公路运营对防护林土壤pH值的影响

董炜华，胡发财，李沁枚，林 星，张玮薇

(1.长春师范大学科研处，吉林长春130032;2.长春师范大学城市与环境科学学院，吉林长春130032)

高速公路的建设规模逐渐扩大，其对周边环境的影响日益突出。高速公路的建设与运营对沿线环境产生的影响，以往研究主要集中在水土流失、土壤侵蚀、动植物生境破坏和土壤污染等方面［1－6］。高速公路运营过程中，汽车尾气的长期累积，影响土壤理化性质的变化。土壤酸碱度(pH值)是土壤的重要理化指标，影响土壤中元素在土壤圈中的空间分布、迁移、转化和生物的生存与分布。土壤pH值影响植物生长和微生物发育。酸性溶液可使原生矿物分解彻底，碱性溶液下分解缓慢。高等植物和农作物，适宜pH范围5.0～8.0的土壤，土壤微生物适宜微酸性及中性土壤。研究高速公路两侧土壤pH值的动态变化特征，揭示其分布规律，可以为高速公路的生态影响评价、周边环境保护及可持续发展提供科学依据。

1 研究区概况

京哈高速公路德惠路段(125°20'E，44°40'N)，位于吉林省中北部，松辽平原中部腹地。这一路段介于东部山地湿润区与西部半干旱平原区间的过渡带，属中温带大陆性半湿润气候区，四季分明，春季多风干旱，夏季炎热多雨，秋季昼暖夜爽，冬季寒冷漫长。其大陆性气候显著，年平均气温为4.4℃，年降水量为520mm，年平均积温为2851℃，年均日照时数为2695.2h。由于夏季风影响显著，降水量年内季节分配不均，全年降水量集中在夏季，雨热同季有效降水多，能够满足一年一熟农作物生产的需要。土壤80%是肥沃的黑土类，属世界著名的黑土带，土壤肥力高，适合于五谷生长［7］。境内有成条块状分布的以杨树为主的防护林。

2 数据采集与测试分析

2014年5月、7月和10月中下旬，以德惠高速公路为中心，在其东西两侧距离公路5m(A)、20m(B)、100m(C)、200m(D)、400m(E)、800m(F)和1600m(G)的地点随机设置3个1m×1m的采样区，按照0～5cm、5～10cm、10～15cm和15～20cm分层取样，利用环刀采用对角线取样法，将采样区同一层次5点土壤样品混合，装入样品袋，进行标记，带回实验室，共取土壤样品252个。采集回来的土壤样品在实验室进行挑拣、风干、研磨、过筛等制备过程，在室温20～22℃条件下利用FE20实验室pH计进行pH测量。

3 结果与分析

3.1 土壤pH值的水平分布特征

高速公路两侧土壤pH值变化见图1和图2。研究结果表明pH值总的波动范围不大，在7.00～8.00之间，与当地土壤的pH值以中性和偏碱性为主的结论相一致［7］。结合3个季度距高速公路两侧不同距离土壤的pH值结果，发现随着距高速公路距离增加，土壤pH值逐渐增大。高速公路运营过程中大量汽车尾气沉降累积到土壤中，这些气体大部分为酸性气体，有些气体遇水形成酸，离公路越近，土壤的pH值越小，表明公路运营过程中大量汽车尾气中酸性物质的累积对土壤的pH值产生一定影响。

同一年不同季节高速公路东西两侧5月份pH值在距离公路100m处出现最小值，7月份在距离公路20m处出现最小值，10月份在距离公路5m处出现最小值。pH最大值的出现规律与之不同，公路东西两侧10月份出现在距离公路400m处，东侧5月份和7月份pH值的最大值出现在距离公路1600m、西侧5月份和7月份pH值最大值出现在距离公路800m处。pH值的最大值和最小值出现在不同地点，最小值出现在距离公路较近处，最大值出现在较远地点。这可能与汽车尾气中酸性气体的空间沉降差异及降落到土壤中随地表径流及溶解到土壤中随水迁移有关［8－10］。

3.2 土壤pH值的垂直分布特征

将高速公路两侧不同深度土壤pH值的平均值进行比较(图3)。从调查的数据结果发现，随着土壤深度的增加，pH值略增大，原因可能是汽车尾气中酸性气体集中在土壤表层，随降水逐渐迁移到土壤下层。高速公路东侧pH值的平均值比较结果为:10～15cm＞15～20cm＞5～10cm＞0～5cm;西侧:15～20cm＞5～10cm＞10～15cm＞0～5cm。公路不同侧土壤pH值变化规律不同，可能与不同采样点微地形有关。局部地势较低，地表降水形成地表径流汇集到此处，而水中溶解了大量汽车尾气中的酸性气体，随土壤水下渗迁移至不同深度，可能会引起不同深度土壤的pH值下降［10－13］。

图1 不同季节高速公路东侧土壤pH值的变化

图2 不同季节高速公路西侧土壤pH值的变化

3.3 土壤pH值的季节动态特征

对不同季节(5月、7月和10月)高速公路两侧不同地点土壤pH值的平均值进行比较，发现pH值随着季节变化，呈现不同动态变化特征:5月＞10月＞7月。7月份pH值低可能与降水量大有关，该地区全年降水量集中在夏季，雨热同季有效降水多，这可能是引起土壤pH值低的主要原因。5月份和10月份降水量都较少，10月份pH值低于5月份，原因可能在于10月份累积的汽车排放的烟尘中酸性物质多于5月份，而是否与酸性物质的累积时间有关，有待于进一步采集监测数据进行证明。

图3 高速公路东西两侧不同深度土壤pH值的变化

4 结论

公路建设现已成为我国基础设施的投资热点和重点，同时高速公路建设在一定程度上加剧了资源、环境和人口之间的矛盾，生态环境问题日益突出［6－13］。通过对距离德惠高速公路不同地点和不同季节的土壤pH值数据分析发现，随着高速公路的建设与运营，途经区防护林土壤理化性质发生一系列变化。土壤pH值随着距高速公路距离增加，土壤pH值逐渐增大。离公路越近，土壤的pH值越小。随着土壤深度的增加，pH值略增大。pH值随着季节变化，呈现不同动态变化特征:春季＞秋季＞夏季，表明公路运营过程中大量汽车尾气中酸性物质累积对土壤pH值产生影响。今后应进一步加强高速公路周边土壤的动态监测，为高速公路的生态影响评价、保证公路沿线生态防护的持久性及可持续性提供科学有效的数据。

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