Evaluation of soil quality change over time when retiring cultivated farmland on gravel-sand mulched fields in central Ningxia

doi:10.11686/cyxb2024017

Abstract

Abstract:

Information on the change over time in soil properties when retiring cultivated land in Ningxia’s gravel-sand mulched field areas is highly relevant for advancing ecological conservation and constructing high-quality development pilot zones in the Yellow River Basin. Focusing on the gravel-sand mulched fields in the Xiangshan area of Zhongwei City， Ningxia， a spatial sequence method was employed instead of a time series approach. Gravel-sand mulched fields with consistent terrain and soil type are selected for study of the variations in soil physicochemical properties and enzyme activities 2， 5， 10， 15， 20， 30 and 100 years after retirement from cultivation. The soil quality for these fields with differing retirement dates was evaluated using a combination of subordinate function and factor analysis methods. Results indicate： 1） Soil potassium content decreased overall after five years of retirement. Soil nitrate-nitrogen content peaked at two years of retirement， with no significant differences between other periods. Soil total phosphorus， available phosphorus， and available potassium content fluctuated with years of retirement， peaking at 15， 2， and 15 years of retiring， respectively. 2） Soil porosity initially decreased and then increased with increased years of retirement. Field capacity and soil moisture content were highest at two years after retirement， sharply decreased at five years， and significantly increased with years of retirement， thereafter. Soil water content tended to be stable after 20 years of returning farmland. 3） Soil urease and invertase activities initially decreased and then increased with increasing years of retirement， both peaking at 30 years of retirement. 4） The multi-trait scores for soil quality under different retirement periods were ranked： 2 years>30 years>100 years>15 years>20 years>10 years>5 years. Soil quality evaluation scores peaked at 2 years of retirement. We interpreted this to indicate that after an initial recovery evident at 2 years， a decline is seen at 5 years， and then soil quality improves with time in retirement.

Key words: gravel-sand mulched field, soil quality, returning farmland, restoration, soil properties

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Figures/Tables 9

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行政区划 Administrative division	退砂年限 Sand removal period （a）	纬度 Latitude （N）	经度 Longitude （E）	海拔 Altitude （m）
深井Shenjing	100	37°38′25.7″	105°01′23.2″	1712
近三眼井Near Sanyanjing	30	37°20′58.0″	105°33′32.5″	1728
近三眼井Near Sanyanjing	15	37°20′27.6″	105°37′12.0″	1599
近三眼井Near Sanyanjing	2	37°20′31.2″	105°37′8.4″	1559
红圈子Hongquanzi	10	37°13′12.0″	105°06′9.0″	1599
红圈子Hongquanzi	5	37°12′57.6″	105°06′7.9″	1603
红圈子Hongquanzi	20	36°35′41.3″	105°08′28.7″	1614

行政区划 Administrative division	退砂年限 Sand removal period （a）	纬度 Latitude （N）	经度 Longitude （E）	海拔 Altitude （m）
深井Shenjing	100	37°38′25.7″	105°01′23.2″	1712
近三眼井Near Sanyanjing	30	37°20′58.0″	105°33′32.5″	1728
近三眼井Near Sanyanjing	15	37°20′27.6″	105°37′12.0″	1599
近三眼井Near Sanyanjing	2	37°20′31.2″	105°37′8.4″	1559
红圈子Hongquanzi	10	37°13′12.0″	105°06′9.0″	1599
红圈子Hongquanzi	5	37°12′57.6″	105°06′7.9″	1603
红圈子Hongquanzi	20	36°35′41.3″	105°08′28.7″	1614

检验方法 Testing method	项目Item	检验值Test value
KMO检验Kaiser-Meyer-Olkin measure of sampling adequacy		0.614
Bartlett球形检验Bartlett’s test of sphericity	近似方差Approximately Chi-Square	216.477
	自由度 Degree of freedom	45
	显著性 Significance	0.000

检验方法 Testing method	项目Item	检验值Test value
KMO检验Kaiser-Meyer-Olkin measure of sampling adequacy		0.614
Bartlett球形检验Bartlett’s test of sphericity	近似方差Approximately Chi-Square	216.477
	自由度 Degree of freedom	45
	显著性 Significance	0.000

指标 Parameter	因子1 Factor 1	因子2 Factor 2	因子3 Factor 3
全磷Total phosphorus （X₁）	0.118	0.956	0.035
全钾Total potassium （X₂）	-0.452	-0.654	-0.474
硝态氮Nitrate nitrogen （X₃）	0.978	-0.077	0.096
有效磷Available phosphorus （X₄）	0.761	0.312	-0.356
速效钾Available potassium （X₅）	0.443	0.820	-0.011
脲酶活性Urease activity （X₆）	-0.038	0.047	0.952
蔗糖酶活性Sucrase activity （X₇）	0.088	0.433	0.601
土壤孔隙度 Soil porosity （X₈）	-0.051	0.839	0.369
土壤含水量Soil water content （X₉）	0.959	0.171	-0.015
田间持水量Field capacity （X₁₀）	0.087	0.437	0.600