武玲珍，傅瓦利，楊紅英，詹永鋒，王 建，鄭榮靜

（西南大學 地理科學學院，重慶 400715）

城市是人類文明的產物，是人們利用自然物質創(chuàng)造出來的一種“人工環(huán)境”，某種意義上說也是對自然環(huán)境的破壞過程。而城市綠地土壤作為其重要一員，為植被提供了生存的自然基地和養(yǎng)分，在城市生態(tài)系統(tǒng)的調控中起著重要作用。城市綠地土壤是指出現在城市和城郊地區(qū)的、受多種人為活動方式強烈影響的、原有繼承特性得到強度改變的土壤，包括農林牧業(yè)生產用地及園林用地等用以生長植物的土壤。雖然城市綠地土壤來源于自然土壤或半自然土壤，但其性質、發(fā)生、發(fā)展、用途不同，在成土環(huán)境、成土過程、剖面發(fā)育形態(tài)、物質組成及養(yǎng)分循環(huán)途徑等方面均與自然土壤和農業(yè)土壤有較大的區(qū)別［1］。從形成與性質上講，城市綠地土壤本質上就是一種泛域的人為土或人為新成土［2］。城市綠地與人們的生活息息相關，城市綠地土壤重金屬元素可通過吞食、吸入和皮膚吸收等主要途徑進入人體并且土壤環(huán)境一旦受到污染，其治理和恢復的難度非常大［3］。

雖然國內外關于土壤養(yǎng)分空間分布的研究很多，大多研究都是以某一種元素為例，具體研究其理化機理，很少有對某個區(qū)域多個因素的空間分布及影響因素做整體研究。隨著城市化的推進，城市綠地土壤已成為城市生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的部分，綠地土壤的研究成果將能夠迅速運用到新一輪城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃中去，促進城市總體結構科學規(guī)劃。因此，本文將以北碚城區(qū)為例，進行城市綠地土壤理化性質和重金屬Pb、Cd含量空間分布的研究。

1 研究區(qū)概況

北碚區(qū)屬重慶市主城九區(qū)之一，全區(qū)面積735 km2，總人口64.72萬人，是重慶市的小型動力機械和玻璃制品生產基地。其城區(qū)被譽為重慶市的“后花園”，位于溫湯峽（又稱溫塘峽）背斜和觀音峽背斜之間的北碚向斜。氣候上屬于亞熱帶季風性濕潤氣候。主要土壤類型為紫色土類灰棕紫泥土屬，該土屬土壤含有機質1.13%～1.70%，全氮0.057%～0.103%，堿解氮44～111 mg／kg。土壤呈微酸性至中性反應。土壤質地大多較適中，土層較疏松，保水保肥能力較強［4］。

北碚區(qū)城市綠地率為38.8%，綠化覆蓋率為42%，人均公共綠地12 m2?？煞譃楣珗@綠地、居民區(qū)綠地、公路綠地、廣場綠地、工廠綠地、校園綠地等類型，各占總面積的22.28%，11.97%，3.73%，0.1%，33.88%，28%。

2 數據來源與分析方法

2.1 采樣點的設置與樣品采集

根據重慶市北碚區(qū)城市綠地土壤的分布，分別在公園綠地、居民區(qū)綠地、公路綠地、廣場綠地、工廠綠地、校園綠地采樣。采取設置樣點分層取樣的方法，不同綠地類型各設5個或5個以上的樣點，每個采樣點在l m2范圍內，以三角形布設3個樣點，在各點處取表層0－15 cm及下層15－25 cm的土壤，把三個取樣點取得的土壤一部分裝入塑料袋并充分混合（約l kg）均勻放入取土布袋取回，自然曬干待測各項指標；另一部分用已知重量的環(huán)刀取回測定土壤樣品容重。共計42個樣本點，84個樣本。土壤樣品的采樣時間為2008年10月初。

2.2 樣品分析

土壤樣品分析項目包括容重、有機質、p H值、CEC、Pb和Cd。容重用環(huán)刀法測定，有機質用丘林法測定，p H值用酸度計測定法測定，CEC用氯化鋇－硫酸法測定［5］。重金屬的測定方法為：采用普通酸分解法對樣品進行前處理，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP－OES）進行土壤Pb和Cd的測定［6］。樣品測定在西南大學地理科學學院土壤實驗室和同位素實驗室完成。

2.3 數據處理

數據統(tǒng)計分析主要采用SPSS 13.0分析軟件和GIS軟件。SPSS 13.0分析軟件主要進行各項指標的描述性統(tǒng)計；并采用GIS軟件中的反距離權插值法（Inverse Distance Weighted，IDW），從空間上利用研究區(qū)域已有的采樣點的基本理化性質和重金屬Pb、Cd含量數據，來預測區(qū)域內除樣點外的任何位置的值，利用插值圖表征它們在研究區(qū)內的空間分布范圍。

3 結果與分析

3.1 土壤理化性質和Pb、Cd含量空間分布特征分析

本研究選取42個樣點的表層樣，測定表層土壤p H、容重、有機質、CEC、Pb和Cd含量，用SPSS進行描述性統(tǒng)計分析，對北碚新老城區(qū)42個表層樣本點做反距離權差值分析，做出北碚區(qū)城市綠地土壤容重、p H、有機質、CEC、Pb和Cd含量分布圖。

3.1.1 土壤理化性質和Pb、Cd含量常規(guī)統(tǒng)計分析

變異系數是土壤性質的內在反映，能夠區(qū)別不同土壤理化性質對外界條件的敏感性。變異系數大小可以反映土壤理化性質空間分布的離散程度，離散程度大致可分為三個等級。CV＞100%表示強變異，10%≤CV≤100%表示中等變異，CV＜10%表示弱變異。分析結果表明：城市綠地土壤中有機質、CEC、Cd和Pb的變異系數較大，均在60%以上，差異最小的是p H，為4.23%。這說明土壤有機質、CEC、Cd和Pb相對其均值離散程度較高，觀測數據差異性較大；土壤p H相對其均值離散程度較低，觀測數據差異性較小。通過分析結果說明有機質、CEC、Cd和Pb受環(huán)境因子（植被、人類活動等）影響較大。

表1 重慶市北碚區(qū)新老城區(qū)土壤理化性質統(tǒng)計特征值

3.1.2 城市綠地土壤理化性質和Pb、Cd含量空間分布特征 從圖1中可知，北碚區(qū)城市綠地土壤表層容重以面狀為主，總體表現出西南部高于東北部的趨勢。東北部地區(qū)綠地土壤容重大于1.5 g／cm3的面積百分數為24%，西南部地區(qū)綠地土壤容重大于1.5 g／cm3的面積百分數為64%。容重的高值中心出現在西部，以工廠和公路為高值中心，其低值中心出現以公園為中心的。

北碚區(qū)城市綠地土壤表層p H同樣呈現出以面狀為主的特征。所有樣本點的p H均大于7，西南部地區(qū)的綠地土壤p H大于8的面積百分比為70.58%，而東北部為36%，北碚區(qū)城市綠地土壤趨于堿性，總體表現出西南部地區(qū)高于東北部地區(qū)的趨勢。其高值中心出現在以公路、工廠和居民區(qū)為中心的西南部地區(qū)，低值中心位于東北部的公園和校園綠地。

北碚區(qū)城市綠地土壤表層有機質同樣呈現出以面狀為主的特征，且整體上東北部地區(qū)高于西南部地區(qū)。有機質以東北部地區(qū)的公園為高值中心，而最低值多出現在公路、工廠里。

北碚區(qū)城市綠地土壤CEC含量呈面狀分布，西南部地區(qū)綠地土壤CEC含量略高于東北部。相對于北碚區(qū)自然土壤的CEC值（10～20 cmol／kg）整個區(qū)域CEC含量普遍偏高，CEC高于20 cmol／kg的面積百分比為59%。同時CEC小于10 cmol／kg的面積百分比為12%，綠地土壤CEC含量差異較大。

圖1 采用IDW法預測北碚城市綠地土壤中不同指標的空間分布

北碚區(qū)城市綠地土壤Cd含量表現出東北部高于西南部的趨勢，Cd污染程度大于西南部。東北部形成以工廠為中心的高值區(qū)域，而西南部形成以公園為中心的低值區(qū)域。西南部高于國家二級標準（0.6 mg／L）［7］的面積百分比為35.29%，東北部為72%。

北碚區(qū)城市綠地土壤Pb的分布主要以面狀為主，其高值中心主要集中在三個區(qū)域，并且主要位于北碚區(qū)東北部，形成以工廠、公園、公路為中心的高值區(qū)域。東北部高于國家二級標準（350 mg／L）［6］的面積百分比為48%，西南部為23.5%。在東北部，以公園、工廠和公路為高值中心；西南部公園綠地受Pb污染較東北部小，以公路和工廠為高值中心。

結合Pb和Cd的IDW插值圖可以看出，北碚區(qū)城市綠地土壤Pb和Cd的分布大致相同，二者的高值中心與低值中心大致重合。在Pb的高值中心公路和工廠綠地，也同時出現了Cd的高值中心。

3.2 空間分布特征的影響因素及生態(tài)后果分析

3.2.1 影響因素 土壤作為歷史自然體，受氣候、生物、母質、地形、成土時間及人類活動等因素的影響。而綠地土壤由于人為干預較自然土壤的程度高，受人類活動影響更為顯著。

（1）自然因素。北碚區(qū)自然土壤類型為紫色土類灰棕紫泥土屬為主，受亞熱帶季風性濕潤氣候影響，該區(qū)應生成的土壤有機質含量較高，土壤呈微酸性至中性，土壤質地大多較適中，土層較疏松，保水保肥能力較強。由于該地有機質對CEC的影響不顯著，因此該地CEC主要受土壤黏粒的影響。

（2）人類活動影響。北碚城市西南部地區(qū)綠地土壤容重明顯高于東北部地區(qū)可能是因為建筑與人為活動而受到強烈擾動及壓實，北碚城區(qū)綠地土壤p H值呈現東北部向西南部地區(qū)增大的趨勢，可能是由于西南部地區(qū)為城市新建區(qū)，受建筑廢棄物、水泥、磚塊和其它堿性混合物中鈣釋放的影響較大。有機質是東北部高于西南部，可能是由于人為擾動土層、人工施肥、枯枝落葉保留較好以及喬灌草植被類型結合較好且綠地利用時間較長。綠地土壤中的Cd、Pb含量主要來自于人類活動的影響，特別是在工廠、公路等地區(qū)。CEC以北碚城區(qū)中心為高值中心與土壤顆粒有關。

（3）時間尺度。從時間方面來看，東北部的老城區(qū)與西南部新城區(qū)相比，綠地土壤隨著利用年限的增加，容重降低、p H偏向中性、有機質含量增加，城市綠地土壤有向其所在地自然土壤特性發(fā)展的趨勢，綠地功能得到較好發(fā)揮。而Cd、Pb隨城市綠地土壤利用年限的增加，表現為在土壤表層富集的趨勢。

3.2.2 生態(tài)后果分析 通過對重金屬Pb和Cd的空間分布分析，可以看出，隨著城市綠地土壤利用年限的增加，Cd、Pb在土壤表層有富集的趨勢，與國家標準比較，所有樣本點的Pb、Cd含量均高于國家背景值；與土壤環(huán)境質量標準（GB15618－1995）相比，Pb、Cd含量均以二級標準為主，高值中心主要集中于工廠和公路附近。Pb是對人體危害極大的一種重金屬，它對神經系統(tǒng)、骨骼造血功能、消化系統(tǒng)等均有危害。特別是大腦處于神經系統(tǒng)敏感期的兒童，對鉛有特殊的敏感性。Cd能抑制體內各種巰基酶系統(tǒng)，使組織代謝發(fā)生障礙，也能損傷局部組織細胞，引起炎癥和水腫。

4 結論

北碚城市綠地土壤有機質、CEC、Cd和Pb差異性較大；土壤p H差異性較小。城市綠地土壤空間分布上，容重和p H值都是從西南部地區(qū)向東北部地區(qū)遞減，其低值中心位于東北部的公園；有機質整體偏高，且東北部地區(qū)高于西南部地區(qū)，高值以東北部公園為中心；CEC含量西南部地區(qū)綠地土壤略高于東北部；Cd和Pb以東北部地區(qū)高于西南部地區(qū)。

綠地土壤在短時間內受到人為干預較自然土壤的程度高，使得土壤容重值偏高，p H值偏堿性，但綠地土壤隨著利用年限的增加，容重降低、p H偏向中性、有機質含量增加，城市綠地土壤有向其所在地自然土壤特性發(fā)展的趨勢，綠地功能得到較好發(fā)揮。

與國家標準比較，所有樣本點的Pb、Cd含量均高于國家背景值；與土壤環(huán)境質量標準（GB15618－1995）相比，Pb、Cd含量均以二級標準為主，高值中心主要集中于工廠和公路附近。雖然它們的危害現在還沒有體現出來，但隨著時間推移，其對人類和環(huán)境的危害性會逐漸體現出來，應引起我們的高度重視。

［1］章家思，徐琪.城市土壤的形成特征及其保護［J］.土壤，1997，29（4）：189-193.

［2］盧瑛，龔子同，張甘霖.南京城市土壤特性及其分類的初步探究［J］.土壤，2001，33（1）：47-51.

［3］Bilos C，Colombo J C，Skorupka C N，et al.Distribution and variability of airborne trace metals in La Plata City area，Argentina［J］.Environmental Pollution，2001，111：149-158.

［4］重慶市北碚區(qū)地方志編撰委員會.北碚自然地理［M］.重慶：西南師范大學出版社，1986：163-164.

［5］傅瓦利.土壤地理學實驗實習指導書［M］.重慶：西南大學，2006：15-24.

［6］趙慶令，李清彩.電感耦合等離子體發(fā)射光譜法同時測定土壤樣品中54種組分［J］.巖礦測試，2011（1）：75-78.

［7］中國標準出版社第二編輯室.中國環(huán)境保護標準匯編［M］.北京：中國標準出版社，2000：96-98.