保定不同土地利用类型土壤性状的灰色综合评估

闫 严 ，周丽娜 ，常雪羽 ，郝永红

(1.天津师范大学地理与环境科学学院，天津300387；2.天津师范大学天津市水资源与水环境重点实验室，天津300387；3.保定学院资源与环境系，河北保定071000)

土地利用方式反映了人类与自然界之间的相互关系[1]，是人类利用土地进行生产、生活的综合反映方式，不同土地利用方式是引起土壤环境变化的因素，土壤的物理及化学性质对土地利用方式有着深远的影响.合理的土地利用方式不但可以促进土地的循环利用而且能够改善土壤的结构，而不合理的土地利用方式则会使土壤性状退化，从而导致生产力下降等问题[2].因此，对不同土地利用类型下的土壤性状进行研究，可以认识土壤养分的动态变化以及土壤质量现状的优劣，同时对预防土壤退化，为土地资源的可持续开发利用提供科学的依据.

保定是京津冀协同发展的中部核心功能区，具有重要的战略地位.随着城市化的不断发展，城市建设占用了大量耕地，为维持本区域内耕地总量动态平衡，人们不断对区域内的荒草地或其他生态用地进行开垦[3]；公园是城市的重要组成部分，是人们休闲娱乐场所，在改善城市生态环境、美化城市景观方面起着不可替代的作用[4-5]；公路建设是城市区域经济发展的先决条件，而公路养护设施中公路绿化带非常重要，它不但为人类提供了舒适的交通环境，而且对保护路面、减少机动车噪音以及美化城区环境等方面具有重大意义[6]；学校是城市的文化教育基地，承担着提高人口素质的重要使命，教育用地是城市土地发展规划的重要组成；生活区在城市中占地面积较大并且与人们的生活息息相关.基于以上5类土地的重要性，本文对保定市郊耕地、公园、公路绿化带、学校和生活区5种土地利用类型土壤的理化性质进行研究.

1 研究区域概况

保定是河北省省辖市，地理位置介于北纬38°10′～40°00′，东经 113°40′～116°20′.该地区处于华北平原北部、河北省中部，属温带季风性气候.这里冬冷夏热，雨热同期.土壤类型繁多，共有土壤类型13大类，涵盖28个亚类，细分为118个土属及301个土种，其中褐土是最主要的土壤类型，其次为潮土.多种地形和丰富的土壤类型使该地区适合多种植物的生长.本文研究区域土壤以潮褐土为主.

2 材料与方法

2.1 样品采集与处理

选择保定的5种土地利用类型，涵盖市郊耕地、公园、公路绿化带、学校和生活区，共计21个采样点，采样点位置示意图见图1.

图1 采样点示意图Fig.1 Sketch map of sampling points

图 1中：市郊耕地(farmland)包括大马坊村(1)、东尹庄(2)、大西良村(3)、田西良村(4)和河北盛强太阳能科技有限公司路南(7)共5个采样点；公园(park)包括植物园(5)、竟秀公园(12)、东风公园(16)和军校广场(17)共4个采样点；公路绿化带(road greenbelt)包括天鹅路(8)、东风路(11)、七一路(18)和五四路(21)共4个采样点；学校(school)包括河北金融学院(6)、华北电力大学(10)、河北大学(15)和保定学院(19)共 4个采样点；生活区(living areas)包括怡园小区(3)、泰和家园(9)、文华小区(14)和博士园(20)共4个采样点.其中：市郊耕地土壤样本分为0 cm～10 cm和10 cm～20 cm 2层，其他采样点土样均为0 cm～10 cm.每个样点通过多点混合采样.对同一样点采集的同层土壤样品，将其充分混合后装入密封塑料袋，在实验室中对样品进行去除杂质、风干、研磨、过筛后得到0.5 mm的待测土壤样品，进行物理和化学性状的测定和分析.

2.2 样品分析方法

根据中国科学院南京土壤研究所的《土壤理化分析》[7]，设计样品实验方法.

利用烘箱测定土壤吸湿水(hygroscopic water).在铝盒中放入5 g筛好的风干土壤(每个样品称2份做平行实验)，放入已预热的烘箱，烘箱温度控制在105℃～110℃，连续烘干8 h.接着，将铝盒快速放入干燥器中使其冷却至室温，然后取出立即测其质量.土壤吸湿水计算公式为(W1-W2)/(W2-W)×100%，其中：W为铝盒质量(g)；W1为铝盒加风干土质量(g)；W2为铝盒加烘干土质量(g).平行测定结果用算术平均值表示.这种方法使得土壤吸着水被蒸发，而结构水不致破坏，土壤有机质也不致分解.

采用外加热重铬酸钾法测定土壤有机质(organic matter).首先称取土样0.1 g～0.5 g，然后用移液管加入重铬酸钾标准溶液5mL，再加入浓硫酸5mL，并摇匀，接着放入温度为185℃～190℃的石蜡油浴锅中煮沸5 min，冷却后用硫酸亚铁标准液滴定，直至颜色变为暗绿色后进行读数.

采用电极法测定酸碱度(pH).首先称取风干土10 g，然后加入25mL的0.01 mol/L氯化钠溶液，振荡15 min后静置30 min.接下来将校正清洗过的电极浸入被测液，期间为使溶液均匀摇动烧杯，该溶液的pH值即为稳定后的仪器读数.

采用凯氏定氮法测定铵态氮(nitrogen).用天平称取土样10 g，接着加入氯化钾溶液50mL，用振荡机振荡30 min，对振荡后的溶液进行过滤，然后吸取滤液25mL用定氮仪蒸馏，将蒸馏出来的液体用硫酸标准液滴定至紫红色为终点，最后对仪器进行读数.

采用0.05 mol/L碳酸氢钠溶液浸提测定速效磷(available phosphorus).先称取风干土2.5 g，然后加入0.05 mol/L碳酸氢钠溶液50mL，再加入一勺无磷活性炭，接下来在振荡机上振荡30 min，用无磷滤纸对震荡后的溶液进行过滤并吸取滤液10mL，然后在滤液中用滴定管加入蒸馏水35mL，接着用移液管加入钼锑抗试剂5mL，摇匀放置30 min，最后用700 nm波长进行比色.

以上实验所得结果见表1.

表1 5种土地利用类型的土壤性状实验结果Tab.1 Experimental results of soil properties of 5 land utilization types

根据土壤养分分级标准[8]，保定及郊区的土壤呈微碱性(pH7.5～8.5)；有机质含量处于低水平(10 g/kg～20 g/kg)；速效磷含量处于中等水平(10 mg/kg～20 mg/kg).

2.3 灰色综合评估

土地资源的开发利用是一个由多因素和多层次构成的复杂系统，它是一个由已知信息和未知信息组成的灰色系统[9].所以对区域的土地开发利用状况进行评估可以使用灰色综合评估方法.

灰色综合评估方法是基于灰色系统理论的一种评估方法.首先，以土壤性状实验结果(表1)为对象进行分析，分别对各样本进行评估.由于各指标的涵义不同，故各指标不能用同一个界限.根据各指标的意义确定各指标的灰类界限值，见表2.

表2 评估指标的类别界限Tab.2 Class boundary of assessment indicators

文献[10-11]的研究表明，吸湿水、有机质、铵态氮、pH、速效磷等5个指标是反映土壤理化性质的重要指标，本文对各指标权重均设为0.2.依据表2中的类别界限，分别计算其白化权函数，然后乘以各评估指标的权重，获得5个评价对象(市郊耕地、公园、公路绿化带、学校、生活区)的综合权系数矩阵A.

最后用综合权系数矩阵A乘以归一化权系数向量 U=(0.5，0.3，0.2)T，采用百分制计算出各评价对象的综合得分，并由大到小排序.各对象和综合得分结果为：公园(88.28)＞市郊耕地(78.07)＞生活区(61.75)＞学校(56.82)＞公路绿化带(50.57).

3 结果分析与建议

3.1 结果分析

公园的土壤性状灰评估得分最高，为88.28.这是因为公园是为城市居民提供休闲、健身的重要场所，其植被和土壤得到了园林部门的重点养护.公园环境优美，绿化面积大，植被类型多，植被茂盛，土壤肥沃[5].一方面，公园的植物生长茂盛，部分枯枝落叶进入土壤分解形成土壤有机质，促进了土壤中养分的自然更替；另一方面，公园大量有机物质的施用，不但改善了土壤性状，并且增加了微生物种群的多样性，从而提高了土壤微生物对有机物的分解速度，对土壤性状的改善起到了积极的作用.在保定土壤呈弱碱性的大背景下，公园的土壤pH值基本保持了中性，铵态氮含量最低，其他理化指标也较优(表1).总之，在人为的积极培育和养护下，公园土壤的理化性质最佳.

耕地土壤的灰评估得分为78.07，位居第二.耕地的得分较好是因为农业生产对土壤起到保护与改良的作用.保定市郊耕地的农作物大多是小麦、玉米.对农田进行不定期的局部施肥和人工施入各种有机肥料、农家肥，为土壤提供了大量的碳.而且作物根系、植被的枯枝落叶、秸秆等都能有效增加土壤的有机质含量[12]，使得土壤质量和肥力较高.保定农业灌溉条件比较粗放，多为大水漫灌，但这对土壤水分养护有一定益处.耕地土壤的速效磷含量最低，其余4项理化指标处于较好水平(表1).

生活区土壤的灰评估得分为61.75，位居第三.人们对住宅用地的选择会有一定的考量，通常生活区位于距离污染源相对较远的区域，这样的区域植被和土壤状况都比较好.人们对生活区环境的保护使这里的土壤环境在一定程度上得以保持和改善.然而，在生活区，锅炉产生的烟尘、生活垃圾以及污水的排放对土壤环境有一定影响.在5项评估指标中，生活区土壤性状水平基本居中(表1).评估结果与实际情况相符.

学校土壤性状灰评估得分为56.82，相对较低.土壤性状差而不易于耕作的土地常常是校园区的首选.另外，在校园施工过程中土壤受到深挖、碾压、踩踏等影响，这严重破坏了地表植被，土壤理化性质会发生相应的变化[13].因为存在建筑、修路等输入行为，而且学校经常进行拆迁修建，所以土壤中常常混有砂岩、砾石、碳渣、煤渣、塑料袋以及建筑垃圾、石灰、水泥和砖块.但由于学校建成后会大量恢复植被覆盖，枯枝落叶较多，经过分解重新转化补充土壤中的有机质，使得学校的土壤有机质的含量最高(表1).由此可见，正是由于绿化使校园土壤环境在一定程度上得以改善，使得土壤质量有了一定的恢复.

公路绿化带土壤的灰评估得分为50.57，评估结果最差.由于公路施工过程中对周边土壤进行了人为改造，致使公路绿地土壤太过紧实，保水性能差，不利于植物的生长，而且还会影响雨水入渗及其土壤水分的分布.汽车尾气产生的SO2等气体与空气中的水汽会结合形成酸性物质，也容易沉降到公路两侧，于是大量的有害物积累在土壤中，使土壤中微生物的种类减少，微生物的生理活性降低，因而使得土壤微生物对有机物的分解速度变缓.除了汽车尾气，运输物品的跑冒滴漏也对公路两侧土壤造成了污染[14].此外，公路为硬化路面，公路绿化带内裸露土壤面积较小，不利于土壤物质与能量的输入和迁移转化.以上原因造成公路两侧绿化带土壤性状最差.

3.2 建议

灰色评估结果分析表明，土地利用类型与土壤理化性质具有一定的相关性，人们对土地的开发利用在一定程度上会改变土壤的理化性质.公园和耕地的土壤理化性质较好，主要得益于人们的精心养护，相反，公路两侧绿化带土壤性状差也是人为影响的结果.

针对保定5种土地利用类型土壤性状评估结果，建议在利用过程中加强土地养护，以达到土地资源可持续开发利用的目的.公园管理部门可以通过科学施肥、合理灌溉等措施，补充土壤的养分和水分，为公园的植被提供一个良好的生长环境，从而为人们的休闲娱乐提供一个优越的环境.市郊耕地可以通过逐步提高施用农家肥的比例，来改善土壤的理化性质；搞好农田水利基本建设，大力发展生态农业，净化地表径流及农田灌排水；修建植物缓冲区，改善土壤内部环境；丰富植被类型，使养护和利用相结合.生活区的土壤需要物业部门管理规范，对植被进行定期的施肥、灌溉，生活垃圾及时清理，防止土壤污染.学校要增大绿化面积，栽种适合当地土壤和环境的乔木、灌木和花草，依据植物不同生长期的需水量合理灌溉，加强土壤有机质的循环，规范在校人员的日常行为，爱护校园的花草树木，防止土壤被污染[15].公路绿化带建设的关键是防止公路施工过程中的污染物进入绿化带土壤，要对前期施工场地的准备工作严格要求，处理好剩余建筑垃圾，防止水泥、石灰、沥青等有害物进入土壤.对于需要改良的绿化带土壤，建议加入一些外来的优质土壤，同时要经常深耕来疏松土壤，以便增加土壤的透气性，利于植物生长；同时在种植阶段要选择适合当地气候、土壤环境的植物，并且要尽可能增加植物品种，丰富植被的多样性[6].

4 结论

对保定主要的5种土地利用类型的土壤性状进行了灰色评估分析，得到各类型土壤性状的灰评估得分，对评估结果进行分析并提出合理化建议.灰色系统评估是一种行之有效的土壤性状评估方法，能够综合不同土地利用条件下的土壤性状指标，给出量化的评价结果，为土地资源的可持续开发利用提供科学依据.

参考文献：

[1]任婷婷，王瑄，孙雪彤，等.不同土地利用方式土壤物理性质特征分析[J].水土保持学报，2014，28(2)：124-126.REN T T，WANG X，SUN X T，et al.Characterization of soil physical properties under different land use type[J].Journal of Soil and Water Conservation，2014，28(2)：124-126(in Chinese).

[2]赵锦梅，张德罡，刘长仲，等.祁连山东段高寒地区土地利用方式对土壤性状的影响[J].生态学报，2012，32(2)：0548-0556.ZHAO M M，ZHANG D G，LIU C Z，et al.The effect of different land use patterns on soil properties in alpine areas of eastern Qilian Mountains[J].Acta Ecologica Sinica，2012，32(2)：0548-0556(in Chinese).

[3]孙志英，吴克宁，吕巧玲，等.城市化对郑州市土壤功能演变的影响[J].土壤学报，2007，44(1)：21-27.SUN Z Y，WU K N，LV Q L，et al.Impact of urbanization on soil functions in Zhengzhou City[J].Acta Pedologica Sinica，2007，44(1)：21-27(in Chinese).

[4]邵林海，王晓红，李娜.太原市公园园林绿地土壤状况研究[J].太原科技，2008(6)：32-33.SHAO L H，WANG X H，LI N.Research on the greenbelt and soil conditions of the main parks in Taiyuan[J].Taiyuan Science and Technology，2008(6)：32-33(in Chinese).

[5]郝瑞军，方海兰，沈烈英，等.城市不同功能区绿地土壤有机碳矿化和酶活性变化[J].中国农学通报，2009，25(2)：229-235.HAO R J，FANG H L，SHEN L Y，et al.Changes of soil organic carbon mineralization and enzyme activities from different urban functional areas[J].Chinese Agricultural Science Bulletin，2009，25(2)：229-235(in Chinese).

[6]张琪，方海兰，杨意，等.上海公路绿地土壤肥力质量评价与管理对策[J].园林科技，2008(1)：24-27.ZHANG Q，FANG H L，YANG Y，et al.Quality evaluation of soil fertility in Shanghai highway greenbelt and management strategy[J].Science and Technology of Landscape Architecture，2008(1)：24-27(in Chinese).

[7]中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海：上海科学技术出版社，1978.Institute of Soil Science，Chinese Academy of Sciences.Analysis of Soil Physicochemical Properties[M].Shanghai：Shanghai Scientific and Technical Publishers，1978(in Chinese).

[8]丁一秀，谢荣辉，高安琪，等.内蒙古西部地区土壤微生物数量及其土壤理化特性[J].干旱区研究，2017，34(6)：1294-1303.DING Y X，XIE R H，GAO A Q，et al.Quantity of soil microbes and soil physiochemical properties in west inner Mongolia[J].Arid Zone Research，2017，34(6)：1294-1303(in Chinese).

[9]郝永红，李绒，周海潮，等.山西省可持续发展的灰色综合评估[J].经济地理，2004，24(1)：18-20.HAO Y H，LI R，ZHOU H C，et al.The comprehensive evaluation of the sustainable development capacity in Shanxi Province[J].Economic Geography，2004，24(1)：18-20(in Chinese).

[10]冯万忠，段文标，许皞.不同土地利用方式对城市土壤理化性质及其肥力的影响—以保定市为例[J].河北农业大学学报，2008，31(2)：62-64.FENG W Z，DUAN W B，XU H.Effects of different land use on physicochemical property and fertility of urban soil：A case study of Baoding city[J].Journal of Agricultural University of Hebei，2008，31(2)：62-64(in Chinese).

[11]洪畅，张华，郑婷婷.辽东半岛丘陵区土地利用方式对土壤特性的影响[J].国土与自然资源研究，2017(4)：66-68.HONG C，ZHANG H，ZHENG T T.Effects of land use on soil properties in hilly area of Liaodong peninsula[J].Territory and Natural Resources Study，2017(4)：66-68(in Chinese).

[12]李春艳，田永圻，华德尊，等.不同土地利用类型下土壤特性及重金属评价[J].环境科学与管理，2007，32(9)：39-43.LI C Y.TIAN Y Q，HUA D Z，et al.Soil characteristic and heavy metal appraisal under different land utilization way[J].Environmental Science and Management，2007，32(9)：39-43(in Chinese).

[13]康玲芬，李瑞峰，化伟，等.不同土地利用方式对城市土壤质量的影响[J].生态科学，2006，25(1)：59-63.KANG L F，LI R F，HUA W，et al.The effects of different land-use types on quality of urban soils[J].Ecologic Science，2006，25(1)：59-63(in Chinese).

[14]郑海峰，管东生，梁爱珍，等.公路绿化带植物群落特征与土壤理化特性[J].中山大学学报(自然科学版)，2006，45(2)：114-118.ZHENG H F，GUAN D S，LIANG A Z，et al.Characteristics of plant communities and soil properties of road green belts[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni，2006，45(2)：114-118(in Chinese).

[15]董炜华，袁淑影，刘志会，等.长春师范学院校园土壤研究[J].长春师范学院学报(自然科学版)，2011，30(4)：70-73.DONG W H，YUAN S Y，LIU Z H，et al.Study on the campus soil of Changchun normal university[J].Journal of Changchun Normal University(Natural Science)，2011，30(4)：70-73(in Chinese).