基于合理土地管理方式的沙质荒漠化土壤质量改良及其生态经济效益提升是实现区域生态环境和社会经济协调发展的重要前提。然而，沙质荒漠化土地复垦过程中土壤质量演变规律及其机制等关键科学问题尚不十分清楚。特别是，传统生态学假说能否适用于沙质荒漠化土地治理和利用等方面还缺乏试验数据支持。
针对上述问题，中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室曾凡江研究员团队，从2004年开始对沙质荒漠化土地复垦过程中土壤和作物主要指标参数的变化特征进行了长期定位监测和试验研究，主要包括表土层和深土层土壤水分和养分、机械组成和团聚体等物理指标、棉花地上和地下生物量、化肥劳动力投入和产量经济效益等指标。
结果表明： 1）苗期叶片更高的叶片氮含量和叶片光合能力，能够促进冠层叶面积增加，有利于提高地上生物量；2）籽棉产量的年际变化与地上生物量、收获指数和单位面积棉铃数呈显著正相关，相对重要性排序为地上生物量 ≈ 收获指数 > 单位面积棉铃数；3）地上生物量与土壤质量指数（SQI）呈线性增加-饱和曲线关系，SQI饱和值（阈值）为0.5，对应的土壤有机碳含量为~5.0 g kg-1；4）试验结果支持HBCS（High Biomass Cropping System）生态学假说，并首次在沙质荒漠化土地恢复方面得以验证，即沙质荒漠化土地复垦过程中持续性大量添加外源性碳能够显著提升土壤质量并促进作物稳产和高产；5）针对策勒绿洲沙质荒漠化农田，建议每公顷施用200 kg N、60 kg P2O5和21吨农家肥，能够保证作物高产和稳产。
以上研究成果以“High biomass production with abundant leaf litterfall is critical to ameliorating soil quality and productivity in reclaimed sandy desertification land”和“Inter-annual variations of seed cotton yield in relation to soil organic carbon and harvest index in reclaimed desertifed land”为题，分别发表在Journal of Environmental Management和Field Crops Research。
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