公路運營對防護林土壤pH值的影響

董煒華，胡發財，李沁枚，林 星，張瑋薇

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

高速公路的建設規模逐漸擴大，其對周邊環境的影響日益突出。高速公路的建設與運營對沿線環境產生的影響，以往研究主要集中在水土流失、土壤侵蝕、動植物生境破壞和土壤污染等方面［1－6］。高速公路運營過程中，汽車尾氣的長期累積，影響土壤理化性質的變化。土壤酸堿度(pH值)是土壤的重要理化指標，影響土壤中元素在土壤圈中的空間分布、遷移、轉化和生物的生存與分布。土壤pH值影響植物生長和微生物發育。酸性溶液可使原生礦物分解徹底，堿性溶液下分解緩慢。高等植物和農作物，適宜pH范圍5.0～8.0的土壤，土壤微生物適宜微酸性及中性土壤。研究高速公路兩側土壤pH值的動態變化特征，揭示其分布規律，可以為高速公路的生態影響評價、周邊環境保護及可持續發展提供科學依據。

1 研究區概況

京哈高速公路德惠路段(125°20'E，44°40'N)，位于吉林省中北部，松遼平原中部腹地。這一路段介于東部山地濕潤區與西部半干旱平原區間的過渡帶，屬中溫帶大陸性半濕潤氣候區，四季分明，春季多風干旱，夏季炎熱多雨，秋季晝暖夜爽，冬季寒冷漫長。其大陸性氣候顯著，年平均氣溫為4.4℃，年降水量為520mm，年平均積溫為2851℃，年均日照時數為2695.2h。由于夏季風影響顯著，降水量年內季節分配不均，全年降水量集中在夏季，雨熱同季有效降水多，能夠滿足一年一熟農作物生產的需要。土壤80%是肥沃的黑土類，屬世界著名的黑土帶，土壤肥力高，適合于五谷生長［7］。境內有成條塊狀分布的以楊樹為主的防護林。

2 數據采集與測試分析

2014年5月、7月和10月中下旬，以德惠高速公路為中心，在其東西兩側距離公路5m(A)、20m(B)、100m(C)、200m(D)、400m(E)、800m(F)和1600m(G)的地點隨機設置3個1m×1m的采樣區，按照0～5cm、5～10cm、10～15cm和15～20cm分層取樣，利用環刀采用對角線取樣法，將采樣區同一層次5點土壤樣品混合，裝入樣品袋，進行標記，帶回實驗室，共取土壤樣品252個。采集回來的土壤樣品在實驗室進行挑揀、風干、研磨、過篩等制備過程，在室溫20～22℃條件下利用FE20實驗室pH計進行pH測量。

3 結果與分析

3.1 土壤pH值的水平分布特征

高速公路兩側土壤pH值變化見圖1和圖2。研究結果表明pH值總的波動范圍不大，在7.00～8.00之間，與當地土壤的pH值以中性和偏堿性為主的結論相一致［7］。結合3個季度距高速公路兩側不同距離土壤的pH值結果，發現隨著距高速公路距離增加，土壤pH值逐漸增大。高速公路運營過程中大量汽車尾氣沉降累積到土壤中，這些氣體大部分為酸性氣體，有些氣體遇水形成酸，離公路越近，土壤的pH值越小，表明公路運營過程中大量汽車尾氣中酸性物質的累積對土壤的pH值產生一定影響。

同一年不同季節高速公路東西兩側5月份pH值在距離公路100m處出現最小值，7月份在距離公路20m處出現最小值，10月份在距離公路5m處出現最小值。pH最大值的出現規律與之不同，公路東西兩側10月份出現在距離公路400m處，東側5月份和7月份pH值的最大值出現在距離公路1600m、西側5月份和7月份pH值最大值出現在距離公路800m處。pH值的最大值和最小值出現在不同地點，最小值出現在距離公路較近處，最大值出現在較遠地點。這可能與汽車尾氣中酸性氣體的空間沉降差異及降落到土壤中隨地表徑流及溶解到土壤中隨水遷移有關［8－10］。

3.2 土壤pH值的垂直分布特征

將高速公路兩側不同深度土壤pH值的平均值進行比較(圖3)。從調查的數據結果發現，隨著土壤深度的增加，pH值略增大，原因可能是汽車尾氣中酸性氣體集中在土壤表層，隨降水逐漸遷移到土壤下層。高速公路東側pH值的平均值比較結果為:10～15cm＞15～20cm＞5～10cm＞0～5cm;西側:15～20cm＞5～10cm＞10～15cm＞0～5cm。公路不同側土壤pH值變化規律不同，可能與不同采樣點微地形有關。局部地勢較低，地表降水形成地表徑流匯集到此處，而水中溶解了大量汽車尾氣中的酸性氣體，隨土壤水下滲遷移至不同深度，可能會引起不同深度土壤的pH值下降［10－13］。

圖1 不同季節高速公路東側土壤pH值的變化

圖2 不同季節高速公路西側土壤pH值的變化

3.3 土壤pH值的季節動態特征

對不同季節(5月、7月和10月)高速公路兩側不同地點土壤pH值的平均值進行比較，發現pH值隨著季節變化，呈現不同動態變化特征:5月＞10月＞7月。7月份pH值低可能與降水量大有關，該地區全年降水量集中在夏季，雨熱同季有效降水多，這可能是引起土壤pH值低的主要原因。5月份和10月份降水量都較少，10月份pH值低于5月份，原因可能在于10月份累積的汽車排放的煙塵中酸性物質多于5月份，而是否與酸性物質的累積時間有關，有待于進一步采集監測數據進行證明。

圖3 高速公路東西兩側不同深度土壤pH值的變化

4 結論

公路建設現已成為我國基礎設施的投資熱點和重點，同時高速公路建設在一定程度上加劇了資源、環境和人口之間的矛盾，生態環境問題日益突出［6－13］。通過對距離德惠高速公路不同地點和不同季節的土壤pH值數據分析發現，隨著高速公路的建設與運營，途經區防護林土壤理化性質發生一系列變化。土壤pH值隨著距高速公路距離增加，土壤pH值逐漸增大。離公路越近，土壤的pH值越小。隨著土壤深度的增加，pH值略增大。pH值隨著季節變化，呈現不同動態變化特征:春季＞秋季＞夏季，表明公路運營過程中大量汽車尾氣中酸性物質累積對土壤pH值產生影響。今后應進一步加強高速公路周邊土壤的動態監測，為高速公路的生態影響評價、保證公路沿線生態防護的持久性及可持續性提供科學有效的數據。

［1］Van Bohemen H D，Janssen W H，Van De Laak.The influence of road infrastructure and traffic on soil，water and air quality［J］.Environmental Management，2003，3⑴:50 －68.

［2］殷秀琴，顧衛，董煒華，等.公路邊坡人工恢復植被后土壤動物群落變化及多樣性［J］.生態學報，2008，28(9):4295－4305.

［3］Swaileh KM，Hussein RM，A bu－Elhaj S.Assessment of heavy metal contamination in roadside surface and vegetation from the westbank［J］.Environment Contamination and Toxicology，2004(47):23 －30.

［4］趙慧，崔寶山，白軍山，等.縱向嶺谷區高速公路對沿線土壤－植物系統的影響［J］.科學通報，2007，52(S2):176－184.

［5］Viard B，Pihan F，Promeyret S，et al.Integrated assessment of heavy metal(Pb，Zn，Cd)highway pollution:bioaccumulation in soil，Graminaceae and land snails［J］.Chemosphere，2004(55):1349－1359.

［6］Forman RTT，Deblinger R D.The ecological road－effect zone of a Massachusetts(USA)suburban highway［J］.Conservation Biology，2000，14(1):36 －46.

［7］好搜百科.德惠［EB/OL］.(2013－06 －03)［2014－07－11］.http://baike.haosou.com/doc/5511440－5747193.html.

［8］趙淑青，崔保山，高麗娜，等.縱向嶺谷區公路建設對沿線地區土壤質量的影響［J］.科學通報，2007，52(S2):166－175.

［9］陳友光，陳振雄，柯玉詩，等.廣東地區高速公路邊坡生態防護的土壤肥力調查與改良對策［J］.公路，2008(6):200－204.

［10］董煒華，韓德復，李沁梅，等.公路建設對其周邊土壤理化性質的影響［J］.長春師范大學學報:自然科學版，2015，34(2):87－89.

［11］孔德秀，姜守俊.高速公路兩側土壤污染的實例分析［J］.廣東公路交通，2008(3):38－40.

［12］秦瑩，婁翼來，姜勇，等.沈哈高速公路兩側土壤重金屬污染特征及評價［J］.農業環境科學學報，2009，28(4):663－667.

［13］Li M S，Luo Y P，Su Z Y.Heavy mental concentrations in soils and plant accumulation in restored manganese mineland in Guangxi，South China［J］.Environmental Pollution，2006，8(6):1 －8.