细砂粒(X3)、土壤黏粉粒(X4)、土壤温度(X5)、土壤含水量(X6)、土壤容重(X7)、土壤孔隙度(X8)、土壤电导率(X9)、土壤pH值(X10)、土壤全氮(X11)、土壤有机碳(X12)、土壤C/N(X13)、土壤速效钾(X14)、土壤速效磷(X15)、土壤水解性氮(X16)、土壤硒(X17)。其中所选取的土壤物理性质指标可以体现土壤的肥力状况，土壤化学性质指标可以体现土壤的形成和发育过程，土壤养分指标可以反映与植物体吸收利用的关系[8]。

2.3.2 主成分分析步骤

(1) 列出原始数据矩阵X。包括上述17个土壤指标。

(2) 将原始数据进行标准化处理。由于各指标具有不同的量纲，为了排除不同量纲对评价结果的影响，对各实测指标原始数据进行标准化处理[15]。标准化公式为：

(1)

(3) 计算样本的相关矩阵R。

(4) 用雅可比法求解相关矩阵R的特征值和特征向量。

(5) 计算贡献率及累积贡献率，确定主分量个数，解释各主分量的意义，建立主分量方程。

(7) 根据各个指标的权重，计算各样地类型土壤质量综合评价值，据此对不同土地利用类型土壤质量作相应评价。

(2)

式中：Pi——第i种土地利用类型的土壤质量综合评价值；Xij——第i种土地利用类型第j个指标的标准化值；wj——第j个指标的权重值，由主成分分析法得到；i——样地的个数(本文中i=1，2，3，4，5)；n——评价中所选指标的个数(本文中n=17)。

2.4 数据处理与分析

所有数据采用SPSS 20.0软件进行统计分析。采用单因素方差分析(one-way ANOVA)和多重比较法分析不同数据组间的差异，采用Spearman相关系数分析不同指标间的相关性。显著水平为p=0.05。

3 结果与分析

3.1 土壤理化性质

3.1.1 土壤粒径组成、土壤容重及土壤孔隙度 由表2可以看出，不同林龄的苹果园的土壤粒径组成存在显著差异性(p<0.05)。土壤粗砂粒表现为25 a显著高于10 a，5 a，2 a和对照荒地(p<0.05)，且后3种样地之间均无显著差异性(p>0.05)。土壤细砂粒表现为荒地显著高于5 a和10 a(p<0.05)，而2 a和25 a居中。土壤极细砂粒表现为荒地和2 a显著高于5 a，10 a和25 a(p<0.05)，25 a又显著高于5 a和10 a(p<0.05)，而荒地和2 a之间无显著差异性，5 a和10 a间也无显著差异性(p>0.05)。土壤黏粉粒含量随着林龄的增加现升高后降低，10 a出现最大值。土壤黏粉粒表现为5 a和10 a显著高于荒地、2 a和25 a(p<0.05)。不同林龄的苹果园间土壤容重存在显著差异性。随着林龄的增加，土壤容重呈先下降后上升的趋势，主要表现为5 a和10 a显著低于2 a和25 a(p<0.05)，且均显著低于对照荒地(p<0.05)不同林龄的苹果园间土壤孔隙度无显著差异性(p>0.05)，均在54%～58%之间。

表2 不同林龄苹果林的土壤粒径组成、土壤容重及土壤孔隙度

3.1.2 土壤含水量和土壤温度 由图1可知，不同林龄的苹果园间土壤含水量存在显著差异性。随着林龄的增加，土壤含水量基本呈上升趋势，主要表现为荒地显著低于苹果园(p<0.05)，5 a和25 a显著高于2 a(p<0.05)，且均与10 a无显著性差异(p>0.05)。由图1可知，不同林龄的苹果园的土壤温度随林龄的增加而降低，表现为荒地显著高于2 a和25 a(p<0.05)，且2 a显著高于25 a(p<0.05)，但5 a和10 a与2 a和25 a均无显著差异(p>0.05)。

图1 不同林龄苹果园的土壤含水量和土壤温度

3.1.3 土壤电导率和pH值 由图2可知，不同林龄的苹果园的土壤电导率随林龄的增加而基本呈上升趋势，表现为25 a显著高于5 a和荒地(p<0.05)，而2 a和10 a与其余几个样地均无显著性差异(p>0.05)。

图2 不同林龄苹果园的土壤电导率)和土壤pH值

由图2可知，该地区的土壤属于弱碱性，且林地土壤pH值有随着林龄增加而出现先升高后降低的趋势，10 a出现最大值。主要表现为10 a和25 a显著高于2 a(p<0.05)，而荒地和5 a与其余三种样地均无显著性差异(p>0.05)。

3.1.4 土壤营养元素 由表3可知，不同林龄苹果园的土壤全氮和有机碳含量之间存在显著差异(p<0.05)。均表现为25 a显著高于10 a，5 a，2 a和荒地(p<0.05)，5 a和10 a显著高于2 a和荒地(p<0.05)，但其两两之间无显著差异(p>0.05)。但土壤C/N却表现为荒地显著高于苹果园(p<0.05)，而10 a显著高于25 a(p<0.05)，2 a和5 a与10 a和25 a之间均无显著差异(p>0.05)。

表3 不同林龄苹果园的土壤全氮、土壤有机碳和土壤C/N

由图3可以看出，不同林龄苹果园土壤速效钾、速效磷和水解性氮含量均随着林龄的增加而增加。土壤速效钾、速效磷和水解性氮均表现为25 a显著高于10 a，5 a，2 a和荒地(p<0.05)，其中土壤速效钾表现为10 a显著高于荒地(p<0.05)，而2 a和5 a与10 a和荒地均无显著性差异(p>0.05)。土壤速效磷表现为5 a，2 a和荒地之间无显著性差异(p>0.05)，10 a与其余4种样地类型均无显著性差异(p>0.05)。土壤水解性氮表现为10 a和5 a显著高于2 a和荒地(p<0.05)，而两两之间无显著性差异(p>0.05)。由图3可知，土壤硒含量随着林龄的增加存在先上升后下降的趋势，最大值出现在10 a。表现为10 a显著高于5 a(p<0.05)，而2 a，25 a和荒地与10 a和5 a之间无显著性差异(p>0.05)。

图3 不同林龄苹果园的土壤速效钾、土壤速效磷、土壤水解性氮和土壤硒元素含量

3.2 土壤理化性质指标间的相关性分析

由表4可以看出，土壤粗砂粒和黏粉粒与土壤温度和土壤C/N呈显著负相关(p<0.01)，与土壤含水量、土壤全氮和有机碳呈显著正相关(p<0.01)，且土壤粗砂粒与土壤速效钾和水解性氮呈显著正相关(p<0.01)，而黏粉粒与土壤容重呈显著负相关(p<0.01)；土壤细砂粒和极细砂粒与土壤容重呈显著正相关(p<0.01)，与土壤温度和土壤C/N呈正相关(p<0.05)，与土壤含水量、有机碳呈负相关(p<0.05)，且土壤极细砂粒与土壤全氮和土壤水解性氮呈显著负相关(p<0.01)；土壤温度与土壤含水量、全氮、有机碳、速效钾和水解性氮呈显著负相关(p<0.01)，与土壤容重和土壤C/N呈显著正相关(p<0.01);土壤含水量与土壤容重和土壤C/N呈显著负相关(p<0.01)，与土壤全氮、有机碳、土壤速效钾和水解性氮呈显著正相关(p<0.01)；土壤容重与土壤全氮和有机碳呈负相关(p<0.05)；土壤孔隙度和土壤硒与其余指标均无相关性(p>0.05)；土壤电导率只与土壤水解性氮呈正相关(p<0.05)，土壤pH值只与土壤有机碳呈正相关(p<0.05)；土壤全氮和有机碳与土壤速效磷、速效钾和水解性氮均呈显著正相关(p<0.01)；土壤速效钾与速效磷呈正相关(p<0.05)；土壤水解性氮与土壤速效钾和速效磷呈显著正相关(p<0.01)。

表4 不同林龄苹果园土壤理化性质指标之间的相关系数

注：**在0.01水平(双侧)上显著相关，*在0.05水平(双侧)上显著相关。

3.3 土壤质量评价

从表5可以看出，根据特征值λ>1的原则提取前6个主成分，这6个主成分的特征值分别为7.89，2.41，1.55，1.28，1.01和0.96，方差贡献率分别为46.41%，14.19%，9.10%，7.52%，5.95%和5.65%。选取主成分时，除了要满足特征值λ>1的基本条件外，还要满足前n个主成分的累积贡献率达到85%以上的条件，只有同时满足这两个条件，才可以认为前n个主成分已基本能够反映出原变量的主要信息。在本研究中，前6个主成分累计贡献率为88.82%(>85%)，因此可以认为选取前6个主成分能够代表所有的信息。其中，第1主成分综合了土壤粗砂粒(X1)、土壤细砂粒(X2)、土壤极细砂粒(X3)、土壤黏粉粒(X4)、土壤含温度(X5)、土壤含水量(X6)、土壤容重(X7)、土壤全氮(X11)、土壤有机碳(X12)、土壤C/N(X13)、土壤速效钾(X14)、土壤水解性氮(X16)这12个评价指标的信息，其系数均大于0.5。第一主成分的贡献率最大，包含的指标也最多，说明这些土壤指标在土壤质量方面起着主导作用，可以用这1个综合指标来解释原17个土壤综合质量因子信息的46.41%。第2主成分包括了土壤粗砂粒(X1)、土壤细砂粒(X2)土壤黏粉粒(X4)和土壤pH值(X10)这4个指标，其系数均大于0.5，可以解释原土壤综合质量的14.19%。第3主成分包括土壤pH值(X10)这1个指标，可以解释原土壤综合质量的9.10%。第4主成分包括土壤孔隙度(X8)和土壤硒(X17)这2个指标，其系数均大于0.5，可以解释原土壤综合质量的7.52%。第5主成分包括土壤硒(X17)这1个指标，可以解释原土壤综合质量的5.95%。第6主成分包括土壤速效磷(X15)这1个指标，可以解释原土壤综合质量的5.65%。

表5 主成分分析中各因子的特征向量、特征值、贡献率及累计贡献率

注：X1为土壤粗砂粒,X2为土壤细砂粒,X3为土壤极细砂粒,X4为土壤黏粉粒,X5为土壤温度,X6为土壤含水量,X7为土壤容重,X8为土壤孔隙度,X9为土壤电导率,X10为土壤pH值,X11为土壤全氮,X12为土壤有机碳,X13为土壤C/N,X14为土壤速效钾,X15为土壤速效磷,X16为土壤水解性氮,X17为土壤硒。

根据主成分得分矩阵可以建立主成分得分方程：

Z1=0.698X1-0.574X2-0.788X3+0.648X4-0.866X5+0.901X6-0.754X7+0.200X8+0.241X9+

0.362X10+0.919X11+0.821X12-0.858X13+0.711X14+0.467X15+0.829X16+0.085X17

(3)

Z2=0.526X1+0.605X2+0.372X3-0.691X4-0.028X5-0.085X6+0.434X7-0.015X8+0.587X9-

0.194X10+0.191X11+0.152X12+0.028X13+0.391X14+0.301X15+0.437X16-0.286X17

(4)

Z3=0.048X1-0.112X2+0.013X3+0.050X4+0.327X5-0.304X6+0.234X7+0.364X8-0.128X9+

0.690X10-0.004X11+0.312X12+0.410X13+0.067X14+0.431X15+0.166X16+0.411X17

(5)

Z4=0.002X1-0.166X2-0.017X3+0.109X4+0.090X5-0.016X6+0.105X7-0.779X8+0.216X9-

0.173X10-0.126X11+0.113X12+0.160X13+0.296X14-0.100X15+0.123X16+0.607X17

(6)

Z5=0.099X1+0.195X2+0.175X3-0.239X4-0.128X5+0.134X6-0.110X7+0.316X8-0.471X9-

0.194X10-0.007X11-0.160X12-0.097X13+0.366X14-0.111X15-0.070X16+0.532X17

(7)

Z6=-0.389X1-0.121X2+0.174X3+0.057X4-0.133X5+0.063X6-0.142X7+0.177X8+0.395X9-

0.136X10-0.213X11-0.330X12-0.092X13+0.064X14+0.568X15+0.007X16+0.159X17

(8)

式中：Z1—Z6——6个主成分；X1—X17——各评价指标进行标准化后的变量。

将标准化后的变量分别带入这6个函数方程，得到不同林龄苹果园的土壤得分Z，用因子的方差贡献率作为综合评价的权重，按照各自的方差贡献率加权相加得出各土地利用类型下得土壤质量综合得分，计算公式为：

F=0.464Z1+0.142Z2+0.091Z3+

0.075Z4+0.060Z5+0.057Z6

(9)

表6为各样地不同主成分因子得分和综合得分情况。由表6可以看出，荒地，2 a，5 a，10 a和25 a的土壤质量综合得分分别为-5.404，-2.246，1.424，1.923，4.310。其中25 a的土壤质量综合得分最高，且只有5 a，10 a和25 a的土壤质量综合得分为正值，说明这3种样地类型的土壤质量高于平均水平，而荒地和2 a的土壤质量综合得分都为负值，低于平均水平。

表6 主成分因子得分与综合得分

注：Z1为第1主成分因子得分,Z2为第2主成分因子得分,Z3为第3主成分因子得分,Z4为第4主成分因子得分,Z5为第5主成分因子得分,Z6为第6主成分因子得分；F为土壤质量综合得分。

4 讨 论

4.1 不同林龄苹果园土壤理化性质变化特征

在干旱贫瘠土壤长期种植果树，表层沙土不断固定，大气降尘沉积量逐渐增加，加之生物过程的加强，共同促进了土壤理化性质演变[18]。土壤基质中土壤颗粒大小不同使得其土壤理化性质差异较大。单个土壤颗粒的大小和形状、化学组成和矿物质以及颗粒表面的物理化学性质各不相同，进而影响土壤的肥力状况、植被生长繁衍、土壤溶质的运移[17]。本研究中，不同林龄苹果园都是以黏粉粒为主，极细砂粒和细砂粒次之，粗砂粒含量最少，较种植果树之前改善许多，黏粉粒含量显著增加，说明苹果园土壤肥力较好，土壤黏粉粒含量多而使得其保水、保肥性好，易耕作[24,31]。其中，10 a的苹果园土壤黏粉粒含量最高，这是因为相较于2 a和5 a的苹果园和荒地而言，10 a生长管理时间长，养分含量更充足，而25 a树体粗大，树体吸收土壤养分较多，使得老龄林地呈现出一定的土壤砂粒化。土壤容重和孔隙度反映了土壤的透水性和通气性，是决定林地土壤水源涵养和水土保持能力的重要因素[20]。本研究中，土壤容重表现为：CK>25 a>2 a>5 a>10 a，说明土壤容重越大则土壤越紧实，不利于通气透水，但苹果园精细管理并增施有机肥可以在一定程度上降低土壤容重。土壤孔隙度表现为种植苹果后的土壤孔隙度相较于荒地有所增加，是因为通过种植植被，植物根系量增加且有一定的延伸范围，枯落物增多从而导致孔隙度增加，但不同林龄之间无显著差异性，这可能是因为人为干扰和植被种植对土壤孔隙度的影响达到平衡。

本研究中，土壤含水量表现为：25 a>5 a>10 a>2 a>CK，即土壤含水量随着林龄增大而基本呈上升趋势。这与冉伟[19]对黄土高原丘壑区不同种植年限果园土壤水分变化规律相悖。可能是因为研究区降水少，林地内需要定期的人工灌水，每个样地灌水量相同，但取样时日照充足，在同样灌水的情况下林龄越小覆盖度越低，从而导致地表水分蒸发迅速，含水量降低。同样，土壤温度表现为：CK>2 a>5 a>10 a>25 a，其原因是林龄越小，郁闭度越小，阳光直射，使得土壤温度升高。近年来土壤学的研究结果表明，土壤电导率这一参数本身包含了反映土壤品质和物理性质的丰富信息[21]。土壤中盐分、水分及有机质含量，土壤压实度、质地结构和孔隙率等都不同程度地影响着土壤电导率的改变。本研究中，土壤电导率表现为：25 a>10 a>2 a>5 a>CK，土壤pH值表现为：10 a>25 a>5 a>CK>2 a，从整体上可以看出随着林龄的增加，土壤电导率和pH值呈上升趋势，这是因为随着种植年限增加，植被覆盖度高，再加上常年高温、缺少雨水淋洗，蒸发强烈，改变了自然状态下的水热平衡，土壤得不到雨水淋洗，致使盐分在土壤表层聚集[22]，这可能是土壤电导率和pH值逐渐升高的原因。

4.2 不同林龄苹果园土壤理化性质指标的相关关系

土壤理化性质指标间的相互作用及协调效应能够综合反映土壤生产力的高低和对逆境的适应能力[14]。土壤粒径组成对土壤的结构和性质起着决定性作用，可以影响土壤水分的吸收、阴阳离子的转化以及养分元素碳、氮的供应。本研究中，土壤粒径与土壤含水量之间相关性显著，这是因为土壤粗砂粒、细砂粒和极细砂粒有利于水分下渗，而黏粉粒又有利于水分积累，提高持水能力[13]。而土壤黏粉粒与土壤全氮和有机碳呈显著正相关，是由于黏粉粒与有机质胶结的主要无机胶体，其为胶结作用提供了胶结环境和胶结动力，能对土壤良好的结构性能起到一定的保护作用[35-36]。

土壤容重与土壤黏粉粒和土壤含水量呈显著负相关，是因为表层土壤中的黏粉粒遭受风力吹蚀得以损失，从而增大土壤容重，不利于形成土壤团粒结构，降低土壤含水量，增大土壤侵蚀[20]。土壤含水量与土壤养分呈正相关是因为一定量的土壤含水量有利于土壤结构的维持，从而增加土壤的吸附性，进而增加土壤对养分的吸收和稳固能力，使得土壤养分含量增加[37]。通过分析土壤养分之间的相关性得知，土壤养分元素之间相关性显著，这是由于在一定程度上施用有机肥造成的。该地区土壤呈弱碱性，不利于土壤中微生物分解残落物，从而与有机质呈负相关，抑制了土壤对氮的吸收。这与夏栋等[38]对植被混凝土的pH值、有机质、速效养分进行相关性分析结果相吻合。说明通过提高土壤有机质的含量，有利于土壤中大量元素的速效养分含量的提升。这与张强等[39]在北京昌平区苹果园所得到的研究结果相似。土壤有机质与土壤全氮和速效养分显著正相关，说明提高土壤有机质的含量可以增加土壤大量元素的有效养分含量，这可能是由于土壤有机质和氮素之间存在相互关系的原因[4]。田小明[40]等在石河子大学试验站温室进行的盆栽试验也表明在一定程度上施用有机肥可以提高土壤养分、微生物生物量，增强土壤酶活性。

4.3 不同林龄苹果园土壤质量评价

进行土壤质量评价的目的是正确认识土壤，反映土壤管理的变化，从而有效管理和保护土壤[41]。土壤质量是土壤诸多物理、化学和生物学性质的综合反映[41]。其中影响土壤质量的因子很多，一个统一的、无量纲的综合指标可更加直观表现土壤质量总体情况[39]，因此一些数学方法对土壤质量综合评价起到了重要作用[42]。但是，到目前为止，土壤质量评价还处于相对薄弱的领域[45]，仍没有统一的评价标准[43-45]，不同研究者评价的目的性和针对性不同，选用的评价方法和指标亦有差异[45-46]。本研究采用主成分分析筛选出对土壤质量影响较大的几个指标因素，并通过评价结果可以看出，宁夏沙区不同林龄苹果园的土壤质量综合得分排序为：25 a>10 a>5 a>0>2 a>CK，其中综合得分越高，说明该林龄的土壤质量的综合程度越高，反之则越低。

25 a，10 a，5 a的果园综合得分为正值，说明该植被类型下的土壤质量高于平均水平，而CK和2 a综合得分值为负，则说明土壤质量低于平均水平[47]。综合来看25 a的苹果园土壤状况最好；其次为10 a和5 a的苹果园土壤质量良好；2 a苹果园和荒地的土壤质量较差，但相较于荒地来看，2 a果园也有所改善。这与陈磊[4]对黄土高原坡地苹果园土壤质量评价结果存在差异，但与当地实际较为相符。本研究区位于沙坡头区，日照充足，但降雨量稀少，土壤演变过程相较于黄土高原坡地要慢一些，其中25 a苹果园的土壤经过长时间的施肥和灌溉，土壤养分积累充足，且避免翻耕和除草等人为干扰后地表植被类型增多、覆盖度变大，因此土壤质量评分较高[48]。而2 a苹果园正处于生长期，土壤肥力较差，土壤养分积累不足，导致土壤质量较差；5 a苹果园处于盛果期，土壤质量明显得到改善，林地枯落物的增多使得土壤养分在通过施肥积累的同时得到枯落物养分归还[49-51]，土壤质量良好；10 a苹果园相较于5 a土壤养分积累时间更长，积累量增多，其质量也随之提高。在本研究中，长期种植苹果树可以有效改善土壤质量并对其维持产生积极影响。

5 结 论

宁夏沙区不同林龄苹果园的土壤质量随着林龄的增加而呈上升趋势，土壤养分含量也不断增加，特别是硒元素含量处在较高水平，说明在沙区种植苹果这类经济林植被在带动区域经济发展的同时还可以从一定程度上改善土壤质量，进而改善区域生态环境。但长期施用化学肥料，土壤的氮素在硝化细菌的作用下转化为硝态氮，且随着雨水淋溶到深层土壤，使得土壤硝酸盐不断累积。因此，重视林地平衡施肥，控制氮磷肥的同时增施钾肥和有机肥，有利于苹果园健康发展和综合管理。