王利英，程 雄，黃文鑫，崔大方

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)華南農(nóng)業(yè)博物館，廣東 廣州 510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)新農(nóng)村發(fā)展研究院，廣東 廣州 510642；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642）

廣東內(nèi)伶仃島土壤調(diào)查與污染評價(jià)

王利英1，程 雄2，黃文鑫3，崔大方1

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)華南農(nóng)業(yè)博物館，廣東 廣州 510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)新農(nóng)村發(fā)展研究院，廣東 廣州 510642；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642）

通過調(diào)查國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)伶仃島的土壤肥力和質(zhì)量狀況，掌握其土壤生產(chǎn)力和環(huán)境質(zhì)量情況，為其生態(tài)保護(hù)和合理利用提供依據(jù)。定點(diǎn)采集土壤剖面樣品并進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析，測定土壤剖面樣品肥力和重金屬含量，并與1997年數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，探討內(nèi)伶仃島不同土壤類型的土壤肥力和重金屬變化情況。與1997年數(shù)據(jù)相比，內(nèi)伶仃島4種類型土壤肥力無明顯變化，土壤pH均有所下降，重金屬含量除鉻外均有不同程度升高，增幅最大的錳達(dá)到362.3%，最低的鉛為29.38%。調(diào)查的4種土壤類型中，變質(zhì)巖赤紅壤肥力狀況較好，濱海沙土和石質(zhì)土肥力較差，整體有酸化趨勢，重金屬含量升高較多但在安全范圍內(nèi)。

內(nèi)伶仃島；土壤資源；理化性質(zhì)；評價(jià)

2016年11月26日，國家海洋局發(fā)布首個(gè)海島統(tǒng)計(jì)調(diào)查公報(bào)。海島作為海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是國家寶貴的資源財(cái)富。海島保護(hù)區(qū)在保護(hù)重要植被資源和生物資源方面以及維持海島經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和資源可持續(xù)利用方面具有重大意義。但由于其面積狹小，地域結(jié)構(gòu)單一，生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱，生物多樣性指數(shù)小，穩(wěn)定性差，極易遭到損害而造成嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題，從而可能破壞良好的生態(tài)系統(tǒng)［1］。我國海島分布不均，呈現(xiàn)南方多、北方少的特點(diǎn)，主要分布在浙江、福建和廣東等地。目前，廣東省有23個(gè)海島自然保護(hù)區(qū)，數(shù)量居全國之首［2］。土壤是植物賴以生存的基礎(chǔ)［3］，作為承納植物和生物存活的載體，其生產(chǎn)力和環(huán)境容量在維持海島生態(tài)平衡方面具有舉足輕重的作用。一方面，土壤作為生態(tài)系統(tǒng)中生物與環(huán)境相互作用的產(chǎn)物，貯存著大量有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀、鈣、鎂等營養(yǎng)物質(zhì)；另一方面，它決定著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和生產(chǎn)力水平［4］。近年來，國內(nèi)對海島土壤生產(chǎn)力和質(zhì)量方面的研究已有很多［5-8］，在廣東省內(nèi)，科研工作者對海島植物群落的研究較多［9-12］，極少涉及對土壤肥力及環(huán)境質(zhì)量的調(diào)查研究，因此完善廣東省海島土壤的科研調(diào)查數(shù)據(jù)很有必要。

內(nèi)伶仃島位于深圳市西南深圳灣外，扼據(jù)珠江口伶仃洋咽喉，1988年被批準(zhǔn)為國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。1997年廣東內(nèi)伶仃島自然資源與生態(tài)研究項(xiàng)目啟動(dòng)，科研工作者對該島土壤資源的數(shù)量、利用狀況、質(zhì)量和存在問題做了調(diào)查和分析。自1997年以來，受自然和人為因素的影響，該島土壤的生產(chǎn)力和環(huán)境質(zhì)量可能出現(xiàn)了不同程度的變化。本研究在前期研究的基礎(chǔ)上增加了對土壤質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)評估，旨在為內(nèi)伶仃島土壤的合理利用和污染預(yù)防提供依據(jù)，并進(jìn)一步掌握內(nèi)伶仃島的土壤環(huán)境狀況和變化趨勢，為該島的生態(tài)保護(hù)和進(jìn)一步開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 內(nèi)伶仃島概況

內(nèi)伶仃島位于廣東珠江口伶仃洋東（22° 24′～22°26′N，113°47′～113°49′E），面積4.98 km2，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫約22℃［13］。該島為花崗巖、變質(zhì)砂巖構(gòu)成的丘陵海島，東半部以花崗巖為主，西半部多為變質(zhì)砂巖。地帶性土壤為赤紅壤，還有濱海沙土、石質(zhì)土和耕作土等。內(nèi)伶仃島幾乎沒有裸地，被各類植被覆蓋，主要植被類型有南亞熱帶常綠闊葉林、南亞熱帶針闊葉混交林、灌木林及草叢、人工林與園地。同時(shí)闊葉林中已出現(xiàn)大量層間植物，灌木林中藤本植物極為豐富［14］。同時(shí)，該島也是國家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物獼猴繁衍棲息的理想場所。按廣東海島土壤的分類系統(tǒng)［15］，內(nèi)伶仃島土壤分為花崗巖赤紅壤、變質(zhì)巖赤紅壤和耕性赤紅壤、濱海沙土和石質(zhì)土等。土壤類型情況見表1。

表1 內(nèi)伶仃島土壤類型及分布［16］

1.2 樣品采集與測定

圖1 內(nèi)伶仃島土壤類型分布

本研究于2015年12月分別在內(nèi)伶仃島的東灣、焦坑灣南、北灣和南灣4個(gè)采樣點(diǎn)（圖1）采集變質(zhì)巖赤紅壤、花崗巖赤紅壤、石質(zhì)土和濱海沙土4種土壤類型的剖面樣品，即0～20、20～40、40～60、60～80 cm土層的土壤各1 kg，風(fēng)干后除去樹根、石礫等，研磨分別過2、1、0.15 mm尼龍篩后于密封袋保存。

土壤pH值測定采用電位法，土壤有機(jī)質(zhì)含量測定采用K2Cr2O4-濃H2SO4外加熱法，土壤全氮、全磷、速效磷測定均參照《土壤農(nóng)化分析》，土壤陽離子交換量測定用乙酸銨交換法，土壤重金屬測定用原子吸收法。重金屬環(huán)境評價(jià)采用國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

采用 Excel 2007 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

表2 土壤pH值及有機(jī)質(zhì)和氮、磷含量

2.1 內(nèi)伶仃島土壤pH值

內(nèi)伶仃島土壤整體偏酸性，花崗巖赤紅壤、變質(zhì)巖赤紅壤、石質(zhì)土、濱海沙土pH值分別為4.53、5.17、5.08、5.75（表2）。1997年4種類型土壤的pH平均值分別為5.00、4.89、5.58、6.30，2016年數(shù)據(jù)與1997年數(shù)據(jù)相比，4種土壤類型的pH值均有所降低，說明內(nèi)伶仃島土壤近20年有酸化趨勢。該地區(qū)濕熱氣候條件，土壤中的淋溶和淀積作用非常強(qiáng)烈，土壤剖面中虧損可溶性鹽、堿金屬和堿土金屬，而明顯富集鐵鋁氧化物和H+，造成土壤pH值降低［17］，且各土壤類型中土壤剖面中平均pH值均顯酸性，這與陳俊堅(jiān)等［18］的研究結(jié)果相同。

2.2 內(nèi)伶仃島土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷含量

土壤化學(xué)性質(zhì)直接影響到土壤的質(zhì)量，其中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效磷是土壤肥力狀況的重要評價(jià)因子。土壤有機(jī)質(zhì)含量的排列順序?yàn)榛◢弾r赤紅壤 （29.86 g/kg）＞變質(zhì)巖赤紅壤（23.20 g/kg）＞石質(zhì)土（20.37 g/kg）＞濱海沙土 （9.48 g/kg），與1997年數(shù)據(jù)相比無明顯變化。有機(jī)質(zhì)的排列順序與pH值剛好相反，這是因?yàn)樗嵝酝寥乐衟H值影響有機(jī)碳的溶解性和土壤的微生物數(shù)量［19］。本結(jié)果與戴萬宏等［19］的研究相吻合，即pH值與有機(jī)質(zhì)間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系?；◢弾r、變質(zhì)巖兩種赤紅壤的全氮含量均高于石質(zhì)土和濱海沙土，分別為1.35、2.02、1.04、0.66 g/kg。在全磷和速效磷方面，赤紅壤也明顯高于濱海沙土和石質(zhì)土，其中石質(zhì)土的磷含量最低。

綜合pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和速效磷5個(gè)指標(biāo)可以看出，變質(zhì)巖赤紅壤肥力狀況較好，花崗巖赤紅壤次之，濱海沙土和石質(zhì)土較差。由表2可知，4種類型土壤的pH值隨著深度的增加略有上升趨勢，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和速效磷含量則隨著剖面深度的增加呈下降趨勢。

2.3 土壤陽離子交換量和交換性鉀、鈉、鈣、鎂

土壤陽離子交換量（CEC）直接反映土壤膠體的表面性質(zhì)和土壤的保肥供肥性能和緩沖能力，其值越大，說明土壤的保肥能力越強(qiáng)［20］。4個(gè)表土樣品中，花崗巖赤紅壤中的交換性鹽基以鈣離子為主，占其交換性鹽基的71.28%；變質(zhì)巖赤紅壤、石質(zhì)土和濱海沙土中的交換性鹽基主要是鎂離子，所占比率分別為46.61%、67.46%和46.25%。陽離子交換量方面，最高的變質(zhì)巖赤紅壤為18.4 cmol/kg，濱海沙土以16.58 cmol/kg次之，而花崗巖赤紅壤和石質(zhì)土均不到最高者的1/2。但花崗巖赤紅土壤的鹽基飽和度卻達(dá)到74.28%，變質(zhì)巖赤紅壤為58.54%，石質(zhì)土和濱海沙土均在10%左右。4種土壤類型間鹽基交換量和陽離子交換量均存在明顯差異，可能是由于土壤質(zhì)地、黏土礦物及pH值不同造成的［21］（表3）。濱海沙土由于靠近海灘，受海水浪花帶來的鹽基離子影響較大，而由于其質(zhì)地在剖面層次差異性不大，其鹽基的淋溶性較強(qiáng)，因此該種土壤類型的交換性鹽基和陽離子交換量在剖面特征上無明顯差異。另外3種土壤由于復(fù)鹽基作用與鹽基的淋溶作用有落差，因此在剖面上也會(huì)有明顯差異。

2.4 內(nèi)伶仃島土壤重金屬含量

廣東近20多年的發(fā)展中，快速的城市化和工業(yè)化進(jìn)程使得土壤以及沉積物中的重金屬含量較歷史水平有明顯提高。由表4可知，4種土壤類型的重金屬含量差異較大。花崗巖赤紅壤中重金屬Pb、Mn含量較高，變質(zhì)巖赤紅壤中重金屬Zn、Cd含量較高，石質(zhì)土中重金屬Cr和 Mn含量較高，濱海沙土中重金屬Cu、Cr含量較高，Zn、Pb含量相對較高。與1997年的數(shù)據(jù)相比，除Cd外，土壤中Zn、Pb、Cu、Cr、Mn含量均有不同程度的升高。將所有土壤平均來看，重金屬M(fèi)n含量增加最多，達(dá)到362.3%，增幅最小的Pb為29.38%?；◢弾r赤紅壤重金屬含量隨著剖面深度的變化表土高于底土，而另外3種土壤類型則相反。

2.5 內(nèi)伶仃島土壤重金屬污染評價(jià)

將我國1995年頒布的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618-1995）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為各項(xiàng)污染物的含量限值對內(nèi)伶仃島的土壤進(jìn)行污染評價(jià)，結(jié)果（表5）表明，內(nèi)伶仃島土壤單因子污染指數(shù)為Mn＞Zn＞Cr＞Cd＞Cu＞Pb，且Mn、Zn、Cr、Cd、Cu、Pb元素的單因子污染指數(shù)均小于1，屬于非污染等級(jí)。

采用單因子指數(shù)評價(jià)法和內(nèi)梅羅指數(shù)綜合評價(jià)法［22］對研究區(qū)土壤進(jìn)行現(xiàn)狀評價(jià)，結(jié)果（表6）顯示，花崗巖赤紅壤、變質(zhì)巖赤紅壤、石質(zhì)土和濱海沙土的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)分別為0.48、0.41、0.38和0.40，均低于0.70，根據(jù)文獻(xiàn)［23］的土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)分級(jí)情況，其污染程度均在安全范圍內(nèi)。

表4 土壤重金屬含量（mg/kg）

表5 土壤重金屬污染評價(jià)

3 結(jié)論與討論

近20年（1997—2015年）來，內(nèi)伶仃島土壤pH值有所下降，有酸化趨勢。該地區(qū)土壤的化學(xué)特點(diǎn)是黏土礦物以高嶺石為主［24］。廣東地區(qū)多降酸雨，土壤酸化的具體過程是酸雨中的氫離子與土壤膠體表面上吸附的鹽基性離子（以鐵、鋁占優(yōu)勢）進(jìn)行交換，而這種酸化一旦形成很難恢復(fù)。由于土壤本身呈酸性，鹽基飽和度低，因此對酸的緩沖能力也弱。內(nèi)伶仃島土壤整體肥力狀況保持良好，其中，赤紅壤肥力狀況和保肥能力較好，石質(zhì)土較差。赤紅壤是島上面積最大的土壤類型，也是獼猴的主要活動(dòng)區(qū)域，對該島土壤的生產(chǎn)力和生態(tài)環(huán)境起著至關(guān)重要的作用，應(yīng)多加保護(hù)，不斷提高其保水、保肥能力，為進(jìn)一步改善內(nèi)伶仃島的水資源和獼猴生存條件發(fā)揮更大作用。

表6 土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量評價(jià)結(jié)果

重金屬作為一類持久性和生物積累性污染物，在土壤沉積物中具有穩(wěn)定性和累積性特征［25］。本研究結(jié)果表明，內(nèi)伶仃島土壤重金屬含量雖在安全范圍內(nèi)，但自1997年以來有大幅上升，尤其是錳含量，上升幅度最大，需引起重視。內(nèi)伶仃島土壤重金屬主要來源于母巖和殘落的生物物質(zhì)［26］，就花崗巖赤紅壤和變質(zhì)巖赤紅壤而言，由于二者母質(zhì)不同，鋅、銅和錳3種重金屬元素含量也相差較大。另外，隨著內(nèi)伶仃島周圍人類活動(dòng)的頻繁，土壤重金屬含量呈現(xiàn)增長的趨勢，由于重金屬在土壤中比較穩(wěn)定，不易隨水淋濾，不被生物降解［27］，一旦形成污染，很難治理。后期研究應(yīng)建立長期的污染物（重金屬、有機(jī)物）監(jiān)測、預(yù)警防控系統(tǒng)和基于風(fēng)險(xiǎn)的土壤環(huán)境質(zhì)量評估與管理體系，同時(shí)監(jiān)測周邊水資源的重金屬含量，以防引起連貫污染。

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（責(zé)任編輯 崔建勛）

Investigation and pollution evaluation of soil in Neilingding Island，Guangdong Province

WANG Li-ying1，CHENG Xiong2，HUANG Wen-xin3，CUI Da-fang1
（1.Southern China Agricultural Museum，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China；2.The New Countryside Development Institute，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China；3.College of Forestry and Landscape Architecture，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China）

In this study，the soil fertility and quality in the Neilingding Island，a national natural conservation area，were investigated to provide a basis for its ecological protection and rational utilization. Samples were collected from soil profiles and analyzed for fertility and total heavy metals，and the results were compared with those of 1997 so as to know soil fertility and total heavy metal changes of 4 types of soils in Neilingding Island. The results showed that fertility did not change apparently，soil pH decreasd to some extent，and total heavy metals except total Cr increased by various degrees，compared with in 1997. For the heavy metals，Mn had the largest increase of 362.3%，while Pb had the smallest of 29.38%. For the 4 types of soils，metamorphic latosolic red soil showed high fertility，while costal sandy soil and rocky soil had low fertility. Generally，the soils had acidification，and the total heavy metals increased considerably，but were still within the safety margin.

Neilingding Island；soil resources；physicochemical property；evaluation

S151.9

A

1004-874X（2017）03-0101-07

2017-01-23

廣東內(nèi)伶仃福田國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局項(xiàng)目（201208）

王利英（1989-），女，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，E-mail：835935788@qq.com

崔大方（1964-），男，博士，教授，E-mail：cuidf@scau.edu.cn

王利英，程雄，黃文鑫，等.廣東內(nèi)伶仃島土壤調(diào)查與污染評價(jià)［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，44（3）：101-107.