城市绿地土壤理化性质和Pb、Cd含量空间分布——以重庆市北碚区为例

武玲珍，傅瓦利，杨红英，詹永锋，王 建，郑荣静

（西南大学 地理科学学院，重庆 400715）

城市是人类文明的产物，是人们利用自然物质创造出来的一种“人工环境”，某种意义上说也是对自然环境的破坏过程。而城市绿地土壤作为其重要一员，为植被提供了生存的自然基地和养分，在城市生态系统的调控中起着重要作用。城市绿地土壤是指出现在城市和城郊地区的、受多种人为活动方式强烈影响的、原有继承特性得到强度改变的土壤，包括农林牧业生产用地及园林用地等用以生长植物的土壤。虽然城市绿地土壤来源于自然土壤或半自然土壤，但其性质、发生、发展、用途不同，在成土环境、成土过程、剖面发育形态、物质组成及养分循环途径等方面均与自然土壤和农业土壤有较大的区别［1］。从形成与性质上讲，城市绿地土壤本质上就是一种泛域的人为土或人为新成土［2］。城市绿地与人们的生活息息相关，城市绿地土壤重金属元素可通过吞食、吸入和皮肤吸收等主要途径进入人体并且土壤环境一旦受到污染，其治理和恢复的难度非常大［3］。

虽然国内外关于土壤养分空间分布的研究很多，大多研究都是以某一种元素为例，具体研究其理化机理，很少有对某个区域多个因素的空间分布及影响因素做整体研究。随着城市化的推进，城市绿地土壤已成为城市生态系统中不可或缺的部分，绿地土壤的研究成果将能够迅速运用到新一轮城市绿地系统规划中去，促进城市总体结构科学规划。因此，本文将以北碚城区为例，进行城市绿地土壤理化性质和重金属Pb、Cd含量空间分布的研究。

1 研究区概况

北碚区属重庆市主城九区之一，全区面积735 km2，总人口64.72万人，是重庆市的小型动力机械和玻璃制品生产基地。其城区被誉为重庆市的“后花园”，位于温汤峡（又称温塘峡）背斜和观音峡背斜之间的北碚向斜。气候上属于亚热带季风性湿润气候。主要土壤类型为紫色土类灰棕紫泥土属，该土属土壤含有机质1.13%～1.70%，全氮0.057%～0.103%，碱解氮44～111 mg／kg。土壤呈微酸性至中性反应。土壤质地大多较适中，土层较疏松，保水保肥能力较强［4］。

北碚区城市绿地率为38.8%，绿化覆盖率为42%，人均公共绿地12 m2。可分为公园绿地、居民区绿地、公路绿地、广场绿地、工厂绿地、校园绿地等类型，各占总面积的22.28%，11.97%，3.73%，0.1%，33.88%，28%。

2 数据来源与分析方法

2.1 采样点的设置与样品采集

根据重庆市北碚区城市绿地土壤的分布，分别在公园绿地、居民区绿地、公路绿地、广场绿地、工厂绿地、校园绿地采样。采取设置样点分层取样的方法，不同绿地类型各设5个或5个以上的样点，每个采样点在l m2范围内，以三角形布设3个样点，在各点处取表层0－15 cm及下层15－25 cm的土壤，把三个取样点取得的土壤一部分装入塑料袋并充分混合（约l kg）均匀放入取土布袋取回，自然晒干待测各项指标；另一部分用已知重量的环刀取回测定土壤样品容重。共计42个样本点，84个样本。土壤样品的采样时间为2008年10月初。

2.2 样品分析

土壤样品分析项目包括容重、有机质、p H值、CEC、Pb和Cd。容重用环刀法测定，有机质用丘林法测定，p H值用酸度计测定法测定，CEC用氯化钡－硫酸法测定［5］。重金属的测定方法为：采用普通酸分解法对样品进行前处理，用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP－OES）进行土壤Pb和Cd的测定［6］。样品测定在西南大学地理科学学院土壤实验室和同位素实验室完成。

2.3 数据处理

数据统计分析主要采用SPSS 13.0分析软件和GIS软件。SPSS 13.0分析软件主要进行各项指标的描述性统计；并采用GIS软件中的反距离权插值法（Inverse Distance Weighted，IDW），从空间上利用研究区域已有的采样点的基本理化性质和重金属Pb、Cd含量数据，来预测区域内除样点外的任何位置的值，利用插值图表征它们在研究区内的空间分布范围。

3 结果与分析

3.1 土壤理化性质和Pb、Cd含量空间分布特征分析

本研究选取42个样点的表层样，测定表层土壤p H、容重、有机质、CEC、Pb和Cd含量，用SPSS进行描述性统计分析，对北碚新老城区42个表层样本点做反距离权差值分析，做出北碚区城市绿地土壤容重、p H、有机质、CEC、Pb和Cd含量分布图。

3.1.1 土壤理化性质和Pb、Cd含量常规统计分析

变异系数是土壤性质的内在反映，能够区别不同土壤理化性质对外界条件的敏感性。变异系数大小可以反映土壤理化性质空间分布的离散程度，离散程度大致可分为三个等级。CV＞100%表示强变异，10%≤CV≤100%表示中等变异，CV＜10%表示弱变异。分析结果表明：城市绿地土壤中有机质、CEC、Cd和Pb的变异系数较大，均在60%以上，差异最小的是p H，为4.23%。这说明土壤有机质、CEC、Cd和Pb相对其均值离散程度较高，观测数据差异性较大；土壤p H相对其均值离散程度较低，观测数据差异性较小。通过分析结果说明有机质、CEC、Cd和Pb受环境因子（植被、人类活动等）影响较大。

表1 重庆市北碚区新老城区土壤理化性质统计特征值

3.1.2 城市绿地土壤理化性质和Pb、Cd含量空间分布特征 从图1中可知，北碚区城市绿地土壤表层容重以面状为主，总体表现出西南部高于东北部的趋势。东北部地区绿地土壤容重大于1.5 g／cm3的面积百分数为24%，西南部地区绿地土壤容重大于1.5 g／cm3的面积百分数为64%。容重的高值中心出现在西部，以工厂和公路为高值中心，其低值中心出现以公园为中心的。

北碚区城市绿地土壤表层p H同样呈现出以面状为主的特征。所有样本点的p H均大于7，西南部地区的绿地土壤p H大于8的面积百分比为70.58%，而东北部为36%，北碚区城市绿地土壤趋于碱性，总体表现出西南部地区高于东北部地区的趋势。其高值中心出现在以公路、工厂和居民区为中心的西南部地区，低值中心位于东北部的公园和校园绿地。

北碚区城市绿地土壤表层有机质同样呈现出以面状为主的特征，且整体上东北部地区高于西南部地区。有机质以东北部地区的公园为高值中心，而最低值多出现在公路、工厂里。

北碚区城市绿地土壤CEC含量呈面状分布，西南部地区绿地土壤CEC含量略高于东北部。相对于北碚区自然土壤的CEC值（10～20 cmol／kg）整个区域CEC含量普遍偏高，CEC高于20 cmol／kg的面积百分比为59%。同时CEC小于10 cmol／kg的面积百分比为12%，绿地土壤CEC含量差异较大。

图1 采用IDW法预测北碚城市绿地土壤中不同指标的空间分布

北碚区城市绿地土壤Cd含量表现出东北部高于西南部的趋势，Cd污染程度大于西南部。东北部形成以工厂为中心的高值区域，而西南部形成以公园为中心的低值区域。西南部高于国家二级标准（0.6 mg／L）［7］的面积百分比为35.29%，东北部为72%。

北碚区城市绿地土壤Pb的分布主要以面状为主，其高值中心主要集中在三个区域，并且主要位于北碚区东北部，形成以工厂、公园、公路为中心的高值区域。东北部高于国家二级标准（350 mg／L）［6］的面积百分比为48%，西南部为23.5%。在东北部，以公园、工厂和公路为高值中心；西南部公园绿地受Pb污染较东北部小，以公路和工厂为高值中心。

结合Pb和Cd的IDW插值图可以看出，北碚区城市绿地土壤Pb和Cd的分布大致相同，二者的高值中心与低值中心大致重合。在Pb的高值中心公路和工厂绿地，也同时出现了Cd的高值中心。

3.2 空间分布特征的影响因素及生态后果分析

3.2.1 影响因素 土壤作为历史自然体，受气候、生物、母质、地形、成土时间及人类活动等因素的影响。而绿地土壤由于人为干预较自然土壤的程度高，受人类活动影响更为显著。

（1）自然因素。北碚区自然土壤类型为紫色土类灰棕紫泥土属为主，受亚热带季风性湿润气候影响，该区应生成的土壤有机质含量较高，土壤呈微酸性至中性，土壤质地大多较适中，土层较疏松，保水保肥能力较强。由于该地有机质对CEC的影响不显著，因此该地CEC主要受土壤黏粒的影响。

（2）人类活动影响。北碚城市西南部地区绿地土壤容重明显高于东北部地区可能是因为建筑与人为活动而受到强烈扰动及压实，北碚城区绿地土壤p H值呈现东北部向西南部地区增大的趋势，可能是由于西南部地区为城市新建区，受建筑废弃物、水泥、砖块和其它碱性混合物中钙释放的影响较大。有机质是东北部高于西南部，可能是由于人为扰动土层、人工施肥、枯枝落叶保留较好以及乔灌草植被类型结合较好且绿地利用时间较长。绿地土壤中的Cd、Pb含量主要来自于人类活动的影响，特别是在工厂、公路等地区。CEC以北碚城区中心为高值中心与土壤颗粒有关。

（3）时间尺度。从时间方面来看，东北部的老城区与西南部新城区相比，绿地土壤随着利用年限的增加，容重降低、p H偏向中性、有机质含量增加，城市绿地土壤有向其所在地自然土壤特性发展的趋势，绿地功能得到较好发挥。而Cd、Pb随城市绿地土壤利用年限的增加，表现为在土壤表层富集的趋势。

3.2.2 生态后果分析 通过对重金属Pb和Cd的空间分布分析，可以看出，随着城市绿地土壤利用年限的增加，Cd、Pb在土壤表层有富集的趋势，与国家标准比较，所有样本点的Pb、Cd含量均高于国家背景值；与土壤环境质量标准（GB15618－1995）相比，Pb、Cd含量均以二级标准为主，高值中心主要集中于工厂和公路附近。Pb是对人体危害极大的一种重金属，它对神经系统、骨骼造血功能、消化系统等均有危害。特别是大脑处于神经系统敏感期的儿童，对铅有特殊的敏感性。Cd能抑制体内各种巯基酶系统，使组织代谢发生障碍，也能损伤局部组织细胞，引起炎症和水肿。

4 结论

北碚城市绿地土壤有机质、CEC、Cd和Pb差异性较大；土壤p H差异性较小。城市绿地土壤空间分布上，容重和p H值都是从西南部地区向东北部地区递减，其低值中心位于东北部的公园；有机质整体偏高，且东北部地区高于西南部地区，高值以东北部公园为中心；CEC含量西南部地区绿地土壤略高于东北部；Cd和Pb以东北部地区高于西南部地区。

绿地土壤在短时间内受到人为干预较自然土壤的程度高，使得土壤容重值偏高，p H值偏碱性，但绿地土壤随着利用年限的增加，容重降低、p H偏向中性、有机质含量增加，城市绿地土壤有向其所在地自然土壤特性发展的趋势，绿地功能得到较好发挥。

与国家标准比较，所有样本点的Pb、Cd含量均高于国家背景值；与土壤环境质量标准（GB15618－1995）相比，Pb、Cd含量均以二级标准为主，高值中心主要集中于工厂和公路附近。虽然它们的危害现在还没有体现出来，但随着时间推移，其对人类和环境的危害性会逐渐体现出来，应引起我们的高度重视。

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

［2］卢瑛，龚子同，张甘霖.南京城市土壤特性及其分类的初步探究［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］重庆市北碚区地方志编撰委员会.北碚自然地理［M］.重庆：西南师范大学出版社，1986：163-164.

［5］傅瓦利.土壤地理学实验实习指导书［M］.重庆：西南大学，2006：15-24.

［6］赵庆令，李清彩.电感耦合等离子体发射光谱法同时测定土壤样品中54种组分［J］.岩矿测试，2011（1）：75-78.

［7］中国标准出版社第二编辑室.中国环境保护标准汇编［M］.北京：中国标准出版社，2000：96-98.