本研究以黄土高原洛川塬面典型耕地和苹果园为例,通过资料收集、野外考察与典型剖面采样、结合土壤微形态方法及理化性质实验分析,系统研究了洛川塬面耕地及持续利用20～60年苹果园的土壤组成成分、土壤性质与土壤微形态特征,探讨了耕地转变为苹果园以及苹果园持续利用对土壤功能和土壤质量的演变规律,揭示了土地利用方式变化、土地利用时间变化与土壤组成、结构、性质与功能演变的耦合关系,为黄土高原地区土地资源的合理利用以及社会、经济与生态环境的可持续发展提供科学依据。本研究获得以下结论与结果:(1)耕地转变为苹果园后,土壤剖面构型由典型耕地土壤剖面构型(Ap/(Ap1-Ap2)-Bc-A-Ck-C)转变为典型苹果园土壤剖面构型(AB-Bc-A-Ck-C)。(2)土地利用变化对土壤理化性质影响显著,不同土层深度和不同利用年限变化趋势不同。耕地转变为苹果园后,在0-20cm 土层中,土壤粘粒含量、容重、含水量显著升高,土壤总孔隙度、磁化率、CaCO3含量显著降低;在20-40cm 土层中,总孔隙度显著升高;土壤容重、磁化率、pH显著降低;在40-60cm 土层中,土壤容重、磁化率显著降低;在60-80cm 土层中,土壤CaCO3含量显著升高;在80-100cm 土层中,土壤性质大多没有显著变化。在0～60a范围内,随着苹果园利用年限的延长,土壤容重增加,土壤粘粒、含水量呈现先增加再降低的趋势,在40a(个别为20a)时达到最大值;而土壤磁化率、总孔隙度和CaCO3呈现显著降低趋势。(3)土地利用变化引起土壤养分变化显著。耕地转变为苹果园后,在0-20cm土层中,土壤有机质及全氮、全磷、全钾、速效钾含量显著升高;土壤速效磷含量显著降低;在20-40cm 土层中,土壤有机质、全氮、全磷显著升高,而土壤全钾和速效磷含量显著降低;在40-60cm 土层中,土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮含量显著升高;而土壤全钾、速效磷含量显著降低;在60-80cm 土层中,土壤有机质、全磷、碱解氮含量显著升高,而土壤全钾、速效磷显著降低;在80-100cm土层,土壤养分含量大多没有显著变化。在0～60a范围内,随着苹果园利用年限的延长,土壤有机质、全氮、全磷、速效磷、速效钾含量呈现先增加再降低的趋势,在40a(个别为20a)时达到最大值,而土壤全钾、碱解氮含量没有显著变化。(4)土地利用变化使土壤组成成分变化明显。耕地转变为苹果园后,在0-20cm土层中,土壤常量元素SiO2、Al2O3、Fe2O3及微量元素Mn、Cu、As、Co、Zn、Pb含量显著升高,而MgO、CaO、Na2O、Cr含量显著降低;在20-40cm 土层中,只有常量元素Fe2O3、Na2O显著升高;在40-60cm 土层中,CaO、Na2O含量显著升高,而 SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、Mn、Cr、Ni、Cu、Co 和 V 含量显著降低;在 60-80cm 土层,CaO 含量显著升高,而 SiO2、Fe2O3、MgO、Mn、Cr 和 Cu 含量显著降低;在80-100cm 土层,绝大多数土壤元素含量没有显著变化。在0～60a范围内,随着苹果园利用年限的延长,土壤元素含量没有显著变化。(5)土地利用变化对土壤微形态影响显著,而且不同土层之间存在差异。在0-20cm 土层中,耕地转变为苹果园后,由个体较小的团粒状团聚体变为大小不等的多级团聚体,土壤孔隙变大,孔壁较光滑,表明苹果园土壤较耕地受到人为扰动较少,有利于较大土壤团聚体和较大孔隙发育;在0～60a范围内,土壤孔隙大小及≥10μm孔隙率等土壤孔隙形态随着苹果园利用年限的延长呈先增加后减小的趋势,多在40a时达最大;≥10μm 土壤粗颗粒形态变小变圆趋势降低;粘土含量、次生方解石、腐殖质凝团、碳化物质及动物粪粒明显增加。在20-40cm 土层中,耕地转变为苹果园后,球形土壤团聚体非常发育,≥10μm孔隙率、孔壁光滑度、孔径显著提高;土壤粗颗粒圆度降低,而C/F10μm值升高;粘土含量、方解石晶体增加,分解半分解植物残体、黑色碳化物质、土壤动物粪粒明显增加。在0～60a范围内,随着苹果园利用年限的延长,上述土壤微形态参数呈先增加后减小的趋势,多在40a时最大。在40-80cm 土层中,耕地转变为苹果园后,土壤团聚体增加,孔隙圆度、孔壁光滑度显著提高;粘土含量增加,次生方解石增多;但是随着苹果园利用年限的增加,白色次生碳酸盐含量增加;土壤孔隙形态及土壤粗颗粒形态变化规律不明显或没有显著变化。在80-100cm 土层中,土壤团聚体、土壤孔隙、土壤粗颗粒和土壤形成物没有显著变化,而且随着果园利用年限延长也没有显著差异。(6)耕地转变为苹果园后,土壤生产与生态功能明显增强,土壤质量显著提高。土壤生产功能指数主要在0-20cm 土层分别显著提高(38.44%);土壤生态功能指数在各土层中均显著提高。在0～60a范围内,随着苹果园利用年限的延长,土壤生产与生态功能指数呈现先升高再降低的趋势,在40a时最强。耕地转变为苹果园后,土壤质量指数(SQI)在0-40cm 土层中升高14.53%;在0～60a范围内,随着苹果园利用年限的延长,SQI呈先升高再降低的趋势,在40a时为最大值,60a时为最小值,即40a苹果园土壤质量最好,60a土壤质量最差。耕地和苹果园土壤受自然条件和人类活动共同影响,但人类活动在其发育过程中起主导作用。耕地转为苹果园后,人类活动对土壤的影响过程发生了显著变化:由耕、翻、犁、耙等农作物种植活动变为果树栽培和管理行为,植被类型从草本类植物(玉米、小麦等)变为木本类植物(苹果树),植物对土壤的影响深度从35cm增加到约80cm,20-35cm之间的较紧实的犁底层(Ap2)被逐渐破坏,生产中频繁的周期性喷洒农药以及化肥从施于地表0-20cm 土层变为施于地下20-35cm位置,而且施肥量不同,耕作土壤的成土过程逐渐被苹果园土壤的成土过程所替代。这些变化使土壤结构显著改变,导致土壤中组成物质的赋存形式、迁移转化过程、堆积空间位置发生变化,结果引起土壤性质分异,从而导致土壤功能的演变;而苹果园持续利用时间越长其分异程度呈增强趋势。