混凝土殘渣對深圳城市綠地土壤酸堿緩沖性能的影響

宋郭柳 鄭利錦 史正軍

摘要為探明混凝土殘渣對深圳綠地土壤酸堿緩沖性能的影響，以5個受混凝土殘渣污染的綠地土壤為研究對象，自然土壤為對照，采用酸堿滴定法進(jìn)行分析。結(jié)果表明，污染土壤pH在7.50～8.48，屬于中性和堿性土，而對照土壤屬于酸性土。圍嶺公園土壤（對照）有機(jī)質(zhì)含量與污染土壤間的差異均達(dá)到顯著水平（P<0.05）。土壤速效鉀含量以怡景路最高（156.03 g/kg），是對照的3.27倍（羅芳山）和12.30倍（圍嶺公園）;有效磷含量則以愛國路土壤最高。污染土壤的電導(dǎo)率均顯著高于對照，以筆架山公園土壤最高。此外，所有綠地土壤的酸堿緩沖曲線均呈反S形，污染土壤的酸堿緩沖容量高于對照，具體表現(xiàn)為怡景路>兒童公園>愛國路>東湖公園>筆架山公園>圍嶺公園>羅芳山。污染土壤對酸堿的敏感性均較低，而對照土壤對酸堿非常敏感。相關(guān)性分析表明，pH是影響土壤酸堿緩沖能力的關(guān)鍵因素，隨著pH增加，土壤酸堿緩沖能力隨之增加。

關(guān)鍵詞城市綠地;混凝土殘渣;理化性質(zhì);酸堿緩沖容量

中圖分類號X171.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2020）15-0089-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.15.025

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Effects of Concrete Residue on Acidbase Buffer Capacity of Green Soils in Shenzhen City

SONG Guoliu1，ZHENG Lijin1， SHI Zhengjun2

（1. Shenzhen Wanhuiyuan Landscape Engineering Co.，Ltd.， Shenzhen，Guangdong 518042;2. Fairy Lake Botanical Garden， Shenzhen & Chinese Academy of Sciences， Shenzhen，Guangdong 518004）

AbstractTo determine the effects of concrete residue on acidbase buffer of green soils in Shenzhen City， this study took five green soils polluted by concrete residue as the research samples and natural soils as the control， the acidbase titration determination was used to analyze soil samples. The results showed that the pH of polluted soil was 7.50 - 8.48， which belonged to neutral and alkaline soil， while the control soils belonged to acid soil. There were significant differences in organic matter content between Weiling park soil （control） and polluted soils （P<0.05）. The content of soil available potassium in Yijing Road was the highest （156.03 g/kg）， which was 3.27 times higher than that of the control （Luofang Mountain） and 12.30 times （Weiling Park）， and available phosphorus content of Aiguo Road soil was the highest. The electrical conductivity of polluted soils were significantly higher than that of the control， and the Bijiashan Park soil was the highest. In addition， the acidbase buffering curves of all green soils were antiSshaped， the acidbase buffering capacity of polluted soils were higher than that of the control. The specific performance was as follows： Yijing Road>Children's Park>Aiguo Road>East Lake Park>Bijiashan Park>Weiling Park>Luofang Mountain. The sensitivity of polluted soils to acidbase were low， while control soils were extraordinarily sensitive to acidbase. Correlation analysis showed that the pH was the key factor affecting soil acidbase buffering capacity， and the soil acidbase buffering capacity increased with the increase of pH.

Key wordsUrban green land;Concrete residue;Physicochemical properties;Acidbase buffer capacity

基金項目深圳市科技計劃技術(shù)攻關(guān)項目（JSGG20170824090848015）;深圳市城管科研項目（201915）。

作者簡介宋郭柳（1980—），男，廣東梅州人，工程師，從事生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究。*通信作者，教授級高級工程師，博士，從事土壤肥力與生態(tài)環(huán)境研究。

收稿日期2020-01-19

土壤酸堿性（pH）是在土壤形成過程中受氣候、生物、母質(zhì)以及人為因素等綜合作用所產(chǎn)生的屬性，其變化會強(qiáng)烈影響地下生物群落、植物生長以及生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和功能性[1-2]。土壤酸化會導(dǎo)致微生物生物量、真菌細(xì)菌比值和微生物活性降低[3]，而土壤酸化程度主要取決于土壤pH、酸輸入量和土壤對酸堿的緩沖能力。綠地土壤是現(xiàn)代化城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要調(diào)節(jié)者，在城市生態(tài)系統(tǒng)中起著不可替代的作用[4]。然而隨著城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，高樓大廈及道路建設(shè)劇增，產(chǎn)生了大量的混凝土殘渣，一部分直接混進(jìn)土壤中，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分缺乏，質(zhì)量下降[5-6]。前人研究表明，土壤中的磚塊和建筑垃圾等外來材料會導(dǎo)致土壤pH升高[7]，因此探究城市混凝土殘渣對土壤酸堿緩沖性能的影響具有重要意義。

土壤酸堿緩沖性能是土壤質(zhì)量評價體系中的重要因子，也是預(yù)測和調(diào)控土壤酸化的定量依據(jù)，一般用酸堿緩沖容量表示[8]。緩沖容量越大，就越能穩(wěn)定土壤酸堿環(huán)境，有利于維持土壤生態(tài)功能，為植物生長創(chuàng)造穩(wěn)定的土壤生態(tài)條件[9]。胡波等[10]研究表明，在pH>3.0時，不同土壤酸堿緩沖能力差異較大，4種森林土壤平均緩沖能力從大到小依次為灌木林、常綠闊葉林、針闊葉混交林、毛竹林，且同一林分表層土壤酸堿緩沖能力大于下層土壤。井玉丹等[11]研究發(fā)現(xiàn)，土壤中有機(jī)質(zhì)含量、陽離子交換量、黏粒含量等因素起主要的緩沖作用，膠園土壤酸堿緩沖容量均較小。目前，關(guān)于土壤酸堿緩沖性能的研究多集中在農(nóng)田和森林土壤，而對城市綠地研究較少。因此，該研究以深圳市受混凝土殘渣污染的綠地土壤為研究對象，以自然綠地土壤為對照，探究混凝土殘渣對綠地土壤酸堿緩沖性能的影響，以期為城市綠地合理利用和改良提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

深圳市位于113°46′～114°37′E、22°27′～22°52′N，屬于亞熱帶海洋性氣候。由于深受季風(fēng)的影響，夏季高溫多雨，年均氣溫22.4 ℃，年降雨量1 933.3 mm，年均日照時數(shù)2 120.5 h，無霜期355 d。成土母巖主要是花崗巖和頁巖，主要地帶性土壤為赤紅壤，該類土壤一般呈酸性，pH在4.5～5.5，有機(jī)質(zhì)和有效磷含量較低。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，原生植被被破壞，轉(zhuǎn)化為人工林、城市公園綠地和建筑用地等。2004年全市綠化覆蓋面積980.60 km2，建成區(qū)綠化覆蓋率為45%。

1.2土壤樣品采集

供試土壤采自深圳市市區(qū)具有代表性的公園、道路、山地綠地土壤。其中，怡景路、愛國路采樣點(diǎn)位為道路隔離帶地被植物綠地;兒童公園、東湖公園、筆架山公園采樣點(diǎn)為主園路旁灌木花池。以上樣點(diǎn)共同特征為種植土均為客土回填，且含有大量筑路混凝土殘渣。同時，在圍嶺公園、羅芳山公園、翠竹公園選擇未受混凝土殘渣等固體污染物影響的山坡灌木綠地原有土壤。具體采樣方法為：在每個地點(diǎn)隨機(jī)選取5～8個采樣點(diǎn)，用土鉆采集0～20 cm的土壤樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室。將每個地點(diǎn)的土壤樣品混合，形成一個復(fù)合樣品，去除可見的巖石、大根系和粗植物材料。以上樣品均風(fēng)干磨細(xì)，過20目篩，裝瓶，備用。

1.3指標(biāo)測定及方法

土壤基本理化性質(zhì)采用魯如坤[12]的方法測定。具體如下：土壤pH和電導(dǎo)率（EC）采用pHS-3C 型數(shù)字式酸度計測定;有機(jī)質(zhì)（SOM）采用重鉻酸鉀氧化法測定;速效鉀（AK）采用醋酸銨浸提-火焰光度法測定;有效磷采用0.03 mol/L NH?4F-0.025 mol/L HCl浸提-鉬銻鈧比色法測定。

土壤酸堿緩沖能力測定：分別取11只玻璃燒杯（50 mL），依次編號，每只燒杯中稱取4.00 g土壤樣品，在1～5號燒杯中依次加入0.5、1.0、20、3.0、4.0 mL已標(biāo)定的0.1 mol/LHCl溶液，在7～11號燒杯中依次加入0.5、1.0、20、3.0、4.0 mL已標(biāo)定的0.1 mol/L NaOH溶液，6號燒杯中不加酸堿。然后向每個燒杯中加入無CO?2蒸餾水，使各燒杯中總體積達(dá)20 mL（5∶1水土比浸提），同時做僅加去離子水的空白處理。土壤懸液搖勻，放置72 h，期間每天往復(fù)搖勻3～4次。最后一次搖動后，靜止2 h，用pHs-3C型pH計測定pH。

1.4數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)用Excel 2013處理，SPSS 20.0進(jìn)行方差分析和顯著性分析，Excel 2013和Origin 9.0作圖。試驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，采用單因素方差分析（one-way ANOVA），多重比較采用Duncan法，且P<0.05被認(rèn)為具有統(tǒng)計學(xué)意義。

土壤酸堿緩沖容量計算參照成杰民等[13]的方法。

以酸堿加入量為橫坐標(biāo)、pH為縱坐標(biāo)繪制滴定曲線。在線性條件成立的情況下，土壤酸堿緩沖容量（pHBC）即為滴定曲線斜率絕對值的倒數(shù)，即pHBC=1/|a|。

根據(jù)土壤酸堿緩沖容量的大小可對土壤酸敏感性進(jìn)行分級。具體為：Ⅰ級，緩沖容量<10 mmol/kg，對酸最敏感，極易受酸害;Ⅱ 級，緩沖容量10～20 mmol/kg，對酸敏感，易受酸害;Ⅲ級，緩沖容量20～40 mmol/kg，對酸稍敏感，稍易受酸害;Ⅳ級，緩沖容量≥40 mmol/kg，對酸不敏感，不易受酸害[14]。

2結(jié)果與分析

2.1城市混凝土殘渣對綠地土壤理化性質(zhì)的影響

由表1可知，幾種綠地土壤的理化性質(zhì)差異明顯。其中，未受污染土壤屬于酸性土;受城市混凝土殘渣影響的土壤pH在7.50～8.48，屬于中性和堿性土。土壤有機(jī)質(zhì)含量以對照（羅芳山和圍嶺公園）土壤較高（19.71和16.16 g/kg），其中，圍嶺公園土壤與5種污染土壤間的差異均達(dá)到顯著水平（P<005）。土壤速效鉀含量以怡景路最高（156.03 g/kg），是對照的3.27倍（羅芳山）和12.30倍（圍嶺公園）。此外，土壤有效磷含量從大到小依次為愛國路、圍嶺公園、羅芳山、東湖公園、怡景路、筆架山公園、兒童公園。污染土壤的電導(dǎo)率均顯著高于對照，以筆架山公園土壤最高（0.31 ms/cm），怡景路和愛國路土壤最低（0.11 ms/cm）。

2.2城市混凝土殘渣對綠地土壤酸堿緩沖曲線的影響

土壤酸緩沖曲線直觀地反映了加入不同量的酸堿后土壤pH變化。緩沖曲線越平緩，斜率越小，則表明土壤對酸堿沉降的緩沖能力越強(qiáng)。由圖1可知，對照和受污染綠地土壤的酸堿緩沖曲線均呈反S形，但對照土壤的斜率明顯大于污染土壤，說明污染土壤的酸堿緩沖能力更強(qiáng)。污染土壤酸堿緩沖能力從大到小依次為兒童公園、愛國路、怡景路、筆架山公園、東湖公園;對照土壤中，羅芳山土壤酸堿緩沖能力大于圍嶺公園。當(dāng)pH在5.5～9.0時，污染土壤的酸堿緩沖能力較差;當(dāng)pH在2.0～8.5時，對照土壤的緩沖能力較差。

2.3城市混凝土殘渣對綠地土壤酸堿緩沖容量的影響

土壤酸堿緩沖容量是指土壤溶液改變一個單位pH所需酸或堿的量。從圖1可以看出，對照土壤和污染土壤分別在pH 2.5～7.0和7.0 ～8.5近似為直線，將2種土壤在各自斜率相近的部分進(jìn)行局部直線擬合計算并判斷其酸敏感性。由表2可知，污染土壤的酸堿緩沖容量高于對照，從大到小依次為怡景路、兒童公園、愛國路、東湖公園、筆架山公園、圍嶺公園、羅芳山。相應(yīng)地，對照土壤的酸堿敏感性較高，而污染土壤較低。具體而言，怡景路、愛國路和兒童公園土壤對酸堿不敏感，而東湖公園和筆架山公園土壤對酸堿稍敏感。

2.4綠地土壤酸堿緩沖能力的影響因素

由表3可知，土壤酸堿緩沖容量僅與pH呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01），與其他理化性質(zhì)間的關(guān)系均未達(dá)到顯著水平;有機(jī)質(zhì)與有效磷呈正相關(guān)，與其他呈負(fù)相關(guān)。

3討論

隨著城市化的推進(jìn)，大量混凝土殘渣產(chǎn)生，其中一部分客土回填，發(fā)生一系列物理、化學(xué)和生物反應(yīng)，造成綠地土壤污染，從而降低了土壤質(zhì)量。在該研究中，對照土壤屬于酸性土，受城市混凝土殘渣影響的土壤屬于中性和堿性土，這與Alexandrovskaya等[7]的研究結(jié)果一致。該研究的供試土壤均為赤紅壤，成土母質(zhì)為花崗巖，酸化程度較高。由于城市混凝土殘渣多為堿性，摻入綠地土壤后引起鈣釋放，pH顯著增加，存在明顯堿化的趨勢，這在武漢[15]、上海[16]和廣州[17]等城市園林土壤上也有所體現(xiàn)。此外，土壤有機(jī)質(zhì)含量以對照土壤較高，污染土壤均較低。其中，圍嶺公園土壤與5種污染土壤間的差異均達(dá)到顯著水平（P<0.05）。類似地，其他研究發(fā)現(xiàn)，城市表層土和城市道路土壤有機(jī)質(zhì)往往供應(yīng)不足，而有機(jī)成分的缺乏具有不利的理化效應(yīng)[18]。一方面，有機(jī)質(zhì)作為關(guān)鍵的團(tuán)聚體，在土壤結(jié)構(gòu)的形成和維護(hù)中起著重要作用[19];另一方面，有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的有機(jī)酸可以活化固定態(tài)養(yǎng)分，增加土壤養(yǎng)分有效性[20]，這也解釋了污染土壤中速效鉀和有效磷較低的原因。

Nelson等[21]研究發(fā)現(xiàn)，不同酸度條件下土壤對酸的緩沖能力不同，這與該研究結(jié)論一致。在該研究中，對照土壤酸堿滴定曲線在pH 2.5處出現(xiàn)拐點(diǎn)，污染土壤在pH 7.0處發(fā)生突變，且對照土壤的酸堿緩沖容量遠(yuǎn)小于污染土壤，這主要是因?yàn)?種土壤的緩沖機(jī)制存在差異。加入酸后，污染土壤（堿性土）主要通過碳酸鹽中和，而對照土壤（酸性土）主要通過離子交換和吸附作用起緩沖作用;加入堿后，污染土壤主要通過陰離子交換或有機(jī)官能團(tuán)起緩沖作用，而對照土壤仍然通過離子交換或電離等機(jī)制中和外源性堿[9]。除此之外，相關(guān)性研究表明，土壤酸堿緩沖能力僅與pH呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與其他理化性質(zhì)間的關(guān)系均未達(dá)到顯著水平，這與蔣勝軍等[22]的研究結(jié)論存在差異，說明土壤類型和研究區(qū)域?qū)ν寥浪釅A緩沖性能影響顯著。因此，未來的研究應(yīng)著眼于特定區(qū)域不同土壤條件下的酸堿緩沖能力和機(jī)制。

4結(jié)論

污染土壤屬于中性和堿性土，有機(jī)質(zhì)、電導(dǎo)率、速效鉀和有效磷含量與對照土壤間的差異均達(dá)到顯著水平。所有綠地土壤的酸堿緩沖曲線均呈反S形，污染土壤的酸堿緩沖容量高于對照，對酸堿的敏感性較低。此外，pH是影響土壤酸堿緩沖能力的關(guān)鍵因素，隨著pH增加，土壤酸堿緩沖能力隨之增加。

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