宁淮盐高速公路沿线湿地土壤理化因子差异性分析1)

张家洋 王书丽

(新乡学院，新乡，453003)

祝遵凌

(南京林业大学)

曹 剑

(海河水利委员会水土保持处)

湿地土壤是构成湿地生态系统的重要环境因子之一，又是生态系统物质和能量流通的媒介和动力。在特殊的条件下，湿地土壤有着自身独特的发育和形成过程，表现出不同于一般陆地土壤的特殊的生态功能和理化性质，这些功能和性质对湿地生态系统平衡的维持和演替都具有重要作用[1]。土壤理化性质是评价湿地土壤质量的重要内容，是生态系统中极其重要的生态因子，直接影响湿地生态系统的生产力[2]。伴随着湿地生态系统研究的深入，湿地土壤的研究也越来越受到关注。目前，对湿地生态系统的研究主要集中在农田、湖泊以及滨海等湿地的土壤养分、酶活性、土壤动物变化等方面[3－6]，而对高速公路沿线互通区人工湿地土壤物理化学性质研究较少[7]。笔者依托宁淮盐高速公路沿线湿地，对其土壤理化因子进行深入分析，以期探讨在高速公路建设过程中如何加强沿线湿地保护，促进湿地生态系统良性循环。

1 研究方法

采样时间及地点:根据宁淮盐(南京—淮安—盐城)高速公路沿线湿地实际情况，于2008年5、9月份选择新集镇(XJ)、叶湖水库(YH)、朱坝镇(ZB)、马甸镇(MD)、裴刘镇(PL)及冈中乡(GZ)互通区的高速公路两侧距离15～25 m范围内的湿地区域作为研究样地。根据前人研究，湿地土壤的取样深度大多以地下水位作为底限。

土壤剖面的设置:在选定的6个样地内，针对每个样地至少挖掘两个土壤剖面，规格视立地条件而确定，大约为长1.4 ～1.8 m，宽0.7 ～0.9 m，深1.0 ～1.3 m。

土壤样品的采集方法:由下而上(45 cm＜h≤60 cm、30 cm ＜h≤45 cm、20 cm ＜h≤30 cm、10 cm ＜h≤20 cm和0＜h≤10 cm)，分层采集土样，在每层中均匀取样。采集的土样分别装入己经编号的保鲜袋中，质量约1 kg左右。

土壤样品测定指标:测定含水率、机械组成、密度、孔隙度、pH值，以及有机质、全氮、速效磷、速效钾质量分数等。

土壤物理性质测定方法:土壤含水率测定采用烘干法;土壤密度测定采用环刀法;将环刀内的原状土放入水中浸泡24 h后迅速取出称质量，计算土壤总孔隙度;将称质量后的土样放置2 h后再称质量，计算其毛管孔隙度，非毛管孔隙度=总孔隙度－毛管孔隙度;土壤机械组成测定采用比重计法。

土壤化学性质测定方法:采用PHSJ－4A型pH计测定pH值，用重铬酸钾容量法—稀释热法测有机质质量分数，用半微量凯氏法测土壤全氮质量分数，用0.05 mol·L－1NaHCO3比色法测速效磷质量分数，用NH4OAc浸提一火焰光度计法测速效钾质量分数。

数据统计处理:对同类型数据先做平均处理，原始数据的合成、统计分析以及图表制作使用EXCEL2003和SPSSl7.0统计分析软件完成。

2 结果与分析

2.1 土壤物理性质

湿地土壤的蓄水能力与土壤密度和孔隙度状况密切相关，土壤蓄水量与密度负相关，与孔隙度正相关，密度越小，孔隙度越大，蓄水能力越大[8]。对宁淮盐高速公路沿线湿地各互通区研究地的土壤含水量、密度和孔隙度进行测定(见表1)。结果表明，含水量较大的互通区是裴刘(21.10%)和马甸(20.90%)，最少的是岗中(18.65%)，各互通区湿地土壤含水量较高(17.6%以上)且变化幅度小，含水量均值在18.60% ～21.09%;土壤密度是衡量土壤结构优劣的重要指标，土壤密度受土壤机械组成、结构以及有机质质量分数和各种自然因素的影响，各互通区土壤密度均值在 1.25 ～1.54 g·cm－3，其大小排序为:岗中＞朱坝＞新集＞叶湖＞马甸＞裴刘;土壤孔隙度是反映土壤结构的基本指标，一般用土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度表示，三者综合地反映了土壤通气性、透水性和持水能力。各互通区土壤总孔隙度在39.5% ～41.5%，变化不大，朱坝互通区毛管孔隙度最大(35.94%)，新集互通区最小(30.01%)，毛管孔隙度大小依次为:朱坝＞叶湖＞马甸＞裴刘＞冈中＞新集;非毛管孔隙度大小排序为:新集＞裴刘＞冈中＞叶湖＞马甸＞朱坝。有学者研究指出[9－10]，干扰区表层土壤密度比未受干扰参照区有不同程度增加，总孔隙度则相应下降，李辉等[11－12]研究原生状态的湿地被干扰后土壤密度和孔隙度呈现较大变化。本研究地各互通区湿地土壤密度和孔隙度偏离原生状态较大，原因是高速公路建设对湿地有干扰。土壤团粒结构是土壤肥力的物质基础，土壤团聚体是土壤的重要组成部分，不同粒级的微团聚体在营养元素的保持、供应及转化能力等方面发挥着不同的作用[13－14]。土壤机械组成是用3种粒径不同的土壤颗粒所占比例表示的，第一种是砂粒(0.05～1.00 mm)，土壤粒间孔隙大，蓄水量较差;第二种是粉粒(0.005 ～0.05 mm)，呈壤性，是比较理想的土壤;第三种是黏粒(＜0.005 mm)，土壤细粒含量较高，孔隙数量少，水分难以下渗。通过对各互通区土壤机械组成进行测定，结果表明，3种粒径不同的土壤颗粒在各互通区的排序分别为:砂粒，冈中＞朱坝＞裴刘＞马甸＞新集＞叶湖;粉粒，新集＞冈中＞叶湖＞朱坝＞裴刘＞马甸;黏粒，马甸＞裴刘＞叶湖＞朱坝＞新集＞冈中。其中冈中互通砂粒质量分数是叶湖互通的3.28倍，马甸互通区黏粒质量分数(44.48%)是冈中(15.3%)的2.91 倍。

在0～60 cm土壤深度范围内，除了新集和冈中互通各层土壤含水量呈现从表层到深层先减小后增大趋势外，叶湖、朱坝、马甸和裴刘互通逐渐增大。6个互通区土壤剖面0＜h≤20 cm范围密度最小，上下层的变异系数变化不大。随土壤深度增加，总孔隙度、毛管孔隙度变化规律是:新集和裴刘互通区减小，冈中互通区增加，马甸互通区先减小后递增，叶湖互通变化幅度很小，朱坝互通变化规律复杂;对非毛管孔隙度而言，冈中和马甸互通先递减后增加，新集互通则反之，裴刘和朱坝互通区规律性不强，叶湖互通区变化较小。随土壤纵向深度增加，各互通区土壤机械组成变化情况多样，新集和朱坝互通区砂粒质量分数递减，冈中先减小再递增，而叶湖、马坝及裴刘互通区土壤砂粒质量分数先递增再减少;叶湖互通区土壤层次20 cm＜h≤30 cm内砂粒质量分数(7.28%)是剖面45 cm＜h≤60 cm砂粒质量分数(3.65%)的近2倍，冈中互通区土壤砂粒质量分数从表层到深层分别为同层次叶湖互通的4.93、2.44、2.34、2.87 和5.42 倍。新集和冈中互通区土壤粉粒质量分数先增再减，其余4个互通区呈现递减趋势;对黏粒而言，朱坝和马甸互通区呈现递增趋势，土壤层次0＜h≤30 cm内新集、叶湖、裴刘及冈中4互通区土壤黏粒质量分数呈现先递减后增加规律，马甸互通区土壤黏粒质量分数从表层到深层分别为同层次冈中的 2.66、3.30、2.54、3.01 和 3.07 倍。

表1 各互通区土壤物理因子

对不同互通区不同层次土壤物理性质进行多重差异性分析，结果表明，不同互通区的土壤含水量、总孔隙度和非毛管孔隙度差异显著，差异系数分别为 P=0.002，P=0.010，P=0.003;密度、毛管孔隙度、砂粒、粉粒及黏粒差异极显著(P＜0.001);不同层次土壤密度、粉粒和黏粒差异显著，分别为P=0.007，P=0.020，P=0.005;土壤层次对含水量、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度及砂粒质量分数无显著性影响，分别为 P=0.620，P=0.160，P=0.578，P=0.999，P=0.132。

2.2 土壤化学性质

对宁淮盐高速公路沿线湿地各互通区土壤pH值、有机质、全氮、速效磷及速效钾进行测定(见表2)，结果表明，各互通区湿地土壤表现为微酸性或中性，pH 值在 6.86 ～7.11。戴万宏等[15]对中国第二次土壤普查的实测土壤数据统计得出，华东68%的土壤pH值在4.5～5.5的范围内，显然在高速公路建设过程中，大部分湿地土壤为伴有粉煤灰和石灰等物质的客土。湿地土壤有机质主要来源于土壤原有机物的矿化和动植物残体的分解，Meyer等[9]认为土壤有机质是土壤质量的关键因素，因为它影响植被根系发育、土壤孔隙度、水分入渗率等，从而影响湿地生态系统结构和功能。通过对各互通区土壤有机质变化进行分析，结果得出，马甸(35.02 mg·g－1) ＞ 裴刘(34.51 mg·g－1) ＞ 叶湖(24.85 mg·g－1) ＞ 冈中(24.17 mg·g－1) ＞ 新集(20.40 mg·g－1) ＞ 朱坝(19.10 mg·g－1)。湿地土壤的 N 是湿地生态系统中极其重要的生态因子，是湿地营养水平的指示剂，其质量分数显著地影响着湿地生态系统生产力的高低。各互通区土壤全氮质量分数差异明显，裴刘(903.39 μg·g－1)、马甸(894.80 μg·g－1)、叶湖(714.25 μg·g－1)互通区土壤全氮质量分数高，而新集(423.58 μg·g－1)、朱坝(381.92 μg·g－1)和冈中(315.95 μg·g－1)全氮质量分数较低，裴刘全氮质量分数是冈中的2.86倍。磷是生态系统中最重要的生源元素之一，土壤中磷素主要来源于成土母质和动植物残体归还，在很多湿地类型中它都是主要的限制性养分。速效磷是指能为植物直接迅速吸收的磷量，它只占全磷的极小部分，有机磷和无机磷共同维持土壤速效磷的供应。磷又是引起水体富营养化的主要因素之一，湿地能对进入水体中的磷起到一定的截留和阻滞作用，从而减小水体富营养化程度[16]。不同互通区速效磷质量分数变化较大，朱坝互通区速效磷质量分数是裴刘的2倍以上，各互通区速效磷质量分数大小依次为:朱坝(14.46 μg·g－1) ＞ 叶湖(13.29 μg·g－1) ＞ 马甸(12.62 μg·g－1) ＞ 冈中(10.66 μg·g－1) ＞ 新集(9.28 μg·g－1) ＞ 裴刘(6.87 μg·g－1)。湿地土壤中钾主要为矿物的结合态，速效钾(包括水溶性钾和交换性钾)只占全钾的1%左右，这部分钾能很快被植物吸收利用，故称为速效钾。各互通区速效钾均值变化范围为147.25 ～240.72 μg·g－1，其中朱坝(147.25 μg·g－1)和新集(175.00 μg·g－1)质量分数较低，裴刘(207.34 μg·g－1)、马甸(211.85 μg·g－1)、冈中(214.29 μg·g－1)及叶湖(240.72 μg·g－1)质量分数高。马甸、裴刘和叶湖互通区有机质质量分数高，其全氮和速效钾质量分数也高，表现为正相关，而速效磷质量分数低，表现为负相关性，表明有机质质量分数高的土壤速效磷质量分数并不一定高。

在土壤垂直分布上，除了叶湖和冈中互通区表层及剖面45 cm＜h≤60 cm土壤pH值变化幅度达0.6之外，其余互通区土壤pH值垂直变化极小。朱坝、马甸和裴刘互通区土壤有机质从表层到深层基本表现为先减小再增加趋势，而新集、叶湖和冈中先递增再减少。在0＜h≤10 cm土壤深度内，除了新集互通区土壤有机质质量分数低外，其余互通区土壤有机质质量分数均较高。随土壤深度增加，新集、马甸和冈中互通区土壤全氮上下层变化不大，朱坝和裴刘互通区呈现递减趋势，叶湖互通区先增后减，多数互通区表层土壤全氮质量分数高，裴刘互通区0＜h≤10 cm土壤全氮质量分数是朱坝互通区30 cm＜h≤45 cm的3.57倍。各互通区土壤速效磷质量分数20 cm＜h≤30 cm剖面最高，从表层到深层基本呈现先递增再减少趋势，朱坝互通区20 cm＜h≤30 cm土壤速效磷是裴刘30 cm＜h≤45 cm的4.07倍;在0＜h≤60 cm垂直分布上，各互通区土壤速效钾变化幅度小，0＜h≤20 cm土壤深度内速效钾质量分数相对较高。

对不同互通区不同层次土壤化学性质进行多重差异性分析，结果表明，不同互通区的有机质、全氮、速效磷及速效钾差异极显著(P＜0.001)，pH值差异显著(P=0.025);不同层次土壤有机质、全氮和速效钾差异显著，分别为 P=0.014，P=0.009，P=0.007，速效磷差异极显著(P＜0.001)，土壤层次对pH值无显著性影响(P=0.362)。

表2 各互通区土壤化学因子

3 结论与讨论

宁淮盐高速公路沿线各互通区湿地土壤含水量均值在18.60% ～21.09%，土壤密度均值在1.25～1.54 g·cm－3，总孔隙度变化幅度为 39.50% ～ 41.50%，毛管孔隙度总体变化幅度为30.01% ～35.94%，非毛管孔隙度总体变化幅度为5.82% ～9.50%。土壤砂粒、粉粒及黏粒质量分数分别为5.73%～18.72%、48.85% ～ 68.70% 和 15.35% ～ 44.50%。土壤pH值6.86～7.11，为弱酸性或中性。有机质质量分数 19.10 ～35.02 mg·g－1，全氮质量分数315.95 ～903.39 μg·g－1，速效磷质量分数 6.87 ～14.46 μg·g－1，速效钾质量分数 147.25 ～240.72 μg·g－1，基本达到植物生长所需要求。土壤含水量、密度、砂粒、粉粒、黏粒、总孔隙度、毛管、非毛管孔隙度、pH值、有机质、全氮、速效磷和速效钾各因子最小均值分别出现于冈中、新集、叶湖、马甸、冈中、马甸、新集、朱坝及裴刘、朱坝、冈中、裴刘、朱坝互通区，最大值分别出现于裴刘、冈中、冈中、新集、马甸、朱坝、朱坝、新集及朱坝、马甸、裴刘、朱坝、叶湖互通区。

对不同互通区不同层次土壤理化性质进行方差分析，结果表明，不同互通区的土壤含水量、总孔隙度和非毛管孔隙度差异显著，密度、毛管孔隙度、砂粒、粉粒及黏粒差异极显著;不同层次土壤密度、粉粒和黏粒差异显著，土壤层次对含水量、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度及砂粒质量分数无显著性影响。不同互通区的有机质、全氮、速效磷及速效钾差异极显著，pH值差异显著;不同层次土壤有机质、全氮和速效钾差异显著，速效磷差异极显著，土壤层次对pH值无显著性影响。

在垂直分布上，多数互通区各层土壤含水量呈现从表层到深层增大趋势，土壤密度上下层变化幅度小。随土壤纵向深度增加，各互通区土壤孔隙度和机械组成变化情况多样，原因是各互通区湿地在建设时就地取土且扰动较大，还没有形成稳定的土壤组成。各互通区土壤上下层pH变化幅度小，0＜h≤20 cm深度内绝大多数互通区土壤有机质质量分数高，多数互通区表层土壤氮质量分数高。安通伟研究表明[17]，湿地土壤深度加深，pH值升高，有机质和全氮质量分数下降。白军红等对乌兰泡湿地土壤研究显示[18]，有机质及全氮质量分数垂直分异基本趋势是土壤表层向下依次减少。本研究地各互通区湿地土壤pH值垂直分异较复杂，可能是湿地土壤没有形成稳定体系，而有机质和全氮质量分数大体呈现表层向下逐渐减少趋势。各互通区土壤深度20 cm＜h≤30 cm速效磷质量分数最高，赵永强研究安庆沿江湿地土壤营养元素表明[19]，在0＜h≤30 cm剖面上，白荡湖表层土壤有效磷质量分数为亚层总体上显著高于表层(P＜0.05)，菜子湖有效磷质量分数表现为表层总体上显著高于亚层(P＜0.05)，前者与本研究结果相同，但后者与本研究观点不同。熊汉锋等研究得出[20]，湿地表层土壤有效钾质量分数在 72 ～185 μg·g－1，与有机质质量分数无相关性，与黏粒质量分数有关。笔者对各互通区土壤剖面0＜h≤20 cm速效钾研究表明，其质量分数在 153.80 ～ 274.67 μg·g－1，与有机质和黏粒质量分数无相关性。

水分也是植物生长的必要因素之一，但过高的水分对植物生长也有一定的抑制作用，多数互通区湿地土壤含水量相对较大，因此在选择高速公路沿线湿地景观植物时，要考虑植物的耐水湿性。大多数互通区土壤的孔隙度均较高，通透性较好，有利于土壤水分的贮存，能满足多数植物的生长要求。各互通区土壤砂粒、粉粒及黏粒差异极显著，主要是由于在高速公路建设时取土扰动大，还未形成稳定的土壤机械组成，冈中和朱坝互通区湿地土壤砂粒含量高，蓄水量较差，易造成水土流失现象，对此应加强保护。

宁淮盐高速公路沿线湿地互通区土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾差异极显著，主要原因是沿线湿地土壤形成时间较短，微生物和植物凋落物分解较少。同时，沿线湿地土壤全氮、速效磷、速效钾质量分数在绿化植物生长的初期主要由原土壤带来，再加之在运送过程中的扰动使各互通区不同深度土壤全氮、速效磷、速效钾质量分数变化复杂，但随着湿地植物群落向高级发展，植被越来越丰富，有机质迅速分解，微生物大量繁殖，最终向土壤释放的全氮、速效磷、速效钾就会增多。

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