公路建設對其周邊土壤理化性質(zhì)的影響

董煒華，韓德復，李沁枚，胡發(fā)財，張麗媛

(1.長春師范大學科研處，吉林長春130032;2.長春師范大學生命科學學院，吉林長春130032;3.長春師范大學城市與環(huán)境科學學院，吉林長春130032)

隨著我國高速公路建設規(guī)模的快速增長，公路沿線土壤環(huán)境受到較大的影響。近年來，有關高速公路建設和運營的生態(tài)影響主要集中在對公路沿線植被、動物分布的影響，目前已有對公路建設形成的裸露邊坡的植被恢復、對周邊地區(qū)土壤肥力的影響等方面的研究［1－3］。本文在綜合已有文獻的基礎上，重點分析公路的建設對土壤不同理化性質(zhì)(pH值、孔隙、容重和土壤質(zhì)地)和營養(yǎng)元素(有機質(zhì)、N、P和K)等影響，為科學合理地協(xié)調(diào)高速公路建設和土壤資源保護之間的矛盾，保證地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，保護我們賴以生存的自然環(huán)境提供理論參考。

1 公路的建設對土壤不同理化指標的影響

由于公路建設，大量成片林業(yè)、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)土壤被占用，土壤受人為活動長期持續(xù)擾動，同時伴隨大量人工土體的無序侵入，擾亂公路沿線土壤的發(fā)育層次和土體構(gòu)型，破壞土壤原有的表土層，土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和腐殖質(zhì)層發(fā)生變化［2－6］。公路的建設和運營，車輛排放尾氣的長期累積，土壤物理結(jié)構(gòu)改變，土壤顆粒重新排列，土壤孔隙和容重發(fā)生變化，土壤趨于厭氧環(huán)境，土壤中的養(yǎng)分有效性降低。

土壤孔隙度指土壤中孔隙占土壤總體積的百分率。孔隙的多少關系著土壤的透水性、透氣性、導熱性和緊實度。土壤中各種形狀不同粗細土粒集合和排列成固相骨架，骨架內(nèi)部有寬狹和形狀不同的孔隙，構(gòu)成復雜的孔隙系統(tǒng)。水和空氣共存并充滿于土壤孔隙系統(tǒng)中。因此，土壤孔隙度影響土壤的通氣狀況、氧氣含量以及氧化還原過程，進而影響土壤中養(yǎng)分存在狀態(tài)及轉(zhuǎn)化速率。當充氣孔隙小于10%時，土壤中的生物數(shù)量、種類會減少，會影響植物的正常生長。土壤經(jīng)常處于板結(jié)狀態(tài)，微生物的活動就會受阻，不利于微生物和動物的繁殖及對土壤的有益改造［7］。另外，土壤孔隙度關系到土壤中水分的運動，植物生長需要大量的水分，地下的水分主要通過土壤毛細管運輸?shù)街参锏母?。土壤孔隙度變化對水分的運輸產(chǎn)生不利的影響，必然引起土壤性質(zhì)的變化。

土壤質(zhì)地是指土壤中不同大小直徑的礦物顆粒的組合狀況，是土壤物理性質(zhì)之一。土壤質(zhì)地與土壤通氣、保肥、保水狀況及耕作的難易有密切關系。土壤質(zhì)地一般分為粘土、壤土和砂土三類，其類別和特點主要是繼承了成土母質(zhì)的類型和特點，又受到耕作、施肥、排灌、平整土地等人為因素的影響，是土壤的一種十分穩(wěn)定的自然屬性，對土壤肥力有很大影響。土壤質(zhì)地越粘，保水保肥能力越好，土壤肥力越好;質(zhì)地越砂，漏水漏肥嚴重，肥力越差。土壤質(zhì)地對植物根系生長分布和根系活力有重要影響。由于公路修建及運營，沿線周邊土壤發(fā)生擾動和人類活動干擾，土壤的粘粒、粉砂和砂粒等組成比例發(fā)生明顯變化。人工土壤的無序侵入，使得土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量趨于下降，隨著距離公路的遠近發(fā)生變化，變化規(guī)律不盡相同。已有的研究發(fā)現(xiàn)，由于不同研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、土壤母質(zhì)、氣候、微地形、植被類型和恢復時間等差異，各研究地點土壤理化性質(zhì)和營養(yǎng)元素的變化規(guī)律存在差異［8－10］。

土壤酸堿度對土壤養(yǎng)分的有效性、土壤肥力及植物生長影響很大。對公路修建及運營后周邊土壤pH值進行研究發(fā)現(xiàn)，有些公路周邊土壤pH值有所下降是因為公路的運營，大量汽車尾氣等酸性氣體長期累積于公路兩側(cè)。公路運營過程中，降水較多的濕潤地區(qū)，路面的水分外流后大多匯集到公路兩側(cè)地勢較低處，而水中溶解了大量汽車尾氣等酸性氣體，導致土壤pH值下降，這種現(xiàn)象在公路運營的初期的有些地方還不易觀測到。與之相反，還有些降落較少的干旱地區(qū)，由于公路的長期運營，使得周邊地區(qū)土壤的蒸騰作用增加，底層土壤中的鹽分上返到土壤表層，造成pH值上升［8－10］。Keydoszius等學者對阿拉斯加州北部道爾頓公路周邊森林內(nèi)土壤進行研究發(fā)現(xiàn)，距離公路越遠，土壤pH值和容重減小，土壤水分和養(yǎng)分的變化規(guī)律相反，土層厚度變化規(guī)律不明顯，這和公路建設對周邊土層的破壞、公路運營過程中產(chǎn)生的塵土以及公路周邊新生的植被類型等因素的影響有關［11］。

2 公路的建設對土壤中不同營養(yǎng)元素的影響

公路修建過程中大規(guī)模的機械開挖、開山取石、翻動、取土和植被鏟除等活動會改變周邊土壤原有土體的自然結(jié)構(gòu)，導致土壤結(jié)構(gòu)破壞、土壤密度增大、土壤水分減少、土壤中的有機物質(zhì)和無機養(yǎng)分大量流失以及土壤養(yǎng)分貧乏、生產(chǎn)能力降低等。公路修建后，裸露出土壤質(zhì)量較差的土層自然恢復需要很長時間，距公路較遠處受到的擾動相對較小，主要為施工臨時便道等輕微的干擾［11－12］。公路建設最主要的生態(tài)影響之一為土壤質(zhì)量退化和土壤污染。

交通工具的行駛、公路維護以及運輸材料的散落等，導致公路兩側(cè)土壤的性質(zhì)及其中的化學成分組成等與周邊背景地區(qū)產(chǎn)生顯著差異。公路運營過程期間，滴漏的汽油、機油、被剝蝕的瀝青等有機污染物沿路表進入沿線的水體及土壤，會對當?shù)氐乃|(zhì)及土質(zhì)造成一定程度的污染。另外，像重金屬Pb、Zn、Mn、Cr等污染物不但在公路附近聚集，而且還向遠處遷移。公路建設及車輛產(chǎn)生的污染影響范圍波及周邊地區(qū)。這些污染物質(zhì)在動植物組織中聚集，威脅著動植物的繁殖和生存，并通過食物鏈影響整個生態(tài)系統(tǒng)［13］。

公路建設對周邊土壤質(zhì)量有較大的影響。距離公路的遠近變化，受人為活動影響的程度逐漸發(fā)生變化，土壤各營養(yǎng)元素也發(fā)生不同程度的變化，但不同元素的變化規(guī)律不盡相同。許多高速公路周邊土壤有機質(zhì)不足、普遍缺氮、嚴重缺磷，部分缺鉀。氮、磷、鉀比例嚴重失調(diào)。公路周邊土壤有機質(zhì)、全氮、全鉀表現(xiàn)出距公路距離的增加而增加，在距離公路最近處出現(xiàn)最小值［8，14］。土壤有機質(zhì)與水穩(wěn)性團聚體分形維數(shù)相關性比較顯著，其他土壤理化性質(zhì)與水穩(wěn)性團聚體分形維數(shù)相關性較明顯，說明可以用水穩(wěn)性團聚體表征土壤肥力的高低，此結(jié)論可應用到公路路域土壤質(zhì)量、肥力等方面的研究中［8］。

云南省不同路段公路路域土壤全磷、有效磷和全鉀的變化規(guī)律并不相同，其中大麗段土壤質(zhì)量在距離公路最近處是最大值，距離公路越遠，值越小。大保和保龍段在靠近公路處出現(xiàn)最小值，土壤的營養(yǎng)元素含量隨著距公路距離的增加而增加［8］。莫斯科公路周邊土壤與周邊背景地區(qū)自然土壤相比較，磷具有較明顯在公路邊富集特征，磷素供給達到較高水平，有效磷含量超過植物的需求［8］。我國華南地區(qū)降雨豐富，土壤呈酸性，引起土壤缺磷較嚴重。從對新建高速公路邊坡土壤磷素含量測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，公路邊坡土壤缺磷比較嚴重，不利于以根系固土護坡為主要功能的邊坡植被根系的生長。因此，在進行公路周邊客土改良的時候，特別要注意磷素的補充［10］。

公路旁受損土壤肥力逐漸恢復，人工干擾能夠加速其演化進程。公路建設對土壤肥力影響受植被恢復時間和公路建設時間等因素的制約，研究表明種植不同植被對土壤肥力的恢復進度影響不同［12］。對廣東省多條高速公路邊坡多點取樣，進行土壤肥力測定，其結(jié)果為多數(shù)高速公路邊坡土壤存在pH值過低，酸性過強，有機質(zhì)含量低，磷、鉀等營養(yǎng)元素缺乏等特點。針對以上特點，在高速公路周邊土壤恢復的過程中應加施有機肥，以氮肥為主，磷、鉀為輔，鈣、鎂適當添加，平衡施肥，使養(yǎng)分供給長效和穩(wěn)定［10］。

公路的建設為一些外來物種提供了通道，這些物種由人類、動物、交通工具、風力等各種原因帶入，大量外來物種的生存、繁衍和定殖，改善了公路附近的土壤質(zhì)量。人工土壤受公路建設的影響與自然土壤有差別。土壤養(yǎng)分質(zhì)量越高，受公路建設影響越大［14］。

3 結(jié)語

公路的建設和運營對周邊地區(qū)土壤肥力和理化性質(zhì)產(chǎn)生重要影響，不同地區(qū)的變化規(guī)律并不相同。為了更準確地研究公路的建設和運營對土壤肥力的影響，應進行長期的定位監(jiān)測研究，深入研究高速公路建筑材料或工程措施對周邊土壤理化性質(zhì)、土壤肥力等方面產(chǎn)生的直接影響，進而規(guī)避或減少這些材料或工程措施對周邊土壤肥力的不利影響，提高裸露邊坡土壤自然恢復肥力和植被的能力，在公路建設和營運期應加強管理，將公路建設的不利影響縮減到最小［15］。

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