閆 嚴(yán) ，周麗娜 ，常雪羽 ，郝永紅

(1.天津師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，天津300387；2.天津師范大學(xué)天津市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300387；3.保定學(xué)院資源與環(huán)境系，河北保定071000)

土地利用方式反映了人類與自然界之間的相互關(guān)系[1]，是人類利用土地進(jìn)行生產(chǎn)、生活的綜合反映方式，不同土地利用方式是引起土壤環(huán)境變化的因素，土壤的物理及化學(xué)性質(zhì)對(duì)土地利用方式有著深遠(yuǎn)的影響.合理的土地利用方式不但可以促進(jìn)土地的循環(huán)利用而且能夠改善土壤的結(jié)構(gòu)，而不合理的土地利用方式則會(huì)使土壤性狀退化，從而導(dǎo)致生產(chǎn)力下降等問(wèn)題[2].因此，對(duì)不同土地利用類型下的土壤性狀進(jìn)行研究，可以認(rèn)識(shí)土壤養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)變化以及土壤質(zhì)量現(xiàn)狀的優(yōu)劣，同時(shí)對(duì)預(yù)防土壤退化，為土地資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)的依據(jù).

保定是京津冀協(xié)同發(fā)展的中部核心功能區(qū)，具有重要的戰(zhàn)略地位.隨著城市化的不斷發(fā)展，城市建設(shè)占用了大量耕地，為維持本區(qū)域內(nèi)耕地總量動(dòng)態(tài)平衡，人們不斷對(duì)區(qū)域內(nèi)的荒草地或其他生態(tài)用地進(jìn)行開(kāi)墾[3]；公園是城市的重要組成部分，是人們休閑娛樂(lè)場(chǎng)所，在改善城市生態(tài)環(huán)境、美化城市景觀方面起著不可替代的作用[4-5]；公路建設(shè)是城市區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先決條件，而公路養(yǎng)護(hù)設(shè)施中公路綠化帶非常重要，它不但為人類提供了舒適的交通環(huán)境，而且對(duì)保護(hù)路面、減少機(jī)動(dòng)車噪音以及美化城區(qū)環(huán)境等方面具有重大意義[6]；學(xué)校是城市的文化教育基地，承擔(dān)著提高人口素質(zhì)的重要使命，教育用地是城市土地發(fā)展規(guī)劃的重要組成；生活區(qū)在城市中占地面積較大并且與人們的生活息息相關(guān).基于以上5類土地的重要性，本文對(duì)保定市郊耕地、公園、公路綠化帶、學(xué)校和生活區(qū)5種土地利用類型土壤的理化性質(zhì)進(jìn)行研究.

1 研究區(qū)域概況

保定是河北省省轄市，地理位置介于北緯38°10′～40°00′，東經(jīng) 113°40′～116°20′.該地區(qū)處于華北平原北部、河北省中部，屬溫帶季風(fēng)性氣候.這里冬冷夏熱，雨熱同期.土壤類型繁多，共有土壤類型13大類，涵蓋28個(gè)亞類，細(xì)分為118個(gè)土屬及301個(gè)土種，其中褐土是最主要的土壤類型，其次為潮土.多種地形和豐富的土壤類型使該地區(qū)適合多種植物的生長(zhǎng).本文研究區(qū)域土壤以潮褐土為主.

2 材料與方法

2.1 樣品采集與處理

選擇保定的5種土地利用類型，涵蓋市郊耕地、公園、公路綠化帶、學(xué)校和生活區(qū)，共計(jì)21個(gè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)位置示意圖見(jiàn)圖1.

圖1 采樣點(diǎn)示意圖Fig.1 Sketch map of sampling points

圖 1中：市郊耕地(farmland)包括大馬坊村(1)、東尹莊(2)、大西良村(3)、田西良村(4)和河北盛強(qiáng)太陽(yáng)能科技有限公司路南(7)共5個(gè)采樣點(diǎn)；公園(park)包括植物園(5)、竟秀公園(12)、東風(fēng)公園(16)和軍校廣場(chǎng)(17)共4個(gè)采樣點(diǎn)；公路綠化帶(road greenbelt)包括天鵝路(8)、東風(fēng)路(11)、七一路(18)和五四路(21)共4個(gè)采樣點(diǎn)；學(xué)校(school)包括河北金融學(xué)院(6)、華北電力大學(xué)(10)、河北大學(xué)(15)和保定學(xué)院(19)共 4個(gè)采樣點(diǎn)；生活區(qū)(living areas)包括怡園小區(qū)(3)、泰和家園(9)、文華小區(qū)(14)和博士園(20)共4個(gè)采樣點(diǎn).其中：市郊耕地土壤樣本分為0 cm～10 cm和10 cm～20 cm 2層，其他采樣點(diǎn)土樣均為0 cm～10 cm.每個(gè)樣點(diǎn)通過(guò)多點(diǎn)混合采樣.對(duì)同一樣點(diǎn)采集的同層土壤樣品，將其充分混合后裝入密封塑料袋，在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)樣品進(jìn)行去除雜質(zhì)、風(fēng)干、研磨、過(guò)篩后得到0.5 mm的待測(cè)土壤樣品，進(jìn)行物理和化學(xué)性狀的測(cè)定和分析.

2.2 樣品分析方法

根據(jù)中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所的《土壤理化分析》[7]，設(shè)計(jì)樣品實(shí)驗(yàn)方法.

利用烘箱測(cè)定土壤吸濕水(hygroscopic water).在鋁盒中放入5 g篩好的風(fēng)干土壤(每個(gè)樣品稱2份做平行實(shí)驗(yàn))，放入已預(yù)熱的烘箱，烘箱溫度控制在105℃～110℃，連續(xù)烘干8 h.接著，將鋁盒快速放入干燥器中使其冷卻至室溫，然后取出立即測(cè)其質(zhì)量.土壤吸濕水計(jì)算公式為(W1-W2)/(W2-W)×100%，其中：W為鋁盒質(zhì)量(g)；W1為鋁盒加風(fēng)干土質(zhì)量(g)；W2為鋁盒加烘干土質(zhì)量(g).平行測(cè)定結(jié)果用算術(shù)平均值表示.這種方法使得土壤吸著水被蒸發(fā)，而結(jié)構(gòu)水不致破壞，土壤有機(jī)質(zhì)也不致分解.

采用外加熱重鉻酸鉀法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)(organic matter).首先稱取土樣0.1 g～0.5 g，然后用移液管加入重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液5mL，再加入濃硫酸5mL，并搖勻，接著放入溫度為185℃～190℃的石蠟油浴鍋中煮沸5 min，冷卻后用硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)液滴定，直至顏色變?yōu)榘稻G色后進(jìn)行讀數(shù).

采用電極法測(cè)定酸堿度(pH).首先稱取風(fēng)干土10 g，然后加入25mL的0.01 mol/L氯化鈉溶液，振蕩15 min后靜置30 min.接下來(lái)將校正清洗過(guò)的電極浸入被測(cè)液，期間為使溶液均勻搖動(dòng)燒杯，該溶液的pH值即為穩(wěn)定后的儀器讀數(shù).

采用凱氏定氮法測(cè)定銨態(tài)氮(nitrogen).用天平稱取土樣10 g，接著加入氯化鉀溶液50mL，用振蕩機(jī)振蕩30 min，對(duì)振蕩后的溶液進(jìn)行過(guò)濾，然后吸取濾液25mL用定氮儀蒸餾，將蒸餾出來(lái)的液體用硫酸標(biāo)準(zhǔn)液滴定至紫紅色為終點(diǎn)，最后對(duì)儀器進(jìn)行讀數(shù).

采用0.05 mol/L碳酸氫鈉溶液浸提測(cè)定速效磷(available phosphorus).先稱取風(fēng)干土2.5 g，然后加入0.05 mol/L碳酸氫鈉溶液50mL，再加入一勺無(wú)磷活性炭，接下來(lái)在振蕩機(jī)上振蕩30 min，用無(wú)磷濾紙對(duì)震蕩后的溶液進(jìn)行過(guò)濾并吸取濾液10mL，然后在濾液中用滴定管加入蒸餾水35mL，接著用移液管加入鉬銻抗試劑5mL，搖勻放置30 min，最后用700 nm波長(zhǎng)進(jìn)行比色.

以上實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果見(jiàn)表1.

表1 5種土地利用類型的土壤性狀實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Experimental results of soil properties of 5 land utilization types

根據(jù)土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[8]，保定及郊區(qū)的土壤呈微堿性(pH7.5～8.5)；有機(jī)質(zhì)含量處于低水平(10 g/kg～20 g/kg)；速效磷含量處于中等水平(10 mg/kg～20 mg/kg).

2.3 灰色綜合評(píng)估

土地資源的開(kāi)發(fā)利用是一個(gè)由多因素和多層次構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，它是一個(gè)由已知信息和未知信息組成的灰色系統(tǒng)[9].所以對(duì)區(qū)域的土地開(kāi)發(fā)利用狀況進(jìn)行評(píng)估可以使用灰色綜合評(píng)估方法.

灰色綜合評(píng)估方法是基于灰色系統(tǒng)理論的一種評(píng)估方法.首先，以土壤性狀實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表1)為對(duì)象進(jìn)行分析，分別對(duì)各樣本進(jìn)行評(píng)估.由于各指標(biāo)的涵義不同，故各指標(biāo)不能用同一個(gè)界限.根據(jù)各指標(biāo)的意義確定各指標(biāo)的灰類界限值，見(jiàn)表2.

表2 評(píng)估指標(biāo)的類別界限Tab.2 Class boundary of assessment indicators

文獻(xiàn)[10-11]的研究表明，吸濕水、有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、pH、速效磷等5個(gè)指標(biāo)是反映土壤理化性質(zhì)的重要指標(biāo)，本文對(duì)各指標(biāo)權(quán)重均設(shè)為0.2.依據(jù)表2中的類別界限，分別計(jì)算其白化權(quán)函數(shù)，然后乘以各評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重，獲得5個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象(市郊耕地、公園、公路綠化帶、學(xué)校、生活區(qū))的綜合權(quán)系數(shù)矩陣A.

最后用綜合權(quán)系數(shù)矩陣A乘以歸一化權(quán)系數(shù)向量 U=(0.5，0.3，0.2)T，采用百分制計(jì)算出各評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合得分，并由大到小排序.各對(duì)象和綜合得分結(jié)果為：公園(88.28)＞市郊耕地(78.07)＞生活區(qū)(61.75)＞學(xué)校(56.82)＞公路綠化帶(50.57).

3 結(jié)果分析與建議

3.1 結(jié)果分析

公園的土壤性狀灰評(píng)估得分最高，為88.28.這是因?yàn)楣珗@是為城市居民提供休閑、健身的重要場(chǎng)所，其植被和土壤得到了園林部門(mén)的重點(diǎn)養(yǎng)護(hù).公園環(huán)境優(yōu)美，綠化面積大，植被類型多，植被茂盛，土壤肥沃[5].一方面，公園的植物生長(zhǎng)茂盛，部分枯枝落葉進(jìn)入土壤分解形成土壤有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)了土壤中養(yǎng)分的自然更替；另一方面，公園大量有機(jī)物質(zhì)的施用，不但改善了土壤性狀，并且增加了微生物種群的多樣性，從而提高了土壤微生物對(duì)有機(jī)物的分解速度，對(duì)土壤性狀的改善起到了積極的作用.在保定土壤呈弱堿性的大背景下，公園的土壤pH值基本保持了中性，銨態(tài)氮含量最低，其他理化指標(biāo)也較優(yōu)(表1).總之，在人為的積極培育和養(yǎng)護(hù)下，公園土壤的理化性質(zhì)最佳.

耕地土壤的灰評(píng)估得分為78.07，位居第二.耕地的得分較好是因?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)土壤起到保護(hù)與改良的作用.保定市郊耕地的農(nóng)作物大多是小麥、玉米.對(duì)農(nóng)田進(jìn)行不定期的局部施肥和人工施入各種有機(jī)肥料、農(nóng)家肥，為土壤提供了大量的碳.而且作物根系、植被的枯枝落葉、秸稈等都能有效增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量[12]，使得土壤質(zhì)量和肥力較高.保定農(nóng)業(yè)灌溉條件比較粗放，多為大水漫灌，但這對(duì)土壤水分養(yǎng)護(hù)有一定益處.耕地土壤的速效磷含量最低，其余4項(xiàng)理化指標(biāo)處于較好水平(表1).

生活區(qū)土壤的灰評(píng)估得分為61.75，位居第三.人們對(duì)住宅用地的選擇會(huì)有一定的考量，通常生活區(qū)位于距離污染源相對(duì)較遠(yuǎn)的區(qū)域，這樣的區(qū)域植被和土壤狀況都比較好.人們對(duì)生活區(qū)環(huán)境的保護(hù)使這里的土壤環(huán)境在一定程度上得以保持和改善.然而，在生活區(qū)，鍋爐產(chǎn)生的煙塵、生活垃圾以及污水的排放對(duì)土壤環(huán)境有一定影響.在5項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)中，生活區(qū)土壤性狀水平基本居中(表1).評(píng)估結(jié)果與實(shí)際情況相符.

學(xué)校土壤性狀灰評(píng)估得分為56.82，相對(duì)較低.土壤性狀差而不易于耕作的土地常常是校園區(qū)的首選.另外，在校園施工過(guò)程中土壤受到深挖、碾壓、踩踏等影響，這嚴(yán)重破壞了地表植被，土壤理化性質(zhì)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化[13].因?yàn)榇嬖诮ㄖ?、修路等輸入行為，而且學(xué)校經(jīng)常進(jìn)行拆遷修建，所以土壤中常?；煊猩皫r、礫石、碳渣、煤渣、塑料袋以及建筑垃圾、石灰、水泥和磚塊.但由于學(xué)校建成后會(huì)大量恢復(fù)植被覆蓋，枯枝落葉較多，經(jīng)過(guò)分解重新轉(zhuǎn)化補(bǔ)充土壤中的有機(jī)質(zhì)，使得學(xué)校的土壤有機(jī)質(zhì)的含量最高(表1).由此可見(jiàn)，正是由于綠化使校園土壤環(huán)境在一定程度上得以改善，使得土壤質(zhì)量有了一定的恢復(fù).

公路綠化帶土壤的灰評(píng)估得分為50.57，評(píng)估結(jié)果最差.由于公路施工過(guò)程中對(duì)周邊土壤進(jìn)行了人為改造，致使公路綠地土壤太過(guò)緊實(shí)，保水性能差，不利于植物的生長(zhǎng)，而且還會(huì)影響雨水入滲及其土壤水分的分布.汽車尾氣產(chǎn)生的SO2等氣體與空氣中的水汽會(huì)結(jié)合形成酸性物質(zhì)，也容易沉降到公路兩側(cè)，于是大量的有害物積累在土壤中，使土壤中微生物的種類減少，微生物的生理活性降低，因而使得土壤微生物對(duì)有機(jī)物的分解速度變緩.除了汽車尾氣，運(yùn)輸物品的跑冒滴漏也對(duì)公路兩側(cè)土壤造成了污染[14].此外，公路為硬化路面，公路綠化帶內(nèi)裸露土壤面積較小，不利于土壤物質(zhì)與能量的輸入和遷移轉(zhuǎn)化.以上原因造成公路兩側(cè)綠化帶土壤性狀最差.

3.2 建議

灰色評(píng)估結(jié)果分析表明，土地利用類型與土壤理化性質(zhì)具有一定的相關(guān)性，人們對(duì)土地的開(kāi)發(fā)利用在一定程度上會(huì)改變土壤的理化性質(zhì).公園和耕地的土壤理化性質(zhì)較好，主要得益于人們的精心養(yǎng)護(hù)，相反，公路兩側(cè)綠化帶土壤性狀差也是人為影響的結(jié)果.

針對(duì)保定5種土地利用類型土壤性狀評(píng)估結(jié)果，建議在利用過(guò)程中加強(qiáng)土地養(yǎng)護(hù)，以達(dá)到土地資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用的目的.公園管理部門(mén)可以通過(guò)科學(xué)施肥、合理灌溉等措施，補(bǔ)充土壤的養(yǎng)分和水分，為公園的植被提供一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境，從而為人們的休閑娛樂(lè)提供一個(gè)優(yōu)越的環(huán)境.市郊耕地可以通過(guò)逐步提高施用農(nóng)家肥的比例，來(lái)改善土壤的理化性質(zhì)；搞好農(nóng)田水利基本建設(shè)，大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，凈化地表徑流及農(nóng)田灌排水；修建植物緩沖區(qū)，改善土壤內(nèi)部環(huán)境；豐富植被類型，使養(yǎng)護(hù)和利用相結(jié)合.生活區(qū)的土壤需要物業(yè)部門(mén)管理規(guī)范，對(duì)植被進(jìn)行定期的施肥、灌溉，生活垃圾及時(shí)清理，防止土壤污染.學(xué)校要增大綠化面積，栽種適合當(dāng)?shù)赝寥篮铜h(huán)境的喬木、灌木和花草，依據(jù)植物不同生長(zhǎng)期的需水量合理灌溉，加強(qiáng)土壤有機(jī)質(zhì)的循環(huán)，規(guī)范在校人員的日常行為，愛(ài)護(hù)校園的花草樹(shù)木，防止土壤被污染[15].公路綠化帶建設(shè)的關(guān)鍵是防止公路施工過(guò)程中的污染物進(jìn)入綠化帶土壤，要對(duì)前期施工場(chǎng)地的準(zhǔn)備工作嚴(yán)格要求，處理好剩余建筑垃圾，防止水泥、石灰、瀝青等有害物進(jìn)入土壤.對(duì)于需要改良的綠化帶土壤，建議加入一些外來(lái)的優(yōu)質(zhì)土壤，同時(shí)要經(jīng)常深耕來(lái)疏松土壤，以便增加土壤的透氣性，利于植物生長(zhǎng)；同時(shí)在種植階段要選擇適合當(dāng)?shù)貧夂?、土壤環(huán)境的植物，并且要盡可能增加植物品種，豐富植被的多樣性[6].

4 結(jié)論

對(duì)保定主要的5種土地利用類型的土壤性狀進(jìn)行了灰色評(píng)估分析，得到各類型土壤性狀的灰評(píng)估得分，對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行分析并提出合理化建議.灰色系統(tǒng)評(píng)估是一種行之有效的土壤性狀評(píng)估方法，能夠綜合不同土地利用條件下的土壤性狀指標(biāo)，給出量化的評(píng)價(jià)結(jié)果，為土地資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù).

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