不同使用功能區土壤酸堿性的對比分析研究

雷杰妮，鮑美華，許 濤，李雅倩，楊 梓

（長沙醫學院，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性質，主要受氣候、動植物、微生物、水文、母質等綜合因素的影響［1］，它不僅影響土壤本身的理化性質和生物因素，還影響土壤的肥力、土壤養分及有害物質的產生，進而影響植物的生長發育、抗病性及農作物的產量和質量［2］。土壤的酸堿度（H+濃度的負對數）是衡量土壤酸堿性強弱的指標，用pH值來表示。不同植物對土壤pH值的要求不同，人類活動是造成土壤pH值異常的主要原因[3-4]。不少學者表明不同的耕種方式對土壤pH值的影響不同[5]，也有學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直接對不同使用功能區的土壤pH值造成影響，選擇長沙市某大學校園內外的林地（紅楓林）、耕地（辣椒和玉米）以及景觀園林（桂花樹）三種地塊，對靠近公路和遠離交通區域等不同位置的土壤進行采樣與測定。將采集的土壤樣本進行實驗室分析，檢測其土壤pH值，對比分析不同使用功能區及不同地理位置土壤酸堿性的區別。

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，湖南省東部偏北，湘江下游。地域范圍為：北緯27°51′～28°40′，東經111°53′～114°15′，屬亞熱帶季風氣候，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，適宜多種農作物生長。調查區域位于長沙城區北半部，長沙繞城高速、城市主干道融通區。本研究在學校內部及外部，遠離公路和靠近交通（距離公路50 m之內）區域的樹林、耕地以及景觀園林三種不同使用功能區進行樣品采集。

1.2 土壤樣品的采集、處理和貯存

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

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通風處自然風干，風干過程中翻動土樣并將大土塊捏碎以加速干燥，同時剔除雜質。將風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，同時做好標記。

1.3 pH值的測定儀器及測定方法

實驗采用梅特勒品牌型號為FE28-Standard的pH計。土壤水浸pH的測定采用電極電位法，依照農業部2006年發布的《土壤檢測》第2部分：《土壤 pH 的測定》（NY/T 1121.2-2006）[7]執行。（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后進行測定。（2）將電極插入試樣懸液中，輕輕轉動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開關，待讀數穩定時記下pH值。（3）放開讀數開關，取出電極，以水洗凈，用濾紙吸干水分后再進行第二個樣品的測定。其中每個樣品連續測兩次，允許差值0.1個pH單位，取平均值作為本次實驗的最終數據。

1.4 分級方法

由于現行的環境質量相關標準中沒有土壤的pH值限值，因此根據表1對土壤酸堿度進行分級[8]。根據分級標準，此次調查結果顯示耕地為強酸性土壤，林地和景觀園林為酸性土壤。

表1 土壤酸堿度分級

1.5 數據處理

采用Excel2007對數據進行處理統計分析。

2 結果與分析

調查區域三種不同功能區的土壤pH值以酸性為主，平均值為5.57，范圍在5.15～6.22之間。具體測定結果如表2所示。耕地土壤平均pH值為5.34，范圍在5.15～5.49之間，四個不同剖面的土壤pH值中，強酸性土壤占比為75%，酸性占比為25%，說明該區域的耕地土壤以強酸性為主。林地土壤平均pH值為5.51，范圍在5.28～5.72之間，四個不同剖面的土壤pH值中，強酸性土壤占比為50%，酸性土壤占比為50%，說明該區域的林地土壤強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，四個不同剖面的土壤pH值中，強酸性土壤占比為25%，酸性土壤占比為75%，說明該區域的景觀園林土壤以酸性為主。

表2 土壤pH值測定結果

2.1 土壤pH值在不同使用功能區的分布特征

某大學校園內外不同使用功能區土壤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。三個功能區中只有耕地施用肥料，其中校內耕地根據節氣變化種植不同的農作物，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值呈下降趨勢與生產中過量施用化肥和土地利用方式的改變密切相關，化肥、農藥的長期不正當使用，是導致土壤氮、磷、鉀比例失調，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母巖發育的影響，校內外林地和景觀園林雖然都不曾使用農藥、化肥，但整體依然偏酸性，主要受土壤類型和母質母巖的影響，土體中的巖石礦物經風化后進入土壤，其中含有大量的鈣、鎂、鉀、鈉等鹽基離子，導致pH值下降[12]。兩者土壤類型均為紅壤，但母質母巖發育的土壤不同，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

為了解采樣深度對研究區域土壤pH值的影響，本研究分別采集了三個不同功能區兩種深度（1～10 cm、10～20 cm）的土壤進行檢測分析。結果顯示，無論哪種功能區域，土壤pH值都隨著檢測深度的加深，呈現下降的趨勢。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體在微生物作用下，產生多種有機酸。這些因素都能使得土壤向酸性發展[14]。表層土壤雖然受人類活動影響比較大，但由于土壤中的污染物質容易在土壤中吸附、聚集并沉淀，且沉淀后難以去除，其甚至會污染地下水[15]。因此，下層土壤（10～20 cm）的pH值在多種因素影響下，呈現下降趨勢。

2.3 交通因素對土壤pH值的影響

為查明交通因素是否會直接影響土壤pH值的大小，本研究選擇靠近公路的地區進行采樣，對比其土壤pH值與遠離交通區域土壤pH值的區別。采樣點設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、轎車、摩托車等多種形式的車輛。結果顯示，靠近公路的土壤pH值都低于遠離交通區域土壤的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，“車輛運行的尾氣排放”，是造成城市環境、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，污染物質會進入大氣中，而道路兩旁的高大建筑物使空氣流速減慢，污染物難以得到擴散和凈化，因此污染物質一部分會落在樹葉上，還有一部分會直接與表層土壤混合，特別是大顆粒會迅速沉降在道路兩側的土壤中[18]。其次，土壤pH值還受到氣候的影響，大氣中的污染物質會隨著降水進入土壤，樹冠上的塵埃、鹽粒及其 它有機物會隨著降水被淋洗下來，一同進入土壤，在土壤生態系統中發生化學反應，形成亞硝酸鹽和硝酸鹽，導致土壤pH值降低。

3 結論與建議

本文通過調查，得出以下結論與建議：（1）調查區域某大學校園內外土壤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、母質母巖、微生物、交通因素以及氣候等。（3）化肥農藥的不當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造成大氣污染，更是形成酸雨的元兇之一，且會導致土壤朝酸化發展。（4）土壤酸化不僅會造成農作物產量下降，還會造成土壤理化性質的改變，人體直接或間接接觸酸化土壤都可能對健康造成危害，因此對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，避免出現污水灌溉、垃圾傾倒以及隨意堆放等現象。②從源頭抓起，各職能部門需加強對排污單位的監管力度。③推廣電動新能源汽車代替汽油車，或是改良汽車尾氣的過濾系統，執行更嚴格的排放標準等。④對已經酸化的土壤進行針對性治理，例如在耕地中適當施用生理堿性肥料和有機肥，能夠增強土壤的緩沖性，改良土壤結構，改善土壤養分。