舟山本岛及离岛土壤理化性质的研究

朱璐莎，董炎青，金伟星，王丛洁，陈 英

（浙江海洋大学石化与能源工程学院，浙江 舟山 316000）

0 前言

土壤理化性质对地方经济建设和社会发展有着重要作用，通过对土壤理化性质的分析可以了解区域土壤理化性质的空间异质性、土壤肥力、石油污染物分布情况等[1-3]。李冬林等[4]通过测定秦淮河河岸带不同层次土壤 （0～10 cm、10～20 cm 和 20～30 cm）的含水率、孔隙度、pH、有机质等指标对土壤的理化性质的变化作了探究，认为河岸带土壤含水量普遍较高，pH值自源头到中下游逐渐增加，远河岸土壤的总孔隙度高于近河岸，但不同层次土壤总孔隙度差异很小，土壤有机质主要集中在地表，含量随土层增加而显著递减；张过师等[5]利用土壤有机质、pH、Cu、Zn、K、Fe等元素含量在空间分布的差异性对丹江口库区0～20 cm耕层土壤的养分含量进行了分析，认为土壤有机质、Mn、Fe、pH值呈现明显的渐变性分布规律，而全K、有效Zn渐变性分布规律差；门晓晔等[6]探究了总石油烃在土壤中的浓度分布情况，认为地层的渗透系数和有机质含量在阻隔污染扩散和迁移中起到关键作用，直接影响了污染物在空间上的分布。随着舟山群岛新区和中国（浙江）自由贸易试验区的建立，舟山经济将会得到快速发展，因此了解舟山土壤的理化性质十分必要。但是目前对舟山土壤理化性质的研究较少，且土壤性质可受地理位置、降水量、气候和人为等因素的影响[6-8]，因此本文根据《浙江舟山群岛新区（城市）总体规划（2012～2030 年）》，确定舟山几个经济建设的重要区域:六横、岙山和岑港（工业用地）、长峙岛（农业用地）和鲁家峙（生活用地）为研究对象，选取密度、比重、容重、孔隙度、pH、含水率、有机碳含量、水溶性盐含量、氯离子含量等作为研究指标，分别对舟山本岛及附近岛屿（即离岛）的土壤进行了理化分析，为舟山市土地利用和经济建设提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 土壤样品采集

由于地表至地表之下20～30 cm的土壤性质对农业耕种、园林绿化、污染物停滞与迁移的影响最大[9-12]。因此本文主要探究土壤表层下30 cm范围内的土壤理化性质。试验采样时间为十月中旬，气温18℃～24℃，降雨较少，所用土壤分别来源于岙山、岑港、六横、鲁家峙、长峙岛。岙山（附近有修船厂）、岑港和六横（距海约200 m）的土壤均采自油库附近，长峙岛的土壤采自蔬菜种植地（距海约500 m），鲁家峙的土壤采自居民小区内。用200 cm3环刀在土壤垂直方向上取0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm的三个分层原状土样 （分别为表层、中层和低层），并按土层深度进行编号。其中1～3号依次为岙山土样，4～6号为六横的土样，7～9号为鲁家峙的土样，10～12号为岑港镇的土样，13～15号为长峙岛的土样。土壤采集分布如图1所示。

图1 舟山土壤采样点分布Fig．1 Distribution of soil sampling points inZhoushan

1.2 主要试剂

重铬酸钾、硫酸、盐酸、氯化银、硫酸汞等均为分析纯 （国药集团化学试剂有限公司）；ICP多元素标准溶液2（美国SPEX CertiPrep公司）。

1.3 试验方法

1．3．1 试验方法选取

土壤的理化性质测定均按照表1中的标准方法，养分元素（有效 K、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn）的测定采用电感耦合等离子体发射光谱法 （ICPAES）。

表1 土壤试验方法Table 1 Soil test method

1．3．2 ICP-AES 法测定土壤有效营养元素

利用等离子体发射光谱仪 （美国PE公司，Optima 7300V）分析土壤中养分元素（有效K、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn）的含量。将 ICP 多元素标准溶液 2（元素含量 10 mg/L）分别配置成 10 ppb、40 ppb、80 ppb、120 ppb、160 ppb、200 ppb、240 ppb、280 ppb、320 ppb、360 ppb、400 ppb 的混合标准溶液，用5%的HNO3定容至25 mL容量瓶中。分别称取2组待测的风干土样2 g，置于100 mL的消解管中，加入15 mL的HCl（1+1）和5 mL的HNO3（ρ=1．42 g/mL），振荡 30 min 后过滤定容至100 mL。在ICP光谱仪工作条件下，先测定空白溶液（5%HNO3），再分别测定已配制不同浓度的混合标准溶液得到标准曲线，最后分别测定土壤过滤液，得到土壤中养分元素含量。

2 实验结果与分析

2.1 土壤理化性质分析

2．1．1 土壤物理性质分析

表2 舟山土壤的物理性质Table 2 Physical properties of zhoushan soil

表2是舟山5个采样点植被类型以及土壤容重、孔隙度、含水率的空间分布情况。由表2可知，5 个采样点的土壤容重为 0．90～1．29 g/cm3，土壤孔隙度为31．17%～55．14%。土壤容重基本随着土层的增加而小幅增大，而土壤孔隙度则相反；各采样点土壤容重大小关系为鲁家峙＞岙山＞岑港镇＞长峙岛＞六横，孔隙度大小关系为六横＞长峙岛＞鲁家峙＞岙山＞岑港镇，六横的土壤容重最小孔隙度最大，土质最疏松。植物地下根系主要分布在 0～20 cm 的土层，使得浅层（0～20 cm）土壤比较疏松、土壤孔隙度较大，土层深度增加则土壤孔隙度减小。而六横采样点为距海较近的树林，土壤孔隙率受植被根系影响较大[13]，六横采样点土壤较疏松。一般来说种植土壤的孔隙度为≥8%[14]，且根据《土壤养分等级分级标准》，除了六横试验土壤属于过松（＜1．00 g/cm3），其他采样点土壤的容重均属于适宜作物生长的范围 （1．00～1．25 g/cm3）。

由表2可知，舟山采样点土壤的含水率在16．69%～23．36%之间， 各采样点的土壤含水量大小关系为六横＞岑港镇＞鲁家峙＞长峙岛＞岙山，且含水量随着深度的增加而有显著增大。土壤含水率分布变化受季节、海陆距离、地形、气候、降水量、土地利用方式等影响[15-17]，其中海陆距离和降水量对土壤含水量的空间分布影响较大，六横采样点离海岸较近，因此土壤中含水量较高。因土壤采样时间为十月中旬，气温高而降雨较少，土壤表层水分蒸发量较多，土壤含水量随着土壤深度增加而增大。根据干旱程度分级标准，总的说来，舟山本岛及离岛试样土壤的低层（20～30 cm）均处于偏湿（即土壤含水率大于20%）状态，表层和中层土壤的含水量处于适宜程度（即土壤含水率为15%～20%）。

综上所述，舟山土壤的容重和孔隙度绝大部分都在适宜作物生长范围内，通透性良好，且土壤中含水量充分，水利特性较好，耕性适宜。

2．1．2 土壤化学性质分析

土壤pH值、水溶性盐含量、有机碳含量、氯离子含量作为沿海地区土壤重要的化学性质，其化学性质测定结果如图2所示。

图2舟山土壤的化学性质Fig．2 Chemical properties of zhoushan soil

图2 显示了舟山本岛及离岛采样地区土壤化学性质的测定结果。由图2（a）可知，5个采样点的氯离子含量为 38．1～171．6 mg/kg。我国土壤中氯含量平均为 59．6 mg/kg， 一般范围是 37～370 mg/kg[18]，因此土样中氯离子含量略高于我国土壤平均值。可能是取样点距海较近的缘故。从图2（a）可知，各采样点土壤中氯离子含量随土层深度变化甚微，但六横却出现了明显的“低-高-低”分布。可能是六横采样点的土壤孔隙度随土层深度增加而显著下降，且该采样点距海较近，土壤中含水较高，受温度和风力的影响，土壤中的氯离子溶淋下降和蒸发上迁共同作用使得六横采样点的中层土壤的氯离子含量较高。

由图2（b）可知，5个采样点的含盐量（即可溶盐含量）为 1．00～2．67 g/kg，含盐量的大小关系是鲁家峙＞岙山＞岑港镇＞长峙岛＞六横；各采样点的土壤含盐量随土层深度增加无明显的变化规律。根据盐碱地分级标准，鲁家峙和岑港镇采样处的表层、中层土壤中含盐量均为 0．1%～0．2%，属于轻度盐化土壤，其余采样处土壤的含盐量均为0．2%～0．3%，属于中度盐化土壤。 对比图 2（a）和（b）可知，土壤中氯离子的含量多，其相应的可溶性盐含量也就多。对于滨海土壤而言，氯离子是可溶性盐的主要阴离子[19-20]，陈謇[19]研究了温岭市滨海盐土全盐量和氯离子含量的有效关系式，认为两者之间有着极其显著的正相关关系。顾金凤[20]认为山东东营土壤中含盐量与氯离子、硫酸根离子呈显著相关性，且硫酸根例子对土壤含盐量的响应并不灵敏，而氯离子的反应灵敏度高。因此对于滨海土壤一般可通过测定氯离子含量掌握土壤的盐分分布情况[19]，

由图2（c）可知，各采样点土壤中有机碳的含量为 5．86～108．28 g/kg，有机碳含量大小关系为长峙岛＞鲁家峙＞岑港＞六横＞岙山，其中岙山土壤中有机碳含量较低，低于20 g/kg；各采样点土壤的有机碳含量随着土壤深度增加而小幅减少。根据全国第二次土壤普查养分分级标准[21-22]，岙山土壤中有机碳含量为四级水平，其余地区土壤的有机碳均达到了一级水平。这可能是采样点处多为蔬菜种植地和草木地，样品中微生物和植物含量较多，且土壤中含水丰富，土壤有机碳含量丰富[22-24]。

由图 2（d）可知，各采样点土壤的 pH 为 5．64～6．86，均处于弱酸性，土壤pH值大小关系为六横＞岙山＞长峙岛＞岑港＞鲁家峙；土壤pH值随着土层深度的增加变化不大，但长峙岛土壤pH值在垂直空间上变化较为显著。土壤的pH值主要受施肥方式、含盐量、耕作方式、成土母质、土地利用方式以及工业结构等影响[25-28]，因各采样点的盐含量以及氯含量较高，土壤呈弱酸性。长峙岛采样点处为蔬菜种植地，会定期施以肥料和浇水，导致其表层土壤的pH值较低。

综上所述，舟山本岛及离岛地区的土壤呈现弱酸性，属于轻度或中度盐化土壤。土壤中有机碳含量丰富，80%的采样点达到了一级水平，土壤肥力较高[29]。

2.2 土壤有效营养元素分析

表3 舟山土壤中有效营养元素含量分布Table 3 Distribution of available nutrient elements in zhoushan soil

表3是舟山5个采样点土壤中有效营养元素含量分布情况。由表3可知，各采样点土壤中有效 K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu 的含量分别为5．358～39．30 mg/kg、81．06～551．3 mg/kg、15．99～73．86 mg/kg、56．72 ～138．6 mg/kg、7．16 ～13．48 mg/kg、1．031 ～2．067 mg/kg 和 0．11～1．20 mg/kg。 根据《农业土壤养分分级标准》，岑港表层土壤中有效K含量（35．12 mg/kg）比较低，为五级水平，其余采样点表层土壤中有效K含量更低（均＜20 mg/kg），为六级水平；仅鲁家峙和岑港土壤中有效Ca的含量高于 《农业土壤养分分级标准》中的缺Ca临界值（400 mg/kg），土壤中Ca含量较为丰富，而其余采样点均低于临界值，土壤中Ca含量较为缺乏；仅岑港土壤中有效Mg的含量高于缺Mg临界值（60 mg/kg），其余采样点土壤中有效Mg的含量均低于此临界值，土壤中Mg含量较为缺乏；各采样点土壤中有效Fe的含量均为一级（很高）水平（＞20 mg/kg）；各采样点土壤中有效Mn和有效Zn的含量分别为三级（中）水平（5．0～15．0 mg/kg）和二级（高）水平（1．0～3．0mg/kg）；岑港土壤中有效 Cu含量较高（＞1．0 mg/kg），为二级（高）水平（1．0～1．8 mg/kg），岙山土壤中有效 Cu 的含量较低（＜0．2 mg/kg），为四级（低）水平（0．1～0．2 mg/kg），其余采样点土壤中有效Cu的含量均为三级 （中）水平（0．2～1．0 mg/kg）。

从表 3可得知，土壤中 w（有效K）、w（有效Ca）、w（有效 Cu）及 w（有效 Mn）均随土壤深度的增加而减小，这主要因为土壤pH不仅影响沉淀的形成，还对土壤胶体表面对Ca、K等养分元素的吸持有一定影响[30-31]，且随土壤中含水量的增加，养分元素的淋溶性增强并较多呈现为离子态。李仁英等[30]对山东省果园土壤中Cu、Zn元素含量及分布作了探究，认为其随土壤pH值的增大而减小；马国栋[32]认为降水对土壤中K、Ca、Mg、Cu和Zn均有淋溶作用。

综上所述，舟山本岛及离岛区域土壤养分的空间含量分布存在较大差异，其中有效Cu、Mn、Fe含量均较高，但土壤中有效Mg、Ca、K含量普遍缺乏，尤其是有效K含量多为六级水平，是目前土壤养分管理的重点。

2.3 土壤中石油污染物分析

图3 舟山采样土壤中石油类物质含量分布Fig．3 The distribution of petroliferous substances in the sampled soil in zhoushan

由图3可知，土壤中石油类物质含量为34．94～296．44 mg/kg，其中岙山土壤中石油类物质的含量较高，土层20～30 cm处可高达296．44 mg/kg，而鲁家峙土壤中石油类物质含量较低，均小于76 mg/kg。我国土壤和沉积物石油污染的临界值为500 mg/kg，低于200 mg/kg为安全范围[33]，由此可见舟山本岛及离岛采样点土壤中石油类物质均在合理范围内，土壤并没受到污染。从图3可得知，土壤中石油类物质随着土壤深度的增加而减少，但岙山却呈现出显著增加趋势，可能因为油库附近长久经营修船厂油污沉积迁移作用导致深层土壤中石油类物质检测结果较高。且石油污染物在土壤中的吸附能力与土壤有机碳含量有很高相关性[34-35]，这主要是因为石油污染物最佳的吸附位是有机质凭借疏水作用和氢键组成规则的集合体区域。罗磊[34]研究了持久性污染物在土壤中的吸附/解吸情况，认为土壤中菲的吸附都为非线性，且随着土壤有机碳的减少吸附量显著降低；Adam G等[35]认为土壤有机质含量较低会使烃类污染物易于向下迁移，在短时间内纵向扩散较快。根据图2（c）可得知，长峙岛和鲁家峙土壤中有机碳含量较高，土壤对石油污染物的吸附能力较强，而岙山土壤中有机碳含量较低，且随着土壤深度增加呈现出“高-低-高”的分布，因此岙山土壤中的石油烃含量较高且随土壤深度增加而增大。

综上所述，舟山本岛及离岛所取土样中石油类物质含量均在污染安全范围内，并无遭受石油污染。

3 结论

（1）舟山本岛及离岛0～30 cm土壤层的容重为 0．90～1．29 g/cm3、孔隙度为 31．17%～55．14%、含水率为16．69%～23．36%。土壤容重随土层深度的增加而增大，土壤孔隙度和含水量则相反；横向上六横土壤的孔隙度和含水量最高，土质属于过松且偏湿，而其余试样土壤均在适宜作物生长范围内。由此可见舟山土壤结构和通透性良好，且土壤中含水量充分，水利特性较好，耕性适宜。

（2）舟山本岛及离岛表层（0～30 cm）的土壤呈现弱酸性，属于轻度或中度盐化土。土壤中有机碳含量丰富，岙山土壤中有机碳含量为四级水平，其余地区土壤的有机碳均达到了一级水平，土壤肥力较高。

（3）舟山本岛及离岛表层（0～30 cm）土壤中有效Fe含量均为一级（很高）水平，有效Zn为二级（高）水平，有效Mn为三级（中）水平，有效K含量属于低水平。其中仅鲁家峙土壤中的有效Ca含量和岑港土壤中有效Ca、Mg含量达到《农业土壤养分分级标准》中的临界值，不同区域土壤中有效Cu含量的垂直空间含量分布存在较大差异。由此可见舟山土壤中有效Fe、Zn、Cu含量均较高，但土壤中有效Mg、Ca、K含量普遍缺乏，尤其是有效K含量多为六级（很低）水平，是目前土壤养分管理的重点。

（4）舟山本岛及离岛所取土样中石油类物质含量均在污染安全范围内，并无石油污染。