公路運(yùn)營(yíng)對(duì)防護(hù)林土壤pH值的影響

董煒華，胡發(fā)財(cái)，李沁枚，林 星，張瑋薇

(1.長(zhǎng)春師范大學(xué)科研處，吉林長(zhǎng)春130032;2.長(zhǎng)春師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130032)

高速公路的建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，其對(duì)周邊環(huán)境的影響日益突出。高速公路的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)對(duì)沿線環(huán)境產(chǎn)生的影響，以往研究主要集中在水土流失、土壤侵蝕、動(dòng)植物生境破壞和土壤污染等方面［1－6］。高速公路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，汽車(chē)尾氣的長(zhǎng)期累積，影響土壤理化性質(zhì)的變化。土壤酸堿度(pH值)是土壤的重要理化指標(biāo)，影響土壤中元素在土壤圈中的空間分布、遷移、轉(zhuǎn)化和生物的生存與分布。土壤pH值影響植物生長(zhǎng)和微生物發(fā)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(nóng)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(cè)土壤pH值的動(dòng)態(tài)變化特征，揭示其分布規(guī)律，可以為高速公路的生態(tài)影響評(píng)價(jià)、周邊環(huán)境保護(hù)及可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)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(rùn)區(qū)與西部半干旱平原區(qū)間的過(guò)渡帶，屬中溫帶大陸性半濕潤(rùn)氣候區(qū)，四季分明，春季多風(fēng)干旱，夏季炎熱多雨，秋季晝暖夜爽，冬季寒冷漫長(zhǎng)。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(shí)數(shù)為2695.2h。由于夏季風(fēng)影響顯著，降水量年內(nèi)季節(jié)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(nóng)作物生產(chǎn)的需要。土壤80%是肥沃的黑土類(lèi)，屬世界著名的黑土帶，土壤肥力高，適合于五谷生長(zhǎng)［7］。境內(nèi)有成條塊狀分布的以楊樹(shù)為主的防護(hù)林。

2 數(shù)據(jù)采集與測(cè)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(cè)距離公路5m(A)、20m(B)、100m(C)、200m(D)、400m(E)、800m(F)和1600m(G)的地點(diǎn)隨機(jī)設(shè)置3個(gè)1m×1m的采樣區(qū)，按照0～5cm、5～10cm、10～15cm和15～20cm分層取樣，利用環(huán)刀采用對(duì)角線取樣法，將采樣區(qū)同一層次5點(diǎn)土壤樣品混合，裝入樣品袋，進(jìn)行標(biāo)記，帶回實(shí)驗(yàn)室，共取土壤樣品252個(gè)。采集回來(lái)的土壤樣品在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行挑揀、風(fēng)干、研磨、過(guò)篩等制備過(guò)程，在室溫20～22℃條件下利用FE20實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)進(jìn)行pH測(cè)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤pH值的水平分布特征

高速公路兩側(cè)土壤pH值變化見(jiàn)圖1和圖2。研究結(jié)果表明pH值總的波動(dòng)范圍不大，在7.00～8.00之間，與當(dāng)?shù)赝寥赖膒H值以中性和偏堿性為主的結(jié)論相一致［7］。結(jié)合3個(gè)季度距高速公路兩側(cè)不同距離土壤的pH值結(jié)果，發(fā)現(xiàn)隨著距高速公路距離增加，土壤pH值逐漸增大。高速公路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中大量汽車(chē)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(yùn)營(yíng)過(guò)程中大量汽車(chē)尾氣中酸性物質(zhì)的累積對(duì)土壤的pH值產(chǎn)生一定影響。

同一年不同季節(jié)高速公路東西兩側(cè)5月份pH值在距離公路100m處出現(xiàn)最小值，7月份在距離公路20m處出現(xiàn)最小值，10月份在距離公路5m處出現(xiàn)最小值。pH最大值的出現(xiàn)規(guī)律與之不同，公路東西兩側(cè)10月份出現(xiàn)在距離公路400m處，東側(cè)5月份和7月份pH值的最大值出現(xiàn)在距離公路1600m、西側(cè)5月份和7月份pH值最大值出現(xiàn)在距離公路800m處。pH值的最大值和最小值出現(xiàn)在不同地點(diǎn)，最小值出現(xiàn)在距離公路較近處，最大值出現(xiàn)在較遠(yuǎn)地點(diǎn)。這可能與汽車(chē)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(guān)［8－10］。

3.2 土壤pH值的垂直分布特征

將高速公路兩側(cè)不同深度土壤pH值的平均值進(jìn)行比較(圖3)。從調(diào)查的數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著土壤深度的增加，pH值略增大，原因可能是汽車(chē)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(cè)pH值的平均值比較結(jié)果為:10～15cm＞15～20cm＞5～10cm＞0～5cm;西側(cè):15～20cm＞5～10cm＞10～15cm＞0～5cm。公路不同側(cè)土壤pH值變化規(guī)律不同，可能與不同采樣點(diǎn)微地形有關(guān)。局部地勢(shì)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(chē)尾氣中的酸性氣體，隨土壤水下滲遷移至不同深度，可能會(huì)引起不同深度土壤的pH值下降［10－13］。

圖1 不同季節(jié)高速公路東側(cè)土壤pH值的變化

圖2 不同季節(jié)高速公路西側(cè)土壤pH值的變化

3.3 土壤pH值的季節(jié)動(dòng)態(tài)特征

對(duì)不同季節(jié)(5月、7月和10月)高速公路兩側(cè)不同地點(diǎn)土壤pH值的平均值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)pH值隨著季節(jié)變化，呈現(xiàn)不同動(dòng)態(tài)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(guān)，該地區(qū)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(chē)排放的煙塵中酸性物質(zhì)多于5月份，而是否與酸性物質(zhì)的累積時(shí)間有關(guān)，有待于進(jìn)一步采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行證明。

圖3 高速公路東西兩側(cè)不同深度土壤pH值的變化

4 結(jié)論

公路建設(shè)現(xiàn)已成為我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施的投資熱點(diǎn)和重點(diǎn)，同時(shí)高速公路建設(shè)在一定程度上加劇了資源、環(huán)境和人口之間的矛盾，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益突出［6－13］。通過(guò)對(duì)距離德惠高速公路不同地點(diǎn)和不同季節(jié)的土壤pH值數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，隨著高速公路的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)，途經(jīng)區(qū)防護(hù)林土壤理化性質(zhì)發(fā)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(jié)變化，呈現(xiàn)不同動(dòng)態(tài)變化特征:春季＞秋季＞夏季，表明公路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中大量汽車(chē)尾氣中酸性物質(zhì)累積對(duì)土壤pH值產(chǎn)生影響。今后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)高速公路周邊土壤的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為高速公路的生態(tài)影響評(píng)價(jià)、保證公路沿線生態(tài)防護(hù)的持久性及可持續(xù)性提供科學(xué)有效的數(shù)據(jù)。

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