公路建设对路域土壤的影响

周玉海 和莹 牛伟

摘 要：由于公路建设，原有土壤被扰动，形成了一种新的人为土—路域土壤。公路建设过程中由于外来土壤的引入、施工机械的碾压，导致土壤质地组成比例、土壤孔隙度、有效土层厚度等发生变化。公路运行过程中，由于汽车尾气排放、轮胎磨损、燃料油泄漏等问题，导致土壤中重金属和有机污染物含量不同程度的增加，造成土壤不同程度的污染。

关键词：公路；路域；土壤

中图分类号 S731.8 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）14-0114-03

Abstract：Because of road construction，the original soil is disturbed，and has formed a new artificial soil - soil roadside. Because of introduction of alien soils，construction machine rolling in the process of road construction，it leads to soil texture and composition ratio，soil porosity，soil effective thickness changes. During operation，because of vehicle emissions，tire wear，fuel oil leaks and other problems，this has resulted in an increase in soil with varying degrees of heavy metals and organic contaminants and different degrees of pollution.

Key words：Road；Roadside；Soil

1 引言

公路建成以后，随着生态恢复等环保工程的实施，出现了一个宽约50～70m，长数十至数百公里不等的新生态系统，我们将其称之为路域[1]。随着我国公路建设规模快速增长，形成面积巨大的路域空间。公路的建设与运营对路域土壤环境带来了较大影响，不仅改变了路域土壤的物理特性，也在不同程度上改变了其化学成分。

2 公路建设对土壤物理指标的影响

公路建设，需占用大量林业或农业用地，施工过程中无序侵入土体和施工翻动，原有土壤的表土层和腐殖质层遭到破坏，形成了一类独特的土壤。土壤质量在由原始未受人为干扰的自然状态向路域土壤演变的过程中，表现出明显的退化现象。与原始土壤相比，表现为土壤剖面结构混乱、无层次、无规律、结构差、外来物质多、养分匮乏等特性[2]。

2.1 对土壤质地的影响 土壤质地指土壤中不同粒径的矿物质颗粒组合状况，与土壤保肥、保水、通气状况有密切关系。公路建设过程中，由于人类活动干扰，土壤组成比例发生变化。余海龙[3]等通过对胡集高速公路卓资县六苏木乡境内公路路域土壤采样研究发现，公路建成后，路域土壤的颗粒组成变化幅度较大，理化性质复杂。由于施工过程中产生的废弃物、建筑垃圾等侵入物的影响，物质组成上人为侵入体较多，表现为物质组成在剖面上不连续，并受施工的影响，土壤质地在颗粒组成上粗粒化明显。随着土壤的退化，土壤重粉沙粘粒的比重趋于下降，中粗沙的比重趋于上升。对照地粉沙粘粒比重是受人为影响最严重的边坡的4.19倍，这说明表层植被破坏后，土壤侵蚀严重，粉、粘粒明显减少，土壤保肥、保水性变差。

2.2 对土壤空隙度影响 土壤空隙度指土壤中孔隙占土壤总体积的百分率，关系着土壤的透水性、透气性、导热性和紧实度。道路在修建过程中，由于人工堆砌、机械碾压等人为干扰导致土壤结构重排、孔隙度变化。余海龙[3]等通过实验表明中央隔离带为人为搬运的异地混合土壤，孔隙度较大，紧实度为160.83～188.29kPa，低于自然土壤紧实度342.26kPa，而路堑边坡与互通立交处紧实度分别为1156.25～2955.83kPa与342.26～837.52kPa，均高于自然土壤，土壤透气、透水性变差。

2.3 对土壤有效土层厚度影响 有效土层，是指植物根系伸延容易，有一定的养分可以吸取，能正常生长发育的较松软土层[4]。公路建设过程中土壤的开挖、堆砌，导致不同区域有效土层厚度有所差异，中央隔离带与互通立交处，有效土壤厚度分别为50cm和40cm，高于自然坡厚度35cm，边坡则较低，为10cm[5]，有效土层较薄，不利于植被的生长。

3 公路建设与运行对土壤化学指标的影响

3.1 对土壤pH值影响 道路建设中用于修路的填充材料可能与临近区域土壤成分截然不同，比如道路建设时，经常将石灰石中提取的填充材料置于从酸性花岗岩中提取的填充材料之上（或者相反），在这种情况下，来源于路基的化学物质将改变相邻区域土壤的酸碱度。Blume在1978年对柏林的土壤研究中发现，与道路相邻的土壤，其30cm之内的表土层pH值可高达7～8，而距道路40～50m之外的林下土壤，其表土的pH值则小于4.5[6]。

康玲芬[7]等人通过对交通干线两侧及公园土壤样品理化性质测定，结果表明交通干线两侧土壤和公园土壤pH值存在较大差异，公园内土壤的pH值明显高于道路主干线两侧土壤，出现这种现象的一个主要可能原因是，汽车尾气中的NOx和SO2等气体与水结合形成酸性物质，进入道路两侧土壤，从而使道路主干线两侧土壤pH值降低。

3.2 对土壤营养成分变化影响 公路建设过程中对路域内土壤养分及有机质含量也带来一定的影响。总的表现为表层土壤中养分和有机质的含量都有减少的趋势，造成这种结果的原因是，工程建设过程中，地表植被清除，土层开挖，松散堆积，增强了风蚀、水蚀强度，造成土壤中养份随风蚀、水蚀流失所致。

公路运行期间，土壤中全氮、速效磷和有机质随着植被的恢复逐年恢复。研究表明土壤肥力的恢复进度随种植植被不同而不同。李宗禹、黄岩[8]等对陇西互通立交绿化区采样分析表明，植被恢复之后，土壤中的有机质和全氮含量比生土均有所增加，植被恢复6a后，有机质和全氮分别增加了4.7倍和4.3倍，随着恢复时间的增加，二者含量亦不断增加。在植被恢复初期，随着年限的增加，土壤中速效磷含量也在增加，至采样分析时，经过植被恢复的土壤，速效磷含量都高于5mg/kg，属于中、高水平。

3.3 对土壤中重金属含量影响 有研究显示，路域土壤中重金属含量，距离最近处，含量最高，随着与公路距离的增加逐渐减小[9]。也有研究显示，路域土壤中一些重金属含量并不是距离公路越近含量越高，而是随着与公路距离的增加先增加再减少，含量最高区域与公路存在着一定的距离[10-12]。

季辉、赵健[13]等对沪宁高速公路不同路段重金属分布和影响因素进行了研究，结果表明，路域土壤中Pb含量的变化趋势，总体上随与公路距离的增加先增加后减小；但是Zn、Cr的含量变化没有表现出一致的规律。公路交通产生的重金属的来源与进入路域土壤的方式，对垂直公路方向不同距离土壤中重金属含量变化有较大影响[14]。汽车尾气是公路交通产生的Pb的主要来源[15]，据研究表明，75%的Pb以颗粒态的形式，随汽车尾气向公路两侧扩散[16]，汽车尾气通常扩散一定距离后，才被地面或植被截留而进入土壤中，从而使路域土壤中的Pb含量，在距离公路一定距离处才出现最大值[14]。刹车里衬的机械磨损和轮胎的磨损是公路交通产生的Zn和Cr的主要来源[17]，Zn和Cr进入土壤的方式主要是地表径流或扬尘扩散[18]，因此，Zn、Cr在路域土壤中含量的累积规律与Pb存在较大差异。Nabulo等[19]的研究表明，影响路域土壤中重金属含量主要因素之一的道路车流量，与重金属含量呈正相关关系，车流量越大的路段，路域土壤中Pb、Zn等重金属含量越高。路域土壤中重金属含量差异受风向影响较大，通常情况下，上风向土壤中重金属含量要低于下风向[20]。

3.4 对土壤有机污染物含量影响 石油类物质中含有持久性有机污染物芳香烃等成分，其特点是，易在生物体内富集，且难以生物降解，若通过生物体进入人体，将会损害人体健康。由于燃料燃烧不完全，车辆在启动时，污染物排放量最大[21]，监测表明，100辆客运车1a可排放2～10t的B（a）P。车辆行驶过程中，通过润滑油和燃料油的泄漏及尾气排放，将石油类污染物排放至环境中，再通过路面径流、大气等载体进入路域土壤。由于石油类污染物具有难生物降解性、非亲水性等特性，同时受土壤的吸附而滞留在土壤中，造成土壤有机物污染。吴湘滨等[22]对衡昆高速公路路域土壤的研究显示，高速公路路域土壤中石油类污染物含量为6.96～92.86mg/kg，距公路边界35m范围内，石油类污染物分布较为均匀，且含量最高，35m范围之外，其含量随距离的增加而减少。路域土壤中含量，石油类物质在大气中弥散浓度、地面径流距离、高差扬程以及风向风力、地表植被的茂密程度和地形地貌条件等，是其在路域土壤中含量的影响因素。

4 结论

（1）公路建设过程中，由于施工活动影响了路域土壤形态学性质，土壤土层排列凌乱，土层深浅变异较大，土壤中颗粒分布明显不同于自然土壤。

（2）路域土壤遭受机械压实、人为扰动等造成土壤结构受到破坏，通气和持水孔隙降低，土壤紧实度增大。

（3）公路建设过程中，表层植被清除，表土开挖，导致土壤侵蚀严重。有机质和养分含量随土壤侵蚀下降，表现为土壤粗粒化和贫瘠化，不再适于植物生长。

（4）公路运行过程中，汽车尾气排放、轮胎磨损、燃料油泄漏等问题，导致路域范围内，土壤中重金属和有机污染物含量不同程度的增加，路域土壤受到不同程度污染。

参考文献

[1]陈爱侠.路域生态系统环境功能与稳定性的初步研究[J].长安大学学报，2003，20（1）：11-13.

[2]龚子同，张甘霖.人为土研究的新趋势[J].土壤，1998（1）：54-56.

[3]余海龙，顾卫.高速公路路域土壤质量退化演变的研究[J].水土保持学报，2006，20（4）：195-198.

[4]崔晓阳，方怀龙.城市绿地土壤及其管理[M].北京：中国林业出版社，2001.

[5]余海龙，顾卫.路域土壤特征及其成因研究[J].水土保持学报，2008，15（6）：49-52.

[6]汪源，顾卫，陶岩，晏晓林，等.道路生态影响于公路边坡植被恢复生态研究[M].北京：中国环境科学出版社，2011，34～35.

[7]康玲芬，李峰瑞，张爱胜，等.交通污染对城市土壤和植物的影响[J].环境科学，2006，27（3）：556-560.

[8]郭广慧，雷梅，陈同斌，等.交通活动对公路两侧土壤和灰尘重重金属含量的影响[J].环境科学学报，2008，28（10）：1937-1945.

[9]李宗禹，黄岩，刘昕，等.高速公路路域扰动土壤及其生态管理[J].公路交通科技，2002，19（3）：155-159.

[10]秦莹，娄翼来，姜勇，等.沈哈高速公路两侧土壤重金属污染特征及评价[J].农业环境科学学报，2009，28（04）：663-667.

[11]王初，陈振楼，王京，等.上海市崇明岛公路两侧土壤重金属污染研究[J].长江流域资源与环境，2008，17（01）：105-108.

[12]朱建军，崔保山，杨志峰，等.纵向岭谷区公路沿线土壤表层重金属空间分异特征[J].生态学报，2006，28（10）：146-153.

[13]季辉，赵健，冯金飞，等.高速公路沿线农田土壤重金属总量和有效含量的空间分布特征及其影响因素分析[J].土壤通报，2013，44（2）：477-483.

[14]李湘洲.机动车尾气对土壤铅累积的影响及分布格局[J].中南林学院学报，2001，21（04）：36-39.

[15] CADLE S H，MULAWA P A，HUNSANGER E C，et al.Composition of Light- Duty Motor Vehicle Exhaust Particulate Matter in the Denver，Colorado Area[J].Environmental Science & Technology，1999，33（14）：2328-2339.

[16]HEWITT C N，RASHED M B.An Integrated Budget for Selected Pollutants for a Major Rural Highway[J].Science of the Total Environment，1990，93：375-384.

[17]HJORTENKRANS D，BERGBACK B，HAGGERUD A.New metal emission patterns in road traffic environments[J].Environmental Monitoring and Assessment，2006，117（1-3）：85-98.

[18]TURER D，MAYNARD J B，SANSALONE J J.Heavy metal contamination in soils of urban highways：Comparison between runoff and soil concentrations at Cincinnati，Ohio[J].Water Air and Soil Pollution，2001，132（3- 4）：293-314.

[19]NABULO G.，ORYEM- ORIGA H，DIAMOND M.Assessment oflead，cadmium，and zinc contamination of roadside soils，surfacefilms，and vegetables in Kampala City，Uganda[J].Environmental Research，2006，101（1）：42-52.

[20]VIARD B，PIHAN F，PROMEYRAT S，et al.Integrated assessment of heavy metal（Pb，Zn，Cd）highway pollution：bioaccumulation in soil，Graminaceae and land snails[J].Chemosphere，2004，55（10）：1349-1359.

[21]韩菲.多环芳烃来源与分布及迁移规律研究概述[J].气象与环境学报，2007，23（4）：57-61.

[22]吴湘滨，杨长健，孔得秀.高速公路两侧土壤中石油类物质污染的调查与分析[J].西部交通科技，2006（1）：81-83.

（责编：吴祚云）