不同使用功能區(qū)土壤酸堿性的對(duì)比分析研究

雷杰妮，鮑美華，許 濤，李雅倩，楊 梓

（長沙醫(yī)學(xué)院，湖南 長沙 410219）

引言

土壤酸堿性是土壤的基本屬性之一，也是土壤的重要化學(xué)性質(zhì)，主要受氣候、動(dòng)植物、微生物、水文、母質(zhì)等綜合因素的影響［1］，它不僅影響土壤本身的理化性質(zhì)和生物因素，還影響土壤的肥力、土壤養(yǎng)分及有害物質(zhì)的產(chǎn)生，進(jìn)而影響植物的生長發(fā)育、抗病性及農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量［2］。土壤的酸堿度（H+濃度的負(fù)對(duì)數(shù)）是衡量土壤酸堿性強(qiáng)弱的指標(biāo)，用pH值來表示。不同植物對(duì)土壤pH值的要求不同，人類活動(dòng)是造成土壤pH值異常的主要原因[3-4]。不少學(xué)者表明不同的耕種方式對(duì)土壤pH值的影響不同[5]，也有學(xué)者表示汽車尾氣排放出的氮氧化物等造成的酸性干濕沉降物，通過大氣擴(kuò)散或降水淋溶后都將加速土壤pH值的下降[6]。

因此，本文為探究交通因素是否會(huì)直接對(duì)不同使用功能區(qū)的土壤pH值造成影響，選擇長沙市某大學(xué)校園內(nèi)外的林地（紅楓林）、耕地（辣椒和玉米）以及景觀園林（桂花樹）三種地塊，對(duì)靠近公路和遠(yuǎn)離交通區(qū)域等不同位置的土壤進(jìn)行采樣與測(cè)定。將采集的土壤樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析，檢測(cè)其土壤pH值，對(duì)比分析不同使用功能區(qū)及不同地理位置土壤酸堿性的區(qū)別。

1 材料與方法

1.1 地理位置概況

湖南省長沙市地處華中地區(qū)，湖南省東部偏北，湘江下游。地域范圍為：北緯27°51′～28°40′，東經(jīng)111°53′～114°15′，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均溫約17.2 ℃，雨水充沛，河湖密布。長沙市土壤種類多樣，以紅壤、水稻土為主，分別占土壤總面積的70%與25%；其余還有菜園土、潮土、山地黃壤、黃棕壤等，適宜多種農(nóng)作物生長。調(diào)查區(qū)域位于長沙城區(qū)北半部，長沙繞城高速、城市主干道融通區(qū)。本研究在學(xué)校內(nèi)部及外部，遠(yuǎn)離公路和靠近交通（距離公路50 m之內(nèi)）區(qū)域的樹林、耕地以及景觀園林三種不同使用功能區(qū)進(jìn)行樣品采集。

1.2 土壤樣品的采集、處理和貯存

根據(jù)不同功能區(qū)確定取樣單元，耕地和樹林采用“S”型布點(diǎn)法取樣，景觀園林采用“東南西北中”的方式布點(diǎn)采樣，每個(gè)位置按照0～10 cm、10～20 cm兩種深度，采集不同剖面層次的樣品各10個(gè)，共1 kg。將樣本混和均勻放入樣品袋，用簽字筆寫好標(biāo)簽，注明采樣地點(diǎn)、土地使用功能、日期、采樣深度、編號(hào)及采樣人等，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。

將采回的土壤樣品放在樣品盤上，攤成薄薄的一層，置于干凈整潔的室內(nèi)通風(fēng)處自然風(fēng)干，風(fēng)干過程中翻動(dòng)土樣并將大土塊捏碎以加速干燥，同時(shí)剔除雜質(zhì)。將風(fēng)干后的土樣研磨過篩，全部通過2 mm孔徑篩后充分混勻，放入樣品瓶中備用，同時(shí)做好標(biāo)記。

1.3 pH值的測(cè)定儀器及測(cè)定方法

實(shí)驗(yàn)采用梅特勒品牌型號(hào)為FE28-Standard的pH計(jì)。土壤水浸pH的測(cè)定采用電極電位法，依照農(nóng)業(yè)部2006年發(fā)布的《土壤檢測(cè)》第2部分：《土壤 pH 的測(cè)定》（NY/T 1121.2-2006）[7]執(zhí)行。（1）稱取試樣10 g于50 mL燒懷中，加去除CO2的水25 mL（土液比為1：2.5），用磁力攪拌器攪拌1 min，使土粒充分分散，放置30 min后進(jìn)行測(cè)定。（2）將電極插入試樣懸液中，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)燒懷以除去電極的水膜，促使其快速平衡，靜置片刻后按下讀數(shù)開關(guān)，待讀數(shù)穩(wěn)定時(shí)記下pH值。（3）放開讀數(shù)開關(guān)，取出電極，以水洗凈，用濾紙吸干水分后再進(jìn)行第二個(gè)樣品的測(cè)定。其中每個(gè)樣品連續(xù)測(cè)兩次，允許差值0.1個(gè)pH單位，取平均值作為本次實(shí)驗(yàn)的最終數(shù)據(jù)。

1.4 分級(jí)方法

由于現(xiàn)行的環(huán)境質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中沒有土壤的pH值限值，因此根據(jù)表1對(duì)土壤酸堿度進(jìn)行分級(jí)[8]。根據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，此次調(diào)查結(jié)果顯示耕地為強(qiáng)酸性土壤，林地和景觀園林為酸性土壤。

表1 土壤酸堿度分級(jí)

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2007對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

調(diào)查區(qū)域三種不同功能區(qū)的土壤pH值以酸性為主，平均值為5.57，范圍在5.15～6.22之間。具體測(cè)定結(jié)果如表2所示。耕地土壤平均pH值為5.34，范圍在5.15～5.49之間，四個(gè)不同剖面的土壤pH值中，強(qiáng)酸性土壤占比為75%，酸性占比為25%，說明該區(qū)域的耕地土壤以強(qiáng)酸性為主。林地土壤平均pH值為5.51，范圍在5.28～5.72之間，四個(gè)不同剖面的土壤pH值中，強(qiáng)酸性土壤占比為50%，酸性土壤占比為50%，說明該區(qū)域的林地土壤強(qiáng)酸性和酸性各占一半。景觀園林土壤平均pH值為5.86，范圍在5.46～6.22之間，四個(gè)不同剖面的土壤pH值中，強(qiáng)酸性土壤占比為25%，酸性土壤占比為75%，說明該區(qū)域的景觀園林土壤以酸性為主。

表2 土壤pH值測(cè)定結(jié)果

2.1 土壤pH值在不同使用功能區(qū)的分布特征

某大學(xué)校園內(nèi)外不同使用功能區(qū)土壤pH值的大小依次為：景觀園林>林地>耕地。首先，肥料的使用和土地利用方式是影響土壤pH值的主要因素之一。三個(gè)功能區(qū)中只有耕地施用肥料，其中校內(nèi)耕地根據(jù)節(jié)氣變化種植不同的農(nóng)作物，采樣期間種植的為辣椒，通常灌溉自家收集的尿液，偶而施用氮肥；校外耕地長期種植玉米，一直使用某種含氯化銨的肥料。近年來很多研究[9-10]表明，土壤pH值呈下降趨勢(shì)與生產(chǎn)中過量施用化肥和土地利用方式的改變密切相關(guān)，化肥、農(nóng)藥的長期不正當(dāng)使用，是導(dǎo)致土壤氮、磷、鉀比例失調(diào)，造成土壤酸化的主要原因［11］。其次，土壤酸堿性受土壤類型和母質(zhì)母巖發(fā)育的影響，校內(nèi)外林地和景觀園林雖然都不曾使用農(nóng)藥、化肥，但整體依然偏酸性，主要受土壤類型和母質(zhì)母巖的影響，土體中的巖石礦物經(jīng)風(fēng)化后進(jìn)入土壤，其中含有大量的鈣、鎂、鉀、鈉等鹽基離子，導(dǎo)致pH值下降[12]。兩者土壤類型均為紅壤，但母質(zhì)母巖發(fā)育的土壤不同，林地種植的紅楓林為板、頁巖，景觀園林種植的桂花樹為砂巖，板、頁巖比砂巖更偏好喜酸性植物[13]。

2.2 土壤pH值的垂向分布特征

為了解采樣深度對(duì)研究區(qū)域土壤pH值的影響，本研究分別采集了三個(gè)不同功能區(qū)兩種深度（1～10 cm、10～20 cm）的土壤進(jìn)行檢測(cè)分析。結(jié)果顯示，無論哪種功能區(qū)域，土壤pH值都隨著檢測(cè)深度的加深，呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。分析原因可能有兩種：一是土壤的長期使用，土壤中微生物、植物根系生命活動(dòng)比較活躍，在此過程中不斷釋放出CO2，溶于水后形成碳酸；二是土壤中的植物殘?bào)w在微生物作用下，產(chǎn)生多種有機(jī)酸。這些因素都能使得土壤向酸性發(fā)展[14]。表層土壤雖然受人類活動(dòng)影響比較大，但由于土壤中的污染物質(zhì)容易在土壤中吸附、聚集并沉淀，且沉淀后難以去除，其甚至?xí)廴镜叵滤甗15]。因此，下層土壤（10～20 cm）的pH值在多種因素影響下，呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

2.3 交通因素對(duì)土壤pH值的影響

為查明交通因素是否會(huì)直接影響土壤pH值的大小，本研究選擇靠近公路的地區(qū)進(jìn)行采樣，對(duì)比其土壤pH值與遠(yuǎn)離交通區(qū)域土壤pH值的區(qū)別。采樣點(diǎn)設(shè)在城市主干道和高速公路兩邊，公路使用年限長，交通流量大，通行包括重型車、中型貨車、大貨車、大客車、拖拉機(jī)、轎車、摩托車等多種形式的車輛。結(jié)果顯示，靠近公路的土壤pH值都低于遠(yuǎn)離交通區(qū)域土壤的pH值。分析原因首先是由于汽車尾氣污染物的排放造成的土壤pH值下降。有研究表明，“車輛運(yùn)行的尾氣排放”，是造成城市環(huán)境、空氣污染的最主要因素之一[16]。汽車尾氣排放的污染物質(zhì)主要包括NOx、CO、HC、苯并芘、醛類、鉛等[17]，由于排氣管道的不完全凈化，污染物質(zhì)會(huì)進(jìn)入大氣中，而道路兩旁的高大建筑物使空氣流速減慢，污染物難以得到擴(kuò)散和凈化，因此污染物質(zhì)一部分會(huì)落在樹葉上，還有一部分會(huì)直接與表層土壤混合，特別是大顆粒會(huì)迅速沉降在道路兩側(cè)的土壤中[18]。其次，土壤pH值還受到氣候的影響，大氣中的污染物質(zhì)會(huì)隨著降水進(jìn)入土壤，樹冠上的塵埃、鹽粒及其 它有機(jī)物會(huì)隨著降水被淋洗下來，一同進(jìn)入土壤，在土壤生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成亞硝酸鹽和硝酸鹽，導(dǎo)致土壤pH值降低。

3 結(jié)論與建議

本文通過調(diào)查，得出以下結(jié)論與建議：（1）調(diào)查區(qū)域某大學(xué)校園內(nèi)外土壤pH值整體偏酸性，平均pH值為5.57，范圍在5.15～6.22之間，其中耕地土壤pH值呈強(qiáng)酸性，林地和景觀園林土壤為酸性土壤。（2）土壤pH值受到多種因素的影響，包括施肥方式、母質(zhì)母巖、微生物、交通因素以及氣候等。（3）化肥農(nóng)藥的不當(dāng)使用是造成耕地土壤pH值下降的主要原因；林地土壤pH值主要受到母質(zhì)母巖以及種植的樹木類型影響較大；汽車尾氣的大量排放不僅會(huì)造成大氣污染，更是形成酸雨的元兇之一，且會(huì)導(dǎo)致土壤朝酸化發(fā)展。（4）土壤酸化不僅會(huì)造成農(nóng)作物產(chǎn)量下降，還會(huì)造成土壤理化性質(zhì)的改變，人體直接或間接接觸酸化土壤都可能對(duì)健康造成危害，因此對(duì)土壤酸化有必要采取一定的防控措施。具體措施有：①加大宣傳力度，讓人們清晰了解土壤酸化的危害，避免出現(xiàn)污水灌溉、垃圾傾倒以及隨意堆放等現(xiàn)象。②從源頭抓起，各職能部門需加強(qiáng)對(duì)排污單位的監(jiān)管力度。③推廣電動(dòng)新能源汽車代替汽油車，或是改良汽車尾氣的過濾系統(tǒng)，執(zhí)行更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)等。④對(duì)已經(jīng)酸化的土壤進(jìn)行針對(duì)性治理，例如在耕地中適當(dāng)施用生理堿性肥料和有機(jī)肥，能夠增強(qiáng)土壤的緩沖性，改良土壤結(jié)構(gòu)，改善土壤養(yǎng)分。