公路建設(shè)對(duì)其周邊土壤理化性質(zhì)的影響

董煒華，韓德復(fù)，李沁枚，胡發(fā)財(cái)，張麗媛

(1.長(zhǎng)春師范大學(xué)科研處，吉林長(zhǎng)春130032;2.長(zhǎng)春師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130032;3.長(zhǎng)春師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130032)

隨著我國(guó)高速公路建設(shè)規(guī)模的快速增長(zhǎng)，公路沿線(xiàn)土壤環(huán)境受到較大的影響。近年來(lái)，有關(guān)高速公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的生態(tài)影響主要集中在對(duì)公路沿線(xiàn)植被、動(dòng)物分布的影響，目前已有對(duì)公路建設(shè)形成的裸露邊坡的植被恢復(fù)、對(duì)周邊地區(qū)土壤肥力的影響等方面的研究［1－3］。本文在綜合已有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析公路的建設(shè)對(duì)土壤不同理化性質(zhì)(pH值、孔隙、容重和土壤質(zhì)地)和營(yíng)養(yǎng)元素(有機(jī)質(zhì)、N、P和K)等影響，為科學(xué)合理地協(xié)調(diào)高速公路建設(shè)和土壤資源保護(hù)之間的矛盾，保證地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保護(hù)我們賴(lài)以生存的自然環(huán)境提供理論參考。

1 公路的建設(shè)對(duì)土壤不同理化指標(biāo)的影響

由于公路建設(shè)，大量成片林業(yè)、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)土壤被占用，土壤受人為活動(dòng)長(zhǎng)期持續(xù)擾動(dòng)，同時(shí)伴隨大量人工土體的無(wú)序侵入，擾亂公路沿線(xiàn)土壤的發(fā)育層次和土體構(gòu)型，破壞土壤原有的表土層，土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和腐殖質(zhì)層發(fā)生變化［2－6］。公路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，車(chē)輛排放尾氣的長(zhǎng)期累積，土壤物理結(jié)構(gòu)改變，土壤顆粒重新排列，土壤孔隙和容重發(fā)生變化，土壤趨于厭氧環(huán)境，土壤中的養(yǎng)分有效性降低。

土壤孔隙度指土壤中孔隙占土壤總體積的百分率?？紫兜亩嗌訇P(guān)系著土壤的透水性、透氣性、導(dǎo)熱性和緊實(shí)度。土壤中各種形狀不同粗細(xì)土粒集合和排列成固相骨架，骨架內(nèi)部有寬狹和形狀不同的孔隙，構(gòu)成復(fù)雜的孔隙系統(tǒng)。水和空氣共存并充滿(mǎn)于土壤孔隙系統(tǒng)中。因此，土壤孔隙度影響土壤的通氣狀況、氧氣含量以及氧化還原過(guò)程，進(jìn)而影響土壤中養(yǎng)分存在狀態(tài)及轉(zhuǎn)化速率。當(dāng)充氣孔隙小于10%時(shí)，土壤中的生物數(shù)量、種類(lèi)會(huì)減少，會(huì)影響植物的正常生長(zhǎng)。土壤經(jīng)常處于板結(jié)狀態(tài)，微生物的活動(dòng)就會(huì)受阻，不利于微生物和動(dòng)物的繁殖及對(duì)土壤的有益改造［7］。另外，土壤孔隙度關(guān)系到土壤中水分的運(yùn)動(dòng)，植物生長(zhǎng)需要大量的水分，地下的水分主要通過(guò)土壤毛細(xì)管運(yùn)輸?shù)街参锏母俊Ｍ寥揽紫抖茸兓瘜?duì)水分的運(yùn)輸產(chǎn)生不利的影響，必然引起土壤性質(zhì)的變化。

土壤質(zhì)地是指土壤中不同大小直徑的礦物顆粒的組合狀況，是土壤物理性質(zhì)之一。土壤質(zhì)地與土壤通氣、保肥、保水狀況及耕作的難易有密切關(guān)系。土壤質(zhì)地一般分為粘土、壤土和砂土三類(lèi)，其類(lèi)別和特點(diǎn)主要是繼承了成土母質(zhì)的類(lèi)型和特點(diǎn)，又受到耕作、施肥、排灌、平整土地等人為因素的影響，是土壤的一種十分穩(wěn)定的自然屬性，對(duì)土壤肥力有很大影響。土壤質(zhì)地越粘，保水保肥能力越好，土壤肥力越好;質(zhì)地越砂，漏水漏肥嚴(yán)重，肥力越差。土壤質(zhì)地對(duì)植物根系生長(zhǎng)分布和根系活力有重要影響。由于公路修建及運(yùn)營(yíng)，沿線(xiàn)周邊土壤發(fā)生擾動(dòng)和人類(lèi)活動(dòng)干擾，土壤的粘粒、粉砂和砂粒等組成比例發(fā)生明顯變化。人工土壤的無(wú)序侵入，使得土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量趨于下降，隨著距離公路的遠(yuǎn)近發(fā)生變化，變化規(guī)律不盡相同。已有的研究發(fā)現(xiàn)，由于不同研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、土壤母質(zhì)、氣候、微地形、植被類(lèi)型和恢復(fù)時(shí)間等差異，各研究地點(diǎn)土壤理化性質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素的變化規(guī)律存在差異［8－10］。

土壤酸堿度對(duì)土壤養(yǎng)分的有效性、土壤肥力及植物生長(zhǎng)影響很大。對(duì)公路修建及運(yùn)營(yíng)后周邊土壤pH值進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，有些公路周邊土壤pH值有所下降是因?yàn)楣返倪\(yùn)營(yíng)，大量汽車(chē)尾氣等酸性氣體長(zhǎng)期累積于公路兩側(cè)。公路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，降水較多的濕潤(rùn)地區(qū)，路面的水分外流后大多匯集到公路兩側(cè)地勢(shì)較低處，而水中溶解了大量汽車(chē)尾氣等酸性氣體，導(dǎo)致土壤pH值下降，這種現(xiàn)象在公路運(yùn)營(yíng)的初期的有些地方還不易觀測(cè)到。與之相反，還有些降落較少的干旱地區(qū)，由于公路的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)，使得周邊地區(qū)土壤的蒸騰作用增加，底層土壤中的鹽分上返到土壤表層，造成pH值上升［8－10］。Keydoszius等學(xué)者對(duì)阿拉斯加州北部道爾頓公路周邊森林內(nèi)土壤進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，距離公路越遠(yuǎn)，土壤pH值和容重減小，土壤水分和養(yǎng)分的變化規(guī)律相反，土層厚度變化規(guī)律不明顯，這和公路建設(shè)對(duì)周邊土層的破壞、公路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的塵土以及公路周邊新生的植被類(lèi)型等因素的影響有關(guān)［11］。

2 公路的建設(shè)對(duì)土壤中不同營(yíng)養(yǎng)元素的影響

公路修建過(guò)程中大規(guī)模的機(jī)械開(kāi)挖、開(kāi)山取石、翻動(dòng)、取土和植被鏟除等活動(dòng)會(huì)改變周邊土壤原有土體的自然結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞、土壤密度增大、土壤水分減少、土壤中的有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)養(yǎng)分大量流失以及土壤養(yǎng)分貧乏、生產(chǎn)能力降低等。公路修建后，裸露出土壤質(zhì)量較差的土層自然恢復(fù)需要很長(zhǎng)時(shí)間，距公路較遠(yuǎn)處受到的擾動(dòng)相對(duì)較小，主要為施工臨時(shí)便道等輕微的干擾［11－12］。公路建設(shè)最主要的生態(tài)影響之一為土壤質(zhì)量退化和土壤污染。

交通工具的行駛、公路維護(hù)以及運(yùn)輸材料的散落等，導(dǎo)致公路兩側(cè)土壤的性質(zhì)及其中的化學(xué)成分組成等與周邊背景地區(qū)產(chǎn)生顯著差異。公路運(yùn)營(yíng)過(guò)程期間，滴漏的汽油、機(jī)油、被剝蝕的瀝青等有機(jī)污染物沿路表進(jìn)入沿線(xiàn)的水體及土壤，會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)及土質(zhì)造成一定程度的污染。另外，像重金屬Pb、Zn、Mn、Cr等污染物不但在公路附近聚集，而且還向遠(yuǎn)處遷移。公路建設(shè)及車(chē)輛產(chǎn)生的污染影響范圍波及周邊地區(qū)。這些污染物質(zhì)在動(dòng)植物組織中聚集，威脅著動(dòng)植物的繁殖和生存，并通過(guò)食物鏈影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)［13］。

公路建設(shè)對(duì)周邊土壤質(zhì)量有較大的影響。距離公路的遠(yuǎn)近變化，受人為活動(dòng)影響的程度逐漸發(fā)生變化，土壤各營(yíng)養(yǎng)元素也發(fā)生不同程度的變化，但不同元素的變化規(guī)律不盡相同。許多高速公路周邊土壤有機(jī)質(zhì)不足、普遍缺氮、嚴(yán)重缺磷，部分缺鉀。氮、磷、鉀比例嚴(yán)重失調(diào)。公路周邊土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀表現(xiàn)出距公路距離的增加而增加，在距離公路最近處出現(xiàn)最小值［8，14］。土壤有機(jī)質(zhì)與水穩(wěn)性團(tuán)聚體分形維數(shù)相關(guān)性比較顯著，其他土壤理化性質(zhì)與水穩(wěn)性團(tuán)聚體分形維數(shù)相關(guān)性較明顯，說(shuō)明可以用水穩(wěn)性團(tuán)聚體表征土壤肥力的高低，此結(jié)論可應(yīng)用到公路路域土壤質(zhì)量、肥力等方面的研究中［8］。

云南省不同路段公路路域土壤全磷、有效磷和全鉀的變化規(guī)律并不相同，其中大麗段土壤質(zhì)量在距離公路最近處是最大值，距離公路越遠(yuǎn)，值越小。大保和保龍段在靠近公路處出現(xiàn)最小值，土壤的營(yíng)養(yǎng)元素含量隨著距公路距離的增加而增加［8］。莫斯科公路周邊土壤與周邊背景地區(qū)自然土壤相比較，磷具有較明顯在公路邊富集特征，磷素供給達(dá)到較高水平，有效磷含量超過(guò)植物的需求［8］。我國(guó)華南地區(qū)降雨豐富，土壤呈酸性，引起土壤缺磷較嚴(yán)重。從對(duì)新建高速公路邊坡土壤磷素含量測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，公路邊坡土壤缺磷比較嚴(yán)重，不利于以根系固土護(hù)坡為主要功能的邊坡植被根系的生長(zhǎng)。因此，在進(jìn)行公路周邊客土改良的時(shí)候，特別要注意磷素的補(bǔ)充［10］。

公路旁受損土壤肥力逐漸恢復(fù)，人工干擾能夠加速其演化進(jìn)程。公路建設(shè)對(duì)土壤肥力影響受植被恢復(fù)時(shí)間和公路建設(shè)時(shí)間等因素的制約，研究表明種植不同植被對(duì)土壤肥力的恢復(fù)進(jìn)度影響不同［12］。對(duì)廣東省多條高速公路邊坡多點(diǎn)取樣，進(jìn)行土壤肥力測(cè)定，其結(jié)果為多數(shù)高速公路邊坡土壤存在pH值過(guò)低，酸性過(guò)強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)含量低，磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素缺乏等特點(diǎn)。針對(duì)以上特點(diǎn)，在高速公路周邊土壤恢復(fù)的過(guò)程中應(yīng)加施有機(jī)肥，以氮肥為主，磷、鉀為輔，鈣、鎂適當(dāng)添加，平衡施肥，使養(yǎng)分供給長(zhǎng)效和穩(wěn)定［10］。

公路的建設(shè)為一些外來(lái)物種提供了通道，這些物種由人類(lèi)、動(dòng)物、交通工具、風(fēng)力等各種原因帶入，大量外來(lái)物種的生存、繁衍和定殖，改善了公路附近的土壤質(zhì)量。人工土壤受公路建設(shè)的影響與自然土壤有差別。土壤養(yǎng)分質(zhì)量越高，受公路建設(shè)影響越大［14］。

3 結(jié)語(yǔ)

公路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)對(duì)周邊地區(qū)土壤肥力和理化性質(zhì)產(chǎn)生重要影響，不同地區(qū)的變化規(guī)律并不相同。為了更準(zhǔn)確地研究公路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)對(duì)土壤肥力的影響，應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)期的定位監(jiān)測(cè)研究，深入研究高速公路建筑材料或工程措施對(duì)周邊土壤理化性質(zhì)、土壤肥力等方面產(chǎn)生的直接影響，進(jìn)而規(guī)避或減少這些材料或工程措施對(duì)周邊土壤肥力的不利影響，提高裸露邊坡土壤自然恢復(fù)肥力和植被的能力，在公路建設(shè)和營(yíng)運(yùn)期應(yīng)加強(qiáng)管理，將公路建設(shè)的不利影響縮減到最小［15］。

［1］Mahalinga － Lyer U，Williams D J.Properties and performance of lateriric soil in road pavement［J］.Engineering Geology，1997(46):71－80.

［2］史東梅.高速公路建設(shè)中侵蝕環(huán)境及水土流失特征的研究［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2006，20(2):5－9.

［3］劉世梁，傅伯杰，呂一河.坡面土地利用方式與景觀位置對(duì)土壤質(zhì)量的影響［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，23(3):414－420.

［4］舒建英，張世熔，孫波.江西興國(guó)水土流失區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)動(dòng)態(tài)變化［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25(6):1240－1246.

［5］Hamza M A，Anderson W K.Soil compaction in cropping systems.A review of the nature，causes and possible solutions［J］.Soil and Tillage Research，2005(82):121 －145.

［6］余海龍，顧衛(wèi)，姜偉，等.高速公路路域土壤質(zhì)量退化演變的研究［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2006，20(4):195－197.

［7］楊曉娟，李春儉.機(jī)械壓實(shí)對(duì)土壤質(zhì)量、作物生長(zhǎng)、土壤生物及環(huán)境的影響［J］.中國(guó)農(nóng)林科學(xué)，2008，41(7):2009－2010.

［8］趙淑青，崔保山，高麗娜，等.縱向嶺谷區(qū)公路建設(shè)對(duì)沿線(xiàn)地區(qū)土壤質(zhì)量的影響［J］.科學(xué)通報(bào)，2007，52(2):169－170.

［9］祝遵凌，高明生，胡海波，等.高速公路建設(shè)及運(yùn)營(yíng)對(duì)沿線(xiàn)濕地土壤性質(zhì)的影響［J］.中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29(5):124.

［10］陳友光，陳振雄，柯玉詩(shī)，等.廣東地區(qū)高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)的土壤肥力調(diào)查與改良對(duì)策［J］.公路，2008(6):202－203.

［11］Keydoszius J R，Cox Jr S K，Haque M B，et al.Historical land use and soil analysis guiding corridor landscape design［J］.Urban Eosyst，2007，10(1):53 －72.

［12］徐廣彬.公路建設(shè)對(duì)生態(tài)影響及植被恢復(fù)評(píng)價(jià)技術(shù)研究［D］.長(zhǎng)春:吉林大學(xué)，2011.5－78.

［13］江源，顧衛(wèi)，陶巖，等.道路生態(tài)影響與公路邊坡植被恢復(fù)生態(tài)研究［M］.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2011:33.

［14］趙劍強(qiáng).公路交通與環(huán)境保護(hù)［M］.北京:人民交通出版社，2002:34－39.

［15］蔣海燕，劉敏，黃沈發(fā)，等.國(guó)內(nèi)土壤污染修復(fù)技術(shù)現(xiàn)狀分析［J］.安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2004，4(5):167－170.