公路建设对其周边土壤理化性质的影响

董炜华，韩德复，李沁枚，胡发财，张丽媛

(1.长春师范大学科研处，吉林长春130032;2.长春师范大学生命科学学院，吉林长春130032;3.长春师范大学城市与环境科学学院，吉林长春130032)

随着我国高速公路建设规模的快速增长，公路沿线土壤环境受到较大的影响。近年来，有关高速公路建设和运营的生态影响主要集中在对公路沿线植被、动物分布的影响，目前已有对公路建设形成的裸露边坡的植被恢复、对周边地区土壤肥力的影响等方面的研究［1－3］。本文在综合已有文献的基础上，重点分析公路的建设对土壤不同理化性质(pH值、孔隙、容重和土壤质地)和营养元素(有机质、N、P和K)等影响，为科学合理地协调高速公路建设和土壤资源保护之间的矛盾，保证地区经济发展，保护我们赖以生存的自然环境提供理论参考。

1 公路的建设对土壤不同理化指标的影响

由于公路建设，大量成片林业、农业和畜牧业土壤被占用，土壤受人为活动长期持续扰动，同时伴随大量人工土体的无序侵入，扰乱公路沿线土壤的发育层次和土体构型，破坏土壤原有的表土层，土壤质地、结构和腐殖质层发生变化［2－6］。公路的建设和运营，车辆排放尾气的长期累积，土壤物理结构改变，土壤颗粒重新排列，土壤孔隙和容重发生变化，土壤趋于厌氧环境，土壤中的养分有效性降低。

土壤孔隙度指土壤中孔隙占土壤总体积的百分率。孔隙的多少关系着土壤的透水性、透气性、导热性和紧实度。土壤中各种形状不同粗细土粒集合和排列成固相骨架，骨架内部有宽狭和形状不同的孔隙，构成复杂的孔隙系统。水和空气共存并充满于土壤孔隙系统中。因此，土壤孔隙度影响土壤的通气状况、氧气含量以及氧化还原过程，进而影响土壤中养分存在状态及转化速率。当充气孔隙小于10%时，土壤中的生物数量、种类会减少，会影响植物的正常生长。土壤经常处于板结状态，微生物的活动就会受阻，不利于微生物和动物的繁殖及对土壤的有益改造［7］。另外，土壤孔隙度关系到土壤中水分的运动，植物生长需要大量的水分，地下的水分主要通过土壤毛细管运输到植物的根部。土壤孔隙度变化对水分的运输产生不利的影响，必然引起土壤性质的变化。

土壤质地是指土壤中不同大小直径的矿物颗粒的组合状况，是土壤物理性质之一。土壤质地与土壤通气、保肥、保水状况及耕作的难易有密切关系。土壤质地一般分为粘土、壤土和砂土三类，其类别和特点主要是继承了成土母质的类型和特点，又受到耕作、施肥、排灌、平整土地等人为因素的影响，是土壤的一种十分稳定的自然属性，对土壤肥力有很大影响。土壤质地越粘，保水保肥能力越好，土壤肥力越好;质地越砂，漏水漏肥严重，肥力越差。土壤质地对植物根系生长分布和根系活力有重要影响。由于公路修建及运营，沿线周边土壤发生扰动和人类活动干扰，土壤的粘粒、粉砂和砂粒等组成比例发生明显变化。人工土壤的无序侵入，使得土壤有机质和养分含量趋于下降，随着距离公路的远近发生变化，变化规律不尽相同。已有的研究发现，由于不同研究区域地质构造、土壤母质、气候、微地形、植被类型和恢复时间等差异，各研究地点土壤理化性质和营养元素的变化规律存在差异［8－10］。

土壤酸碱度对土壤养分的有效性、土壤肥力及植物生长影响很大。对公路修建及运营后周边土壤pH值进行研究发现，有些公路周边土壤pH值有所下降是因为公路的运营，大量汽车尾气等酸性气体长期累积于公路两侧。公路运营过程中，降水较多的湿润地区，路面的水分外流后大多汇集到公路两侧地势较低处，而水中溶解了大量汽车尾气等酸性气体，导致土壤pH值下降，这种现象在公路运营的初期的有些地方还不易观测到。与之相反，还有些降落较少的干旱地区，由于公路的长期运营，使得周边地区土壤的蒸腾作用增加，底层土壤中的盐分上返到土壤表层，造成pH值上升［8－10］。Keydoszius等学者对阿拉斯加州北部道尔顿公路周边森林内土壤进行研究发现，距离公路越远，土壤pH值和容重减小，土壤水分和养分的变化规律相反，土层厚度变化规律不明显，这和公路建设对周边土层的破坏、公路运营过程中产生的尘土以及公路周边新生的植被类型等因素的影响有关［11］。

2 公路的建设对土壤中不同营养元素的影响

公路修建过程中大规模的机械开挖、开山取石、翻动、取土和植被铲除等活动会改变周边土壤原有土体的自然结构，导致土壤结构破坏、土壤密度增大、土壤水分减少、土壤中的有机物质和无机养分大量流失以及土壤养分贫乏、生产能力降低等。公路修建后，裸露出土壤质量较差的土层自然恢复需要很长时间，距公路较远处受到的扰动相对较小，主要为施工临时便道等轻微的干扰［11－12］。公路建设最主要的生态影响之一为土壤质量退化和土壤污染。

交通工具的行驶、公路维护以及运输材料的散落等，导致公路两侧土壤的性质及其中的化学成分组成等与周边背景地区产生显著差异。公路运营过程期间，滴漏的汽油、机油、被剥蚀的沥青等有机污染物沿路表进入沿线的水体及土壤，会对当地的水质及土质造成一定程度的污染。另外，像重金属Pb、Zn、Mn、Cr等污染物不但在公路附近聚集，而且还向远处迁移。公路建设及车辆产生的污染影响范围波及周边地区。这些污染物质在动植物组织中聚集，威胁着动植物的繁殖和生存，并通过食物链影响整个生态系统［13］。

公路建设对周边土壤质量有较大的影响。距离公路的远近变化，受人为活动影响的程度逐渐发生变化，土壤各营养元素也发生不同程度的变化，但不同元素的变化规律不尽相同。许多高速公路周边土壤有机质不足、普遍缺氮、严重缺磷，部分缺钾。氮、磷、钾比例严重失调。公路周边土壤有机质、全氮、全钾表现出距公路距离的增加而增加，在距离公路最近处出现最小值［8，14］。土壤有机质与水稳性团聚体分形维数相关性比较显著，其他土壤理化性质与水稳性团聚体分形维数相关性较明显，说明可以用水稳性团聚体表征土壤肥力的高低，此结论可应用到公路路域土壤质量、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、有效磷和全钾的变化规律并不相同，其中大丽段土壤质量在距离公路最近处是最大值，距离公路越远，值越小。大保和保龙段在靠近公路处出现最小值，土壤的营养元素含量随着距公路距离的增加而增加［8］。莫斯科公路周边土壤与周边背景地区自然土壤相比较，磷具有较明显在公路边富集特征，磷素供给达到较高水平，有效磷含量超过植物的需求［8］。我国华南地区降雨丰富，土壤呈酸性，引起土壤缺磷较严重。从对新建高速公路边坡土壤磷素含量测定结果发现，公路边坡土壤缺磷比较严重，不利于以根系固土护坡为主要功能的边坡植被根系的生长。因此，在进行公路周边客土改良的时候，特别要注意磷素的补充［10］。

公路旁受损土壤肥力逐渐恢复，人工干扰能够加速其演化进程。公路建设对土壤肥力影响受植被恢复时间和公路建设时间等因素的制约，研究表明种植不同植被对土壤肥力的恢复进度影响不同［12］。对广东省多条高速公路边坡多点取样，进行土壤肥力测定，其结果为多数高速公路边坡土壤存在pH值过低，酸性过强，有机质含量低，磷、钾等营养元素缺乏等特点。针对以上特点，在高速公路周边土壤恢复的过程中应加施有机肥，以氮肥为主，磷、钾为辅，钙、镁适当添加，平衡施肥，使养分供给长效和稳定［10］。

公路的建设为一些外来物种提供了通道，这些物种由人类、动物、交通工具、风力等各种原因带入，大量外来物种的生存、繁衍和定殖，改善了公路附近的土壤质量。人工土壤受公路建设的影响与自然土壤有差别。土壤养分质量越高，受公路建设影响越大［14］。

3 结语

公路的建设和运营对周边地区土壤肥力和理化性质产生重要影响，不同地区的变化规律并不相同。为了更准确地研究公路的建设和运营对土壤肥力的影响，应进行长期的定位监测研究，深入研究高速公路建筑材料或工程措施对周边土壤理化性质、土壤肥力等方面产生的直接影响，进而规避或减少这些材料或工程措施对周边土壤肥力的不利影响，提高裸露边坡土壤自然恢复肥力和植被的能力，在公路建设和营运期应加强管理，将公路建设的不利影响缩减到最小［15］。

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