邵阳市城区不同功能区土壤理化性质特征研究

吕敏，杨香兰

(邵阳学院 城乡建设学院，湖南 邵阳，422000)

城市是地球表面物质的能量交换和信息交流的重要地域空间，是人们生存和进行生产活动的主要场所。随着社会经济的不断发展，城市人口不断增多，人类活动对城市土壤理化性质产生了不同程度的影响，使得土壤肥力下降，土壤污染日益加剧。城市作为人类生存和发展的重要场所，土壤污染会严重危害人体健康。因此，开展城市土壤理化性质特征研究，对于防治城市土壤污染，改善城市生态环境，促进城市生态文明建设具有重要意义[1]。本研究以邵阳市城区为研究对象，采集不同功能区的表层土壤，分析土壤含水率、有机质质量分数、全氮质量分数、速效磷质量分数、pH等理化性质特征及其变化规律，了解邵阳市城区土壤理化性质的空间分布差异，分析理化性质之间的相关性，并结合区域位置和人类活动影响，探讨影响理化性质差异的原因，以便为邵阳市城区土壤污染防治和土地利用规划提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

邵阳市位于湘中偏西南，资江中上游；介于北纬25°58′～27°40′，东经109°49′～112°57′之间，属典型中亚热带湿润季风气候，四季分明，雨热充足，全市年平均气温16.1～17.1℃，年日照时数为1 350～1 670 h。邵阳市属江南丘陵地形区，地形类型多样，以丘陵、山地为主，山地和丘陵约占全市面积的2/3。东南、西南、西北三面环山，南岭山脉最西端之越城岭绵亘南境，雪峰山脉耸峙西、北，中、东部为衡邵丘陵盆地，地势由西向东倾斜，呈向东北敞口的筲箕形。

图1 邵阳市区位和采样点位置图Fig.1 Location map of Shaoyang City and sampling points

1.2 样品采集与前处理

根据邵阳市城市的实际情况，将邵阳市城区划分为4个主要功能区，即休闲区、居民区、道路交通沿线和工业区。在每个功能区中各取 6个代表性采样点，共24个取样点(见图1)。选取城南公园(Site 1)、双清公园(Site 2)、紫薇公园(Site 3)、魏源广场(Site 4)、江北广场(Site 5)和邵阳学院明德广场(Site 6)作为休闲区土壤的研究对象；选取百春园小区(Site 7)、青城国际(Site 8)、盛世嘉园(Site 9)、柏林国际(Site 10)、七里坪小区(Site 11)和福星御景园(Site 12)作为居住区土壤的研究对象；选取宝庆西路(Site 13)、宝庆中路(Site 14)、宝庆东路(Site 15)、邵阳大道(Site 16)、雪峰路(Site 17)和敏州路(Site 18)作为交通沿线土壤的研究对象；选取宝庆工业园(Site 19)、市宝庆水泥厂(Site 20)、市二轻工业机械厂(Site 21)、市玻璃钢厂(Site 22)、市有机化工厂(Site 23)和湘窖酒业(Site 24)作为工业区土壤的研究对象。

土壤采样按多点混合法，休闲区、居民区和工业区的土壤以采样点区域的中间点为中心，用对角线取样法在周围取4点；道路沿线土壤的采集先将道路平均分为5段，然后分段进行土壤采集。土壤采集尽量避开多种土类、多种植被类型和多种母质母岩交错分布的地区，遵循“全面性”和“客观性”原则，避免主观因索。每个采样点的土壤样品均由5个点混合构成，采样深度为 0～30 cm。每个采样点采集1 000 g左右土壤装入聚乙烯塑料袋写好编号并充分混合。将土壤样品搅匀后取100 g左右在105 ℃烘箱中烘干后磨碎，过2 mm筛后保存在自封袋中待测。采样时间为 2019年1—4月份。

1.3 研究方法

土壤有机质质量分数采用重铬酸钾容量-硫酸氧化法测定；土壤全氮质量分数采用凯氏定氮仪测定；土壤速效磷质量分数采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法测定；土壤pH采用电位测定法测定；土壤含水率用烘箱烘干法测定。每个样品3次重复，测量结果取平均值。

以上所有分析试验均在邵阳学院城乡建设学院土壤分析实验室完成。数据处理使用Excel 2010和SPSS 22.0软件进行。

2 结果与分析

2.1 土壤含水率

土壤含水率是土壤的重要物理性质，对植物正常生长发育有着至关重要的影响，与土壤孔隙状况、结构、植被覆盖及气候有关[2-3]。交通、土壤利用方式、土壤表层覆盖物等都会对土壤含水率有重要的影响[4]。由于城市土壤表层堆积了各种垃圾和废弃物质，使土壤变成了城市垃圾处理场所，致使土壤的理化性质随之发生明显变化,见表1。

邵阳市土壤含水率变化幅度在3.3%～5.3%之间。不同功能区含水率变化规律为：工业区(4.44%)、居民区(4.38%)、休闲区(4.05%)、道路交通沿线(4.01%)。总体来看，这4个功能区土壤含水率的变化幅度不大，标准偏差为0.63(见表2)。魏源广场土壤的含水率最低(3.33%)，城南公园土壤的含水率最高(5.34%)。含水率最大和最小值都分布在休闲区，说明休闲区含水率变异程度相对较高，这与休闲区内各采样点的地理位置有关。交通道路沿线土壤的含水率平均值最低，与道路交通用地植物覆盖量较少有关[5-6]，也与道路交通线路土地受到机械压实有关[7]。居民区和工业区土壤的自然含水率相对较高，产生这种现象的原因是居民区植被覆盖率高，地下水相对充足，绿化带有相关工作人员定期浇灌[6-8]。而工业区土壤含水率较高的原因是污水排放量多，但受污染相对较严重[9]。

2.2 土壤有机质质量分数

土壤有机质质量分数能够反映土壤肥力状况，并对土壤的其他理化性质有直接或间接的影响[10]。从表1可以看出，邵阳市4个功能区土壤有机质质量分数范围为1.06～46.02 g/kg，平均值为15.18 g/kg，标准偏差为9.84，变幅较大。

湖南省主要城市园林绿地平均有机质质量分数范围为0.8～19.5 g/kg，平均值为 6.9 g/kg。邵阳市城区有机质质量分数大致处于湖南省土壤有机质质量分数正常范围内，但平均值高于湖南省土壤的平均值。4个功能区土壤有机质质量分数的变化幅度为：居民区(11.29 g/kg)、工业区(12.90 g/kg)、休闲区(16.61 g/kg)、道路交通沿线(19.90 g/kg)。在休闲功能区中，城南公园有机质质量分数明显比其他5个样点的低，因为城南公园处于市中心位置，人流量最大，土壤来源复杂，人为扰动强烈。为了使公园环境保持整洁，覆盖在土壤上的枯枝落叶会被及时处理，能够回归到土壤中的枯枝落叶很少，因此，导致该样点的有机质质量分数较其他样点的低。居民区样点中，七里坪小区和福星御景园的有机质质量分数明显比其他4个采样点的高，其原因为该样点的自然土壤扰动较轻，并有较多的枯枝落叶腐烂分解补充土壤所致。工业区和道路交通沿线的土壤有机质质量分数无明显规律性，表明这些地区土壤受人类活动和工业生产影响严重，生土、熟土相混合，无层次性。

2.3 土壤全氮质量分数

土壤全氮质量分数，是指土壤中各种形式的氮素质量分数的总和，包括有机氮和无机氮质量分数。土壤全氮质量分数是动态变化的，其增长和下降取决于氮素的积累和消耗的相对量，尤其是土壤有机质的生物积累和水解作用[11-13]。

湖南省土壤氮质量分数平均范围大致在0.2～5 g/kg。本文所研究邵阳市4个不同功能区中，土壤全氮质量分数最小值在宝庆水泥厂(0.42 g/kg)，最大值在江北广场(4.62 g/kg)，平均值为1.37 g/kg。最大值和最小值都处于湖南省土壤有机质质量分数正常范围内。不同功能区土壤全氮质量分数的变化趋势为：居民区(3.78 g/kg) 、休闲区(1.78 g/kg)、工业区(1.30 g/kg)、道路交通沿线(0.96 g/kg)。居住区的全氮质量分数较高，原因是居住区的氮素供应水平较高。而道路交通沿线土壤全氮质量分数明显低于其他3个功能区，是由于受交通因素的影响[14-16]。

2.4 土壤pH

土壤酸碱性是土壤的一项重要的基本化学性质，对植物养分吸收和生长有着重要影响[17-19]。土壤酸碱性通常用pH表示，太低或过高的pH都不利于土壤正常的化学反应，pH直接影响土壤中养分的赋存状态、转化和有效性，是影响土壤肥力的重要因素之一[20-21]。从表1可以看出：24个样地土壤的pH变化范围在4.9～6.9之间，平均值为5.8，说明邵阳市城区土壤总体偏酸性。4个不同功能区土壤pH变化趋势为：工业区(5.4)、休闲区(5.6)、道路交通沿线(5.9)、居民区(6.3)，其中工业区属酸性土壤，休闲区、道路交通沿线以及居民区均属于微酸性土壤。工业区的pH最低是因为该功能区排放大量的二氧化硫形成酸雨。宝庆工业园样地的pH最低，为4.9。湖南省主要城市园林绿地pH平均值为7.8，pH范围为4.8～8.9，因此，邵阳市土壤酸碱度属于湖南省正常值范围内。总体而言，邵阳市土壤pH偏酸性，主要原因是邵阳地处南方，气候较为湿热，使得土壤的风化和成土作用强烈，生物物质循环十分迅速。

2.5 土壤速效磷质量分数

土壤速效磷质量分数在一定程度反映了土壤中磷的储存和供应能力，可以表示近期内植物可直接利用磷元素的多寡[20-22]。当磷质量分数较低时，土壤将供磷不足，不利于植物的生长；而高质量分数的磷素对环境也会造成很大威胁，当磷质量分数超过一定的警戒值时，释放到环境中的磷素将急剧增加，从而给城市水体带来潜在的风险[23]。

根据表1分析可知，邵阳市不同功能区土壤中速效磷质量分数存在着较大的差异。4个功能区中土壤速效磷质量分数变化规律为：道路交通沿线(7.3 mg/kg)、居民区(7.1 mg/kg)、工业区(5.0 mg/kg)、休闲区(3.9 mg/kg)。速效磷质量分数最大值11.2 mg/kg，分布在宝庆中路，原因可能跟宝庆路周围的污染程度高有关；速效磷质量分数最小值2.8 mg/kg，为魏源广场，可能跟魏源广场土壤pH为5.3、酸性土壤的磷酸根容易固定磷有关。道路交通沿线与居民区的土壤速效磷质量分数高于总体平均值，与该区交通垃圾和生活垃圾排放较多有关。湖南省土壤速效磷质量分数最高值为 11.77 mg/kg，最低值为 2.28 mg/kg，这说明邵阳市土壤速效磷质量分数在湖南省正常范围内。

表1 邵阳市城区土壤基本理化性质
Table 1 Basic physical and chemical properties of soil in the urban area of Shaoyang City

采样区样地编号有机质质量分数/(g·kg-1)氮质量分数/(g·kg-1)速效磷质量分数/(mg·kg-1)pH含水率/%休闲区Site16.232.245.16.65.34Site218.510.703.75.93.62Site313.031.543.15.53.33Site419.860.702.85.33.33Site518.974.624.25.43.71Site623.060.844.64.94.95平均值16.611.773.95.64.05居民区Site71.063.786.76.44.95Site85.450.708.66.25.12Site93.681.205.36.54.34Site108.640.986.36.63.37Site1127.900.899.56.94.65Site1220.991.045.95.13.84平均值11.293.787.16.34.38道路交通沿线Site135.090.565.65.93.89Site1412.900.7611.25.73.72Site1546.020.928.96.13.80Site1616.771.404.85.84.71Site1726.280.985.86.73.66Site1812.931.127.25.04.27平均值19.900.967.35.94.01工业区Site1916.702.523.24.94.20Site209.840.426.95.04.12Site2112.711.123.95.04.10Site223.830.583.65.34.10Site2315.750.924.96.05.21Site2418.582.247.46.24.90平均值12.901.305.05.44.44

表2 邵阳市城区土壤理化性质描述性统计
Table 2 Descriptive statistics of soil physical and chemical properties in the urban area of Shaoyang City

理化指标最小值最大值平均值标准偏差有机质质量分数(g·kg-1)1.0646.0215.189.84氮质量分数(g·kg-1)0.424.621.371.03速效磷质量分数(mg·kg-1)2.8011.205.802.20含水率/%3.335.344.220.63pH4.906.905.790.64

3 邵阳市城区不同功能区土壤理化性质相关性分析

从表3所示的邵阳市城区土壤主要理化指标的Pearson相关系数可以看出：速效磷与pH呈显著正相关；其他理化参数的相关性不强或不相关。邵阳市城区土壤理化性质相关性不强，原因可能是邵阳市表层土壤受到强烈的人为扰动，各理化性质的来源复杂，且污染源较多，使得各理化性质的结合呈现一定的复杂性[24]。

表3 邵阳市城区土壤各理化指标的Pearson相关分析
Table 3 Pearson correlation analysis of soil physical and chemical indexes in the urban area of Shaoyang City

变量有机质氮含量速效磷pH含水率/%有机质1氮含量-0.1071速效磷0.178-0.1691pH-0.0040.0530.397*1含水率-0.2180.1690.1900.2301

注：N=24；**P< 0.01；*P< 0.05

4 结论

受人类生活和生产活动影响，邵阳市土壤pH偏低，土壤总体呈酸性，局部地区呈较强酸性。有机质质量分数大致处于湖南省土壤有机质质量分数正常范围内，但平均值高于湖南省土壤的平均值。全氮质量分数与速效磷质量分数都处于湖南省土壤的变化范围之内，总体正常。受人为因素影响，地表被压得过于紧实，导致土壤含水率偏低。邵阳市不同功能区土壤含水率、有机质质量分数、氮质量分数、速效磷质量分数等主要理化性质的相关性分析表明，速效磷质量分数与pH呈显著正相关，其他理化参数的相关性不强或不相关。

土壤理化性质特征及其相关性研究对揭示土壤环境质量和人类对土壤的影响有一定的揭示作用；邵阳市的城区土壤理化性质特征表明，由于受到了交通运输、工业活动等强烈的影响，该区域土壤已经受到严重的人为扰动，表层的原始土壤已不复存在。