伴随着人口增加和耕地的减少，为了满足经济社会发展需要，盐碱荒地开垦为耕地是保持耕地资源动态平衡的必然需求。在中国，从热带到寒温带、滨海到内陆、湿润地区到极端干旱的荒漠地区，均有大量盐渍土分布。我国各类盐碱地有3.6 × 10⁷ hm²，占全国可利用土地面积的4.88%，是我国重要的后备耕地资源^[1]。以新疆为代表的干旱区耕地面积飞速增长，绿洲不断向外围荒漠区域扩张，大面积的荒漠土壤、盐碱地转变为农田^[2]。根据传统的盐碱土改良理论与实践经验，将盐碱荒地改造为高产农田需要有配套的灌排工程和每年大量的淡水消耗作为支撑。在目前淡水资源日益缺乏的大背景下，节水灌溉控盐技术逐渐被接受，并获得大面积推广应用^[3]，也导致原有的灌排渠系退化甚至消失。然而，每年灌溉水带入农田的盐分高达0.63~1.84 t·hm^–2，长期灌溉导致农田土壤盐渍化有加剧的风险^[4-5]。盐分在农田土壤剖面中的内循环过程和盐分累积对耕地质量和产能提升的长期效应，不仅是对传统理论提出的新挑战，也是直接关乎绿洲农业可持续性的重大生态环境问题。

土壤盐度是衡量干旱区耕地质量的关键指标，可反映耕地土壤培肥的长期效果。前人针对盐碱荒地开垦为耕地后土壤盐度和肥力状况的变化开展了诸多研究。多数研究发现，随着开垦年限的增加土壤剖面盐分均呈现相对减少的趋势^[6-7]，表层土壤总盐含量在开垦种植6~8年后基本维持在非盐化-轻度盐渍化水平^[6]。张少民等^[8]通过对北疆不同开垦年限地块的研究发现，土壤盐分在土地开垦利用前4年快速下降，5~15年后耕层土壤盐分维持稳定；土壤有效钾含量明显下降；碱解氮、有效磷及有机质含量随开垦年限的增加呈现先下降再升高的趋势^[6]。张晓东等^[9]在玛纳斯河流域的研究发现，短期垦种（0~9年）有利于提高新疆绿洲农田土壤肥力，而长期垦种（> 13年）则造成土壤板结、次生盐渍化和土壤有效养分含量降低。滴灌年限越长，棉田中的盐分积累就越多^[5]。孟超然等^[10]对玛纳斯流域膜下滴灌农田耕层（0~20 cm）土壤盐分15年的变化规律研究表明，长期膜下滴灌模式中，灌溉水带入的盐分会导致耕层土壤养分累积。杨未静等^[11]对北疆膜下滴灌棉田连续三年监测发现，该区域内不同土壤剖面含盐率逐年增大，同时盐分逐渐下移并主要积累在80 cm以下土层，土壤由初始的非盐渍化土或轻度盐渍化土逐渐退化为中度甚至重度盐渍化土壤。在南疆，膜下滴灌加剧了盐分侧向运移并导致膜间大量积盐。苗期盐分累积在膜间0~40 cm土层，吐絮期0~60 cm土层盐分均有所增加，尤其是在膜间0~20 cm土层盐分大量累积形成聚盐带，严重时会影响下一季棉花的生长，因此需进行冬灌和春灌压盐^[12]。综上，以往此类研究基本上是空间换时间的方式或者仅在短时间年限内讨论盐碱荒地垦殖后耕地质量的演变规律，鲜有长期定点观测的研究，因此，以往研究无法反映盐碱地转化成为农田后伴随着长期耕种，盐分在农田土壤剖面中的累积动态及其对耕地质量和产能提升的长期效应。

本研究选择位于新疆玛纳斯县包家店乡新疆农业科学院经济作物研究所育种基地分别在1996、2005、2006、2007、2009、2010、2011年开垦的田块进行了长期定位观测。在2010、2011、2015和2020年针对盐碱荒地和不同年份垦荒农田土壤的盐分和养分含量等指标进行了四次调查，定位观测盐碱荒地开垦利用过程中土壤养分、盐分、pH等耕地质量指标的变化。以期为评价节水灌溉控盐条件对盐碱荒地垦种的环境生态影响以及干旱区绿洲农业的可持续发展提供理论依据。

本试验在新疆农业科学院经济作物研究所玛纳斯棉花育种基地（44° 18′ N，86° 22′ E）进行。试验区位于天山北麓玛纳斯河流域冲积洪积扇缘，地下水埋深3 m以上；该区海拔约400 m，年平均气温8.2℃，年降水量180~270 mm，总蒸发量1 000~1 500 mm。试验区土壤为硫酸盐灰漠土，0~100 cm土层的砂粒、粉粒和黏粒的含量分别是80 g·kg^–1、640 g·kg^–1和280 g·kg^{–1 [13]}，钠吸附比（SAR）3.9，可交换钠百分比（ESP）25.9%。荒地生长的植物主要为猪毛菜、牛皮菜、梭梭等。试验区从1996年开始开垦并种植棉花，不同地块开垦年份不同。荒地经翻耕整地后，第一年种植作物为油葵，第二年开始种植棉花，或者直接种植棉花。

本研究选择同一区域不同年份开荒地块开展研究。不同年份（1996、2005、2006、2007、2009、2010、2011年等7个年份）开垦棉田的空间分布见图 1。2010、2011、2015和2020年取样调查当年，不同年份开垦样地的累积耕种年限见表 1。未开垦荒地数据以2010年调查的数据为准。棉花种植方式为干播湿出、膜下滴灌，无冬春灌。所有棉田施肥和灌溉方式基本一致，每年棉花生长季为4—10月，收获后秸秆还田。播种前磷肥（磷酸二铵或过磷酸钙）和钾肥（硫酸钾）撒施，然后翻入20 cm深土层，旋耕、耙、镇压后，通过棉花播种机一次完成铺设滴灌带、铺膜、定量播种和覆土。苗期或蕾期追施磷肥（磷酸二氢钾）150 kg·hm^–2和氮肥（尿素）450 kg·hm^–2。2010、2011、2015和2020年种植棉花品种分别为新陆早47号（Gossypium hirsutum L.）、新陆早18号（G. hirsutum L.）、07-5（G. hirsutum L.）和新陆早61（G. hirsutum L.）。棉花每个生长季的总灌溉量为4 500~5 400 m³·hm^–2，每年灌溉次数为8~10次，每次300~600 m³·hm^–2。采样日期均为每年的收获季，收获后采集土壤样品。

注：试验区域分布图中的数字代表各个地块开垦年份。  Note：The numbers in the test area distribution map represent the reclamation years of each plot. 图 1 试验地区域分布图 Fig. 1 Test area distribution map

表 1 Table 1

表 1 不同年份开荒地块的垦种年数 Table 1 Number of years of cultivation after reclamation of plots with different reclamation years 调查年份/开荒年份 Year of survey/Year of cultivation 垦种年数Years after cultivation 荒地Uncultivated land 1996 2005 2006 2007 2009 2010 2011 2010年第1次调查① 0 15 6 5 4 2 1 / 2011年第2次调查② 0 16 7 6 5 3 2 1 2015年第3次调查③ 0 20 11 10 9 7 6 5 2020年第4次调查④ 0 25 16 15 14 12 11 10 ①First survey in 2010，②Second survey in 2011，③Third survey in 2015，④Fourth survey in 2020.

表 1 不同年份开荒地块的垦种年数 Table 1 Number of years of cultivation after reclamation of plots with different reclamation years

2010、2011、2015和2020年的调查均为在秋季棉花收获后用土钻采集土样。每一次调查时，每个年限选择3个样点作为重复，在每个采样点上用土钻采集0~20 cm（用于土壤养分测定）土壤样品，每个样点在相距10 m以上范围内共采集4个点（包括2个播种行和2个非播种行）混合为一个样品。其中，2010、2011、2020年采集了0~100 cm（0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm）土层的土壤样品，测定了土壤盐度和pH。0~20 cm土层土壤样品风干后过1 mm筛，分别测定有效磷（Olsen-P）、有机质、无机氮、速效钾。上述调查共涉及8块样地（7个不同年份开垦样地以及未开垦荒地），在4个时间点（2010、2011、2015和2020年）采样，每次采样每块样地取3个重复，代表该区域八块样地在10年间土壤盐分和肥力变化的情况。

测定指标如下：2010年测定了土壤总盐、有效磷、pH、有机质；2011年测定了土壤总盐、有效磷、pH、有机质、无机氮、速效钾；2015年测定了土壤总盐、有效磷、pH；2020年测定了土壤总盐、有效磷、pH、有机质、无机氮、速效钾；荒地（垦种年限为0）的各项指标来自2020年调查数据（未开垦荒地的无机氮及速效钾数据来自2011年调查数据）。

土壤含盐量测定：按照2.5︰1的水土比配成悬浮液，振荡过滤后，取25 mL上清液置于30 mL坩埚中，用电热板加热，烘干，用差减法计算土壤总盐含量。土壤pH测定：采用2.5︰1的水土比制成悬浮液，振荡过滤后直接用pH计测定上清液pH（pHS-3C pH计，上海雷磁仪器厂）。土壤有效磷（Olsen-P）采用碳酸氢钠（pH=8.5）浸提，钼锑抗比色法在882 nm波长下测定^[14]。土壤有机质用重铬酸钾外加热法进行测试。采用流动分析仪（SEAL Analytical GmbH，德国）测定土壤NH₄⁺-N和NO₃^–-N含量，无机氮含量为两者之和。土壤速效钾采用CaCl₂浸提后连续流动分析仪测定（AutoAnalyzer 3，德国）。

采用Excel 2016整理数据，采用SPSS 25软件对数据进行单因素方差分析，采用新复极差法（Duncan’s multiple range test，P≤0.05）进行多重比较。百分数指标和比值等非连续变量经过反正弦转换后进行方差分析。本文采用Graphpad Prim 8软件进行作图。

对同一区域荒地及不同年份开荒土地的土壤剖面（0~100 cm）盐度进行三次调查（2010、2011和2020年），结果（图 2）显示：不同开垦年份地块的土壤剖面盐分下降速率不同，最近年份开垦地块土壤盐度下降速率较快。土壤剖面总盐随着土壤耕层深度的增加而增加；各个土层土壤总盐随垦种年数的增加呈现显著降低的趋势（P≤0.05）。开垦前荒地表层（0~20 cm）总盐平均含量为20 g·kg^–1。垦种1~5年后土壤表层总盐平均下降至6.08 g·kg^–1，平均下降速率为3.21 g·kg^–1·a^–1；荒地垦种6~10年后，土壤总盐平均降至3.71 g·kg^–1，平均下降速率为1.41 g·kg^–1·a^–1；荒地垦种11~15年后，土壤总盐平均降至2.11 g·kg^–1，平均下降速率为1.30 g·kg^–1·a^–1；荒地垦种16~25年后，土壤总盐平均降至2.06 g·kg^–1（维持在1.67~2.67 g·kg^–1），平均下降速率为0.92 g·kg^–1·a^–1。荒地垦殖15年后，土壤总盐可达到非盐化-轻度盐渍化水平，继续垦种16~25年，土壤盐分基本维持稳定状态。

注：a）~ g）图上方数字代表各个地块开垦年份，横坐标数字代表同一地块三次调查土地垦种年数（0代表荒地未垦种、括号内年份分别代表2010、2011、2020年三次调查）。不同小写字母表示同一块地不同土层差异显著（P≤0.05），不同大写字母表示不同垦种年数差异显著（P≤0.05），ns代表无显著差异。下同。  Note：a）~ g）represent the year of reclamation for each plot，and the numbers on the x-axis represent the number of years of land reclamation for the same plot in three surveys（0 means the uncultivated land，the years in parentheses on the x-axis represent the three surveys in 2010，2011 and 2020，respectively）. Different lowercase letters indicate significant differences（P≤0.05）between different soil layers of the same plot，different capital letters indicate significant differences（P≤0.05）between different reclamation years，and ns means no significant difference. The same as below. 图 2 不同垦种年限土壤剖面盐度的变化 Fig. 2 Changes of salinity in soil profile with different years after cultivation

荒地垦种后各开垦年份地块土壤剖面盐分的变化表明，荒地垦种1~5年，土壤表层盐分减少，盐分主要聚集在40~60 cm和60~80 cm之间，总盐含量分别为9.97和10.23 g·kg^–1，降低速率分别为3.66和3.60 g·kg^–1·a^–1；80~100 cm盐分平均值为8.74 g·kg^–1，年均降低速率为4.30 g·kg^–1·a^–1。垦种6~10年，盐分向土壤底层移动，主要集中在60~80 cm和80~100 cm，平均值分别为11.63和10.91 g·kg^–1，降低速率分别为2.19和2.29 g·kg^–1·a^–1；垦种11~15年，聚集在60~80 cm、80~100 cm土层的土壤含盐量持续降低，分别降至8.00和8.06 g·kg^–1，降低速率分别为1.45和1.46 g·kg^–1·a^–1；垦殖16~25年，土壤60~80 cm、80~100 cm土层的盐分分别降至6.22和7.28 g·kg^–1，降低速率分别为1.08和1.07 g·kg^–1·a^–1。综上，荒地垦种1~5年后，土壤盐分主要聚集在40~80 cm土层，随着垦种年限增加，盐分向下迁移，主要聚集在80~100 cm土层，并且0~100 cm土层盐分含量整体呈现降低的趋势。

对荒地及不同年份开荒土地土壤剖面的pH进行三次调查（2010、2011和2020年），结果表明，表层（0~20 cm）土壤的pH随着垦种时间的增加整体上呈现降低的趋势（P≤0.05）。开垦1~10年，土壤表层pH由开垦前的8.88降至8.32，降低了0.56个单位。开垦11~25年，土壤表层pH降至8.22（降低了0.66个单位）并维持相对稳定（图 3）。

图 3 不同垦种年限土壤剖面pH的变化 Fig. 3 Changes of soil profile pH with different years after cultivation

荒地不同土层pH随着剖面深度的增加而升高。荒地表层土壤pH为8.88，80~100 cm土层pH为9.14；垦种1~5年后，土壤剖面各土层（0~20、20~40、40~60、60~80和80~100 cm）pH均显著降低（P≤0.05），与荒地相比，分别降低了0.61（8.28）、0.69（8.36）、0.79（8.29）、0.65（8.38）和0.64（8.50）个单位。垦种6~10年，表层土壤pH上升，而20~100 cm土层pH降低。垦种11~15年，各层土壤pH均有降低的趋势，但表层土壤pH仍高于其他土层。垦种16~25年，各层土壤pH已无显著差异，pH维持在8.18~8.27之间（图 3）。综上，各土层pH整体上随垦种年限的增加呈现降低的趋势，最终稳定在8.18~8.27之间。

盐碱荒地垦殖显著提高了土壤有效磷含量。荒地有效磷为4.91 mg·kg^–1，垦种1~5年后，不同年份开垦地块有效磷含量变化不明显，各地块有效磷平均为5.49 mg·kg^–1。荒地垦种6~10年后有效磷含量显著增加（P≤0.05），各地块的平均含量为12.05 mg·kg^–1，较荒地增加7.14 mg·kg^–1，增加速率为0.96 mg·kg^–1·a^–1。垦种11~15年后有效磷增加幅度显著变大（P≤0.05），各地块有效磷的平均含量达到19.97 mg·kg^–1，较荒地增加15.06 mg·kg^–1，增加速率为1.20 mg·kg^–1·a^–1。垦种16~25年后，土壤有效磷增加的速率降低（P≤0.05），增加速率降至0.44 mg·kg^–1·a^–1。不同年份开垦地块土壤有效磷含量增加的幅度不同，最近年份开垦的地块有效磷含量增加幅度较大（图 4）。

注：横坐标年份代表同一地块四次调查土地开垦利用年限。纵坐标上的数据点为荒地数据。不同小写字母表示差异显著（P ≤0.05）。误差线代表标准误差（n=3）。下同。  Note：The year on the x-axis represents the years of land reclamation and planting of the four surveys in the same plot. The data point in y-axis is uncultivated land data. Different lowercase letters indicate significant differences（P ≤0.05）. Error bars represent SEs（n = 3）. The same as below. 图 4 不同垦种年限土壤有效磷的变化 Fig. 4 Changes of soil available phosphorus with different years after cultivation

荒地土壤的无机氮含量为3.32 mg·kg^–1。开垦1~5年后，土壤无机氮含量无显著变化，各地块无机氮含量平均为5.36 mg·kg^–1。垦种6~10年后，土壤无机氮含量显著增加（P≤0.05），各地块无机氮含量达到20.05 mg·kg^–1，较荒地增加16.73 mg·kg^–1，年增加速率为1.94 mg·kg^–1·a^–1。垦种11~15年，土壤无机氮含量处于快速增加阶段（P≤0.05），各地块无机氮含量提高至29.37 mg·kg^–1，较荒地增加26.05 mg·kg^–1，年增加速率为2.02 mg·kg^–1·a^–1。垦种16~25年，土壤无机氮含量平均为18.16 mg·kg^–1，基本处于稳定阶段（图 5）。

图 5 不同垦种年限土壤无机氮的变化 Fig. 5 Changes of soil inorganic nitrogen with different years after cultivation

盐碱荒地土壤的速效钾平均含量为525.3 mg·kg^–1。盐碱地垦殖后，土壤速效钾含量整体上呈现先降低后增加的趋势。垦种1~5年后，土壤速效钾含量急速下降（P≤0.05），各地块土壤速效钾含量平均较荒地降低了312.6 mg·kg^–1，下降至212.6 mg·kg^–1，年降低速率为189.9 mg·kg^–1·a^–1。垦种6~15年，土壤速效钾含量开始缓慢回升至初始水平，土壤速效钾含量平均为527.1 mg·kg^–1。垦种16~25年后，土壤速效钾含量处于相对稳定阶段，平均含量为570.7 g·kg^–1（图 6）。

图 6 不同垦种年限土壤速效钾的变化 Fig. 6 Changes of soil available potassium with different years after cultivation

荒地土壤有机质平均含量为5.67 g·kg^–1。整体而言，垦种1~5年，土壤有机质含量增加幅度较缓慢；垦种6~10年，土壤有机质含量显著增加（P≤0.05）并处于快速增加阶段；垦种11~15年，各地块土壤有机质含量增加幅度降低；垦种16~25年，增加趋势与垦种11~15年的土壤有机质增加幅度相似（图 7）。与荒地相比，垦种1~5年后土壤有机质含量平均增加2.53 g·kg^–1；垦种6~10年后各地块土壤有机质含量平均增加5.30 g·kg^–1，增加速率为1.24 g·kg^–1·a^–1；垦种11~15年后，各地块土壤有机质含量平均增加3.90 g·kg^–1，增加速率为0.72 g·kg^–1·a ^–1；垦种16~25年，各地块土壤有机质含量平均增加4.10 g·kg^–1，增加速率为0.35 g·kg^–1·a^–1（图 7）。

图 7 不同垦种年限土壤有机质的变化 Fig. 7 Changes of soil organic matter with different years after cultivation

盐碱地开荒种植作物后土壤质量的变化，尤其是盐度、有机质含量和pH的变化是人们关注的焦点。以往研究主要是短期调查，以空间换时间的方式评价盐分、pH和养分的演变，这种方法的前提是样地初始的土壤养分、有机质和盐分在空间分布上是均匀的，但根据本研究对不同地块的调查，土壤理化性质具有很大的空间异质性。因此，这种空间换时间的调查方法无法准确反映盐碱荒地垦殖后土壤盐分和养分变化的真实情况。本文采用对同一地块进行多年定位观测的方法开展研究。假设在同一个农场里（拥有约70 hm²棉田），种子、农药和化肥的种类在一年内是相同的；不同年际间种子、农药、肥料和灌溉水的用量、用法以及耕作栽培管理措施在不同样点之间基本是一致的。因此，本文选了7个不同年份开垦的样点，设置三次重复，研究结果能更加真实地反映土壤盐分和养分的变化规律。

土壤盐分和pH是棉花生长的首要限制因子。前期对同一地块采用空间换时间的方法研究发现，开荒植棉后土壤盐分和pH显著降低^[7]。本研究同样发现，盐碱荒地开垦植棉过程中，土壤盐分和pH均显著降低（图 2和图 3）。随着土地开垦利用，表层盐分明显降低，开垦利用5~10年后从荒地的20.0 g·kg^–1下降至3.71 g·kg^–1，垦种11~25年，盐分基本维持在2.06~2.11 g·kg^–1范围之间（图 2），这与Liu等^[7]的研究结果基本一致，即土壤盐分在开垦后呈现显著降低趋势，垦种5年后基本稳定在较低的水平。西北内陆盐碱区的土壤盐分强度划分为非盐化（< 3 g·kg^–1）、轻微（3~6 g·kg^–1）、中度（6~10 g·kg^–1）、高度（10~20 g·kg^–1）和极高盐分（> 20 g·kg^–1）^[15]。本研究中，盐碱荒地开垦15年后，土壤总盐可达到非盐化-轻度盐渍化水平，垦种16~25年后，土壤表层盐分基本维持在非盐化水平。土壤剖面总盐含量整体上呈现降低的趋势（图 2），可能是长期滴灌将盐分淋洗到了更深层土壤。然而，本研究的采样深度仅为0~100 cm，所以盐分在土壤剖面运移的结果可能存在一定局限性，今后应继续对耕种年限更长地块0~200 cm土层的盐分变化开展监测。此外，本研究结果表明，灌溉水每年输入的盐分（0.6~1.8 t·hm^–2）对长期滴灌条件下土壤盐分累积及作物生长的影响不明显（图 2，图 8）。

注：a）图主要代表各土层（0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm）土壤盐分及pH随垦种年份的变化规律；内部b）图为土壤表层（0~20 cm）土壤盐分、pH以及养分随垦种年数的变化。  Note：Panel a）shows the changes in soil salinity and pH in each soil layer（0-20，20-40，40-60，60-80，80-100 cm）with the time of cultivation；Inside panel b）shows the changes of soil salinity，pH，and nutrients content in the topsoil（0-20 cm）with the time of cultivation. 图 8 不同垦种年限土壤盐分及养分的变化规律 Fig. 8 Changes of soil salinity and nutrients with different years after cultivation

土壤pH受成土母质、地形地貌特征、自然气候条件、植被情况以及耕作历史等因素的影响，因而具有显著的区域性特征^[16]。根据中国土壤酸碱度划分标准^[17]，研究区土壤pH均大于7，属于碱性土壤。土地利用方式改变会造成土壤碱化程度的变化^[18]。开垦1~5年，不同地块的土壤pH均呈快速下降趋势，垦种后6~15年，表层pH（8.01~9.18）高于其他土层，耕层土壤出现了明显的pH上升（碱化）现象，其他土层降低（图 3），这与同一区域用空间换时间的研究方法得出的结果^[8]相同。然而，本课题组在2015年用空间换时间的方法调查发现耕层土壤并未出现碱化现象^[7]。本研究通过对不同地块连续调查观测发现，耕层土壤脱盐碱化是盐碱地在垦种过程中的真实变化规律。这种脱盐碱化现象可能因为原始土壤碱化度较高（交换性钠百分比ESP为25.9%），开垦前土壤盐分高、渗透性差，未表现出碱化现象；开垦之后通过灌溉和淋洗盐分降低，土壤渗透性改善，更多的钠离子进入土壤溶液，继而出现了碱化现象^[4]。

土壤重盐渍化和高pH不仅限制棉花生长，而且会造成土壤养分有效性降低。本研究发现，土地垦种植棉后对土壤有效磷有较大提升（图 4），而磷素有效性低则是新疆盐渍化农田棉花高产的主要限制因子^[19]。新疆棉区石灰性土壤中含有大量的Ca²⁺，极易与土壤中的磷结合生成一系列的Ca-P化合物，大大降低磷的有效性^[20]。有研究证明，盐渍土壤中作物的含磷量与非盐土相比下降20%~50%^[21]。磷对作物的生长、产量及品质均具有重要影响^[22]。土壤有效磷是评价土壤供磷能力的重要指标^[23]。荒地开垦利用后，土壤有效磷含量显著增加，垦种6~10年后从荒地的4.91 mg·kg^–1增至12.05 mg·kg^–1，垦种11~15年为快速增加阶段，有效磷含量能够提升至19.97 mg·kg^–1（图 4）。土壤有效磷在垦种前期的提升可能是开垦增加了土壤的表面积，促进磷的释放和解吸附，垦种后期主要是施肥导致有效磷的快速提升^[24]。荒地开垦利用后土壤磷素肥力得到了显著提升，根据前人研究中磷素肥力的划分标准^[25-26]，该区荒地垦种后土壤的磷素肥力水平由低肥力转化为中高肥力水平。土壤无机氮含量在开垦1~5年后无显著变化，垦种6~15年后显著增加，垦种16~25年基本处于稳定阶段（图 5）。土壤速效钾能够直观反映土壤钾素水平和供应能力，是棉花可获取的主要养分^[27]。土壤速效钾含量在开垦1~5年后由荒地的525.3 mg·kg^–1急速下降至212.6 mg·kg^–1，之后经过11~15年的缓慢增加恢复至初始水平（图 6），这可能是由于荒地开垦种后，土壤有效钾被吸收利用，而管理过程中未及时施用钾肥，导致土壤速效钾快速下降^[24]。土壤有机质具有协调土壤养分、水分和气、热的功能，是土壤肥力的主要指标^[1]。石灰性土壤中大量的Ca²⁺可形成黏土团聚体与有机质的“桥”，有机质含量高能促进团聚体形成和稳定，土壤有机质含量低，则不易形成团粒结构，土壤供水供肥能力较差^[28]。本研究发现，土壤有机质含量在垦种5年后开始显著增加（图 7）。开垦植棉后秸秆还田、施肥等人类活动增加了土壤有机质含量，但由于荒地被开垦后土壤呼吸作用加强土壤有机质分解速度加快，导致土壤碳的损失^[24]，因此垦种1~5年间土壤有机质含量增加不明显（图 7）。

综上，通过对同一区域不同年份开垦地块进行多年定位观测发现，荒地垦种后盐分、养分演变的规律与本课题组在前期用空间换时间的方法得出的结果既有相同也有不同，说明不同田间管理措施对盐碱障碍因子的消减具有不同作用。本研究的结果表明，荒地开垦为耕地后耕层（0~20 cm）土壤盐分显著降低，在垦种6~10年后达到轻度-中度盐土的水平，随后土壤盐度维持在2.06~2.11 g·kg^–1之间，达到非盐化水平；土壤pH在垦种初期呈现迅速下降趋势，随后维持在8.2~8.5之间，属于微碱性。土壤有机质含量在垦种6~10年开始显著增加，但总体上偏低，维持在5.3 g·kg^–1。土壤速效氮磷钾含量在开垦种植棉花以后均有显著增加，土壤无机氮含量在垦种6~15年处于显著增加阶段，垦种16~25年基本维持稳定；速效磷水平在13.33~19.97 mg·kg^–1之间，属于比较适宜的水平。上述结果表明，盐化灰漠土荒地开垦利用转变为农田过程中降低了根层（0~20 cm）土壤的盐度，这些盐分在垦殖25年中主要积累在了80~100 cm土层中。盐化灰漠土转化为耕地后大约需要6~10年时间，耕地质量可达到良田水平（图 8）。

荒地开垦为耕地后，耕层土壤盐分显著降低，垦种6~10年后达到轻度-中度盐渍化水平，垦种11~25年后耕层土壤达到非盐化水平，盐分主要积累在80~100 cm土层。耕层土壤pH在垦种16~25年后基本维持在8.18~8.27之间。垦种6~10年后，土壤有机质、无机氮、有效磷均显著增加，土壤有效钾含量恢复至至初始水平，耕地质量可达到良田水平。本研究为内陆干旱区盐碱地开发、耕地质量提升提供了理论依据，对于盐碱地改良利用的长期生态环境效应评价具有重要参考意义。