不同使用功能区土壤酸碱性的对比分析研究

雷杰妮，鲍美华，许 涛，李雅倩，杨 梓

（长沙医学院，湖南 长沙 410219）

引言

土壤酸碱性是土壤的基本属性之一，也是土壤的重要化学性质，主要受气候、动植物、微生物、水文、母质等综合因素的影响［1］，它不仅影响土壤本身的理化性质和生物因素，还影响土壤的肥力、土壤养分及有害物质的产生，进而影响植物的生长发育、抗病性及农作物的产量和质量［2］。土壤的酸碱度（H+浓度的负对数）是衡量土壤酸碱性强弱的指标，用pH值来表示。不同植物对土壤pH值的要求不同，人类活动是造成土壤pH值异常的主要原因[3-4]。不少学者表明不同的耕种方式对土壤pH值的影响不同[5]，也有学者表示汽车尾气排放出的氮氧化物等造成的酸性干湿沉降物，通过大气扩散或降水淋溶后都将加速土壤pH值的下降[6]。

因此，本文为探究交通因素是否会直接对不同使用功能区的土壤pH值造成影响，选择长沙市某大学校园内外的林地（红枫林）、耕地（辣椒和玉米）以及景观园林（桂花树）三种地块，对靠近公路和远离交通区域等不同位置的土壤进行采样与测定。将采集的土壤样本进行实验室分析，检测其土壤pH值，对比分析不同使用功能区及不同地理位置土壤酸碱性的区别。

1 材料与方法

1.1 地理位置概况

湖南省长沙市地处华中地区，湖南省东部偏北，湘江下游。地域范围为：北纬27°51′～28°40′，东经111°53′～114°15′，属亚热带季风气候，年均温约17.2 ℃，雨水充沛，河湖密布。长沙市土壤种类多样，以红壤、水稻土为主，分别占土壤总面积的70%与25%；其余还有菜园土、潮土、山地黄壤、黄棕壤等，适宜多种农作物生长。调查区域位于长沙城区北半部，长沙绕城高速、城市主干道融通区。本研究在学校内部及外部，远离公路和靠近交通（距离公路50 m之内）区域的树林、耕地以及景观园林三种不同使用功能区进行样品采集。

1.2 土壤样品的采集、处理和贮存

根据不同功能区确定取样单元，耕地和树林采用“S”型布点法取样，景观园林采用“东南西北中”的方式布点采样，每个位置按照0～10 cm、10～20 cm两种深度，采集不同剖面层次的样品各10个，共1 kg。将样本混和均匀放入样品袋，用签字笔写好标签，注明采样地点、土地使用功能、日期、采样深度、编号及采样人等，带回实验室进行处理。

将采回的土壤样品放在样品盘上，摊成薄薄的一层，置于干净整洁的室内通风处自然风干，风干过程中翻动土样并将大土块捏碎以加速干燥，同时剔除杂质。将风干后的土样研磨过筛，全部通过2 mm孔径筛后充分混匀，放入样品瓶中备用，同时做好标记。

1.3 pH值的测定仪器及测定方法

实验采用梅特勒品牌型号为FE28-Standard的pH计。土壤水浸pH的测定采用电极电位法，依照农业部2006年发布的《土壤检测》第2部分：《土壤 pH 的测定》（NY/T 1121.2-2006）[7]执行。（1）称取试样10 g于50 mL烧怀中，加去除CO2的水25 mL（土液比为1：2.5），用磁力搅拌器搅拌1 min，使土粒充分分散，放置30 min后进行测定。（2）将电极插入试样悬液中，轻轻转动烧怀以除去电极的水膜，促使其快速平衡，静置片刻后按下读数开关，待读数稳定时记下pH值。（3）放开读数开关，取出电极，以水洗净，用滤纸吸干水分后再进行第二个样品的测定。其中每个样品连续测两次，允许差值0.1个pH单位，取平均值作为本次实验的最终数据。

1.4 分级方法

由于现行的环境质量相关标准中没有土壤的pH值限值，因此根据表1对土壤酸碱度进行分级[8]。根据分级标准，此次调查结果显示耕地为强酸性土壤，林地和景观园林为酸性土壤。

表1 土壤酸碱度分级

1.5 数据处理

采用Excel2007对数据进行处理统计分析。

2 结果与分析

调查区域三种不同功能区的土壤pH值以酸性为主，平均值为5.57，范围在5.15～6.22之间。具体测定结果如表2所示。耕地土壤平均pH值为5.34，范围在5.15～5.49之间，四个不同剖面的土壤pH值中，强酸性土壤占比为75%，酸性占比为25%，说明该区域的耕地土壤以强酸性为主。林地土壤平均pH值为5.51，范围在5.28～5.72之间，四个不同剖面的土壤pH值中，强酸性土壤占比为50%，酸性土壤占比为50%，说明该区域的林地土壤强酸性和酸性各占一半。景观园林土壤平均pH值为5.86，范围在5.46～6.22之间，四个不同剖面的土壤pH值中，强酸性土壤占比为25%，酸性土壤占比为75%，说明该区域的景观园林土壤以酸性为主。

表2 土壤pH值测定结果

2.1 土壤pH值在不同使用功能区的分布特征

某大学校园内外不同使用功能区土壤pH值的大小依次为：景观园林>林地>耕地。首先，肥料的使用和土地利用方式是影响土壤pH值的主要因素之一。三个功能区中只有耕地施用肥料，其中校内耕地根据节气变化种植不同的农作物，采样期间种植的为辣椒，通常灌溉自家收集的尿液，偶而施用氮肥；校外耕地长期种植玉米，一直使用某种含氯化铵的肥料。近年来很多研究[9-10]表明，土壤pH值呈下降趋势与生产中过量施用化肥和土地利用方式的改变密切相关，化肥、农药的长期不正当使用，是导致土壤氮、磷、钾比例失调，造成土壤酸化的主要原因［11］。其次，土壤酸碱性受土壤类型和母质母岩发育的影响，校内外林地和景观园林虽然都不曾使用农药、化肥，但整体依然偏酸性，主要受土壤类型和母质母岩的影响，土体中的岩石矿物经风化后进入土壤，其中含有大量的钙、镁、钾、钠等盐基离子，导致pH值下降[12]。两者土壤类型均为红壤，但母质母岩发育的土壤不同，林地种植的红枫林为板、页岩，景观园林种植的桂花树为砂岩，板、页岩比砂岩更偏好喜酸性植物[13]。

2.2 土壤pH值的垂向分布特征

为了解采样深度对研究区域土壤pH值的影响，本研究分别采集了三个不同功能区两种深度（1～10 cm、10～20 cm）的土壤进行检测分析。结果显示，无论哪种功能区域，土壤pH值都随着检测深度的加深，呈现下降的趋势。分析原因可能有两种：一是土壤的长期使用，土壤中微生物、植物根系生命活动比较活跃，在此过程中不断释放出CO2，溶于水后形成碳酸；二是土壤中的植物残体在微生物作用下，产生多种有机酸。这些因素都能使得土壤向酸性发展[14]。表层土壤虽然受人类活动影响比较大，但由于土壤中的污染物质容易在土壤中吸附、聚集并沉淀，且沉淀后难以去除，其甚至会污染地下水[15]。因此，下层土壤（10～20 cm）的pH值在多种因素影响下，呈现下降趋势。

2.3 交通因素对土壤pH值的影响

为查明交通因素是否会直接影响土壤pH值的大小，本研究选择靠近公路的地区进行采样，对比其土壤pH值与远离交通区域土壤pH值的区别。采样点设在城市主干道和高速公路两边，公路使用年限长，交通流量大，通行包括重型车、中型货车、大货车、大客车、拖拉机、轿车、摩托车等多种形式的车辆。结果显示，靠近公路的土壤pH值都低于远离交通区域土壤的pH值。分析原因首先是由于汽车尾气污染物的排放造成的土壤pH值下降。有研究表明，“车辆运行的尾气排放”，是造成城市环境、空气污染的最主要因素之一[16]。汽车尾气排放的污染物质主要包括NOx、CO、HC、苯并芘、醛类、铅等[17]，由于排气管道的不完全净化，污染物质会进入大气中，而道路两旁的高大建筑物使空气流速减慢，污染物难以得到扩散和净化，因此污染物质一部分会落在树叶上，还有一部分会直接与表层土壤混合，特别是大颗粒会迅速沉降在道路两侧的土壤中[18]。其次，土壤pH值还受到气候的影响，大气中的污染物质会随着降水进入土壤，树冠上的尘埃、盐粒及其 它有机物会随着降水被淋洗下来，一同进入土壤，在土壤生态系统中发生化学反应，形成亚硝酸盐和硝酸盐，导致土壤pH值降低。

3 结论与建议

本文通过调查，得出以下结论与建议：（1）调查区域某大学校园内外土壤pH值整体偏酸性，平均pH值为5.57，范围在5.15～6.22之间，其中耕地土壤pH值呈强酸性，林地和景观园林土壤为酸性土壤。（2）土壤pH值受到多种因素的影响，包括施肥方式、母质母岩、微生物、交通因素以及气候等。（3）化肥农药的不当使用是造成耕地土壤pH值下降的主要原因；林地土壤pH值主要受到母质母岩以及种植的树木类型影响较大；汽车尾气的大量排放不仅会造成大气污染，更是形成酸雨的元凶之一，且会导致土壤朝酸化发展。（4）土壤酸化不仅会造成农作物产量下降，还会造成土壤理化性质的改变，人体直接或间接接触酸化土壤都可能对健康造成危害，因此对土壤酸化有必要采取一定的防控措施。具体措施有：①加大宣传力度，让人们清晰了解土壤酸化的危害，避免出现污水灌溉、垃圾倾倒以及随意堆放等现象。②从源头抓起，各职能部门需加强对排污单位的监管力度。③推广电动新能源汽车代替汽油车，或是改良汽车尾气的过滤系统，执行更严格的排放标准等。④对已经酸化的土壤进行针对性治理，例如在耕地中适当施用生理碱性肥料和有机肥，能够增强土壤的缓冲性，改良土壤结构，改善土壤养分。