保定不同土地利用類型土壤性狀的灰色綜合評估

閆 嚴 ，周麗娜 ，常雪羽 ，郝永紅

(1.天津師范大學地理與環境科學學院，天津300387；2.天津師范大學天津市水資源與水環境重點實驗室，天津300387；3.保定學院資源與環境系，河北保定071000)

土地利用方式反映了人類與自然界之間的相互關系[1]，是人類利用土地進行生產、生活的綜合反映方式，不同土地利用方式是引起土壤環境變化的因素，土壤的物理及化學性質對土地利用方式有著深遠的影響.合理的土地利用方式不但可以促進土地的循環利用而且能夠改善土壤的結構，而不合理的土地利用方式則會使土壤性狀退化，從而導致生產力下降等問題[2].因此，對不同土地利用類型下的土壤性狀進行研究，可以認識土壤養分的動態變化以及土壤質量現狀的優劣，同時對預防土壤退化，為土地資源的可持續開發利用提供科學的依據.

保定是京津冀協同發展的中部核心功能區，具有重要的戰略地位.隨著城市化的不斷發展，城市建設占用了大量耕地，為維持本區域內耕地總量動態平衡，人們不斷對區域內的荒草地或其他生態用地進行開墾[3]；公園是城市的重要組成部分，是人們休閑娛樂場所，在改善城市生態環境、美化城市景觀方面起著不可替代的作用[4-5]；公路建設是城市區域經濟發展的先決條件，而公路養護設施中公路綠化帶非常重要，它不但為人類提供了舒適的交通環境，而且對保護路面、減少機動車噪音以及美化城區環境等方面具有重大意義[6]；學校是城市的文化教育基地，承擔著提高人口素質的重要使命，教育用地是城市土地發展規劃的重要組成；生活區在城市中占地面積較大并且與人們的生活息息相關.基于以上5類土地的重要性，本文對保定市郊耕地、公園、公路綠化帶、學校和生活區5種土地利用類型土壤的理化性質進行研究.

1 研究區域概況

保定是河北省省轄市，地理位置介于北緯38°10′～40°00′，東經 113°40′～116°20′.該地區處于華北平原北部、河北省中部，屬溫帶季風性氣候.這里冬冷夏熱，雨熱同期.土壤類型繁多，共有土壤類型13大類，涵蓋28個亞類，細分為118個土屬及301個土種，其中褐土是最主要的土壤類型，其次為潮土.多種地形和豐富的土壤類型使該地區適合多種植物的生長.本文研究區域土壤以潮褐土為主.

2 材料與方法

2.1 樣品采集與處理

選擇保定的5種土地利用類型，涵蓋市郊耕地、公園、公路綠化帶、學校和生活區，共計21個采樣點，采樣點位置示意圖見圖1.

圖1 采樣點示意圖Fig.1 Sketch map of sampling points

圖 1中：市郊耕地(farmland)包括大馬坊村(1)、東尹莊(2)、大西良村(3)、田西良村(4)和河北盛強太陽能科技有限公司路南(7)共5個采樣點；公園(park)包括植物園(5)、竟秀公園(12)、東風公園(16)和軍校廣場(17)共4個采樣點；公路綠化帶(road greenbelt)包括天鵝路(8)、東風路(11)、七一路(18)和五四路(21)共4個采樣點；學校(school)包括河北金融學院(6)、華北電力大學(10)、河北大學(15)和保定學院(19)共 4個采樣點；生活區(living areas)包括怡園小區(3)、泰和家園(9)、文華小區(14)和博士園(20)共4個采樣點.其中：市郊耕地土壤樣本分為0 cm～10 cm和10 cm～20 cm 2層，其他采樣點土樣均為0 cm～10 cm.每個樣點通過多點混合采樣.對同一樣點采集的同層土壤樣品，將其充分混合后裝入密封塑料袋，在實驗室中對樣品進行去除雜質、風干、研磨、過篩后得到0.5 mm的待測土壤樣品，進行物理和化學性狀的測定和分析.

2.2 樣品分析方法

根據中國科學院南京土壤研究所的《土壤理化分析》[7]，設計樣品實驗方法.

利用烘箱測定土壤吸濕水(hygroscopic water).在鋁盒中放入5 g篩好的風干土壤(每個樣品稱2份做平行實驗)，放入已預熱的烘箱，烘箱溫度控制在105℃～110℃，連續烘干8 h.接著，將鋁盒快速放入干燥器中使其冷卻至室溫，然后取出立即測其質量.土壤吸濕水計算公式為(W1-W2)/(W2-W)×100%，其中：W為鋁盒質量(g)；W1為鋁盒加風干土質量(g)；W2為鋁盒加烘干土質量(g).平行測定結果用算術平均值表示.這種方法使得土壤吸著水被蒸發，而結構水不致破壞，土壤有機質也不致分解.

采用外加熱重鉻酸鉀法測定土壤有機質(organic matter).首先稱取土樣0.1 g～0.5 g，然后用移液管加入重鉻酸鉀標準溶液5mL，再加入濃硫酸5mL，并搖勻，接著放入溫度為185℃～190℃的石蠟油浴鍋中煮沸5 min，冷卻后用硫酸亞鐵標準液滴定，直至顏色變為暗綠色后進行讀數.

采用電極法測定酸堿度(pH).首先稱取風干土10 g，然后加入25mL的0.01 mol/L氯化鈉溶液，振蕩15 min后靜置30 min.接下來將校正清洗過的電極浸入被測液，期間為使溶液均勻搖動燒杯，該溶液的pH值即為穩定后的儀器讀數.

采用凱氏定氮法測定銨態氮(nitrogen).用天平稱取土樣10 g，接著加入氯化鉀溶液50mL，用振蕩機振蕩30 min，對振蕩后的溶液進行過濾，然后吸取濾液25mL用定氮儀蒸餾，將蒸餾出來的液體用硫酸標準液滴定至紫紅色為終點，最后對儀器進行讀數.

采用0.05 mol/L碳酸氫鈉溶液浸提測定速效磷(available phosphorus).先稱取風干土2.5 g，然后加入0.05 mol/L碳酸氫鈉溶液50mL，再加入一勺無磷活性炭，接下來在振蕩機上振蕩30 min，用無磷濾紙對震蕩后的溶液進行過濾并吸取濾液10mL，然后在濾液中用滴定管加入蒸餾水35mL，接著用移液管加入鉬銻抗試劑5mL，搖勻放置30 min，最后用700 nm波長進行比色.

以上實驗所得結果見表1.

表1 5種土地利用類型的土壤性狀實驗結果Tab.1 Experimental results of soil properties of 5 land utilization types

根據土壤養分分級標準[8]，保定及郊區的土壤呈微堿性(pH7.5～8.5)；有機質含量處于低水平(10 g/kg～20 g/kg)；速效磷含量處于中等水平(10 mg/kg～20 mg/kg).

2.3 灰色綜合評估

土地資源的開發利用是一個由多因素和多層次構成的復雜系統，它是一個由已知信息和未知信息組成的灰色系統[9].所以對區域的土地開發利用狀況進行評估可以使用灰色綜合評估方法.

灰色綜合評估方法是基于灰色系統理論的一種評估方法.首先，以土壤性狀實驗結果(表1)為對象進行分析，分別對各樣本進行評估.由于各指標的涵義不同，故各指標不能用同一個界限.根據各指標的意義確定各指標的灰類界限值，見表2.

表2 評估指標的類別界限Tab.2 Class boundary of assessment indicators

文獻[10-11]的研究表明，吸濕水、有機質、銨態氮、pH、速效磷等5個指標是反映土壤理化性質的重要指標，本文對各指標權重均設為0.2.依據表2中的類別界限，分別計算其白化權函數，然后乘以各評估指標的權重，獲得5個評價對象(市郊耕地、公園、公路綠化帶、學校、生活區)的綜合權系數矩陣A.

最后用綜合權系數矩陣A乘以歸一化權系數向量 U=(0.5，0.3，0.2)T，采用百分制計算出各評價對象的綜合得分，并由大到小排序.各對象和綜合得分結果為：公園(88.28)＞市郊耕地(78.07)＞生活區(61.75)＞學校(56.82)＞公路綠化帶(50.57).

3 結果分析與建議

3.1 結果分析

公園的土壤性狀灰評估得分最高，為88.28.這是因為公園是為城市居民提供休閑、健身的重要場所，其植被和土壤得到了園林部門的重點養護.公園環境優美，綠化面積大，植被類型多，植被茂盛，土壤肥沃[5].一方面，公園的植物生長茂盛，部分枯枝落葉進入土壤分解形成土壤有機質，促進了土壤中養分的自然更替；另一方面，公園大量有機物質的施用，不但改善了土壤性狀，并且增加了微生物種群的多樣性，從而提高了土壤微生物對有機物的分解速度，對土壤性狀的改善起到了積極的作用.在保定土壤呈弱堿性的大背景下，公園的土壤pH值基本保持了中性，銨態氮含量最低，其他理化指標也較優(表1).總之，在人為的積極培育和養護下，公園土壤的理化性質最佳.

耕地土壤的灰評估得分為78.07，位居第二.耕地的得分較好是因為農業生產對土壤起到保護與改良的作用.保定市郊耕地的農作物大多是小麥、玉米.對農田進行不定期的局部施肥和人工施入各種有機肥料、農家肥，為土壤提供了大量的碳.而且作物根系、植被的枯枝落葉、秸稈等都能有效增加土壤的有機質含量[12]，使得土壤質量和肥力較高.保定農業灌溉條件比較粗放，多為大水漫灌，但這對土壤水分養護有一定益處.耕地土壤的速效磷含量最低，其余4項理化指標處于較好水平(表1).

生活區土壤的灰評估得分為61.75，位居第三.人們對住宅用地的選擇會有一定的考量，通常生活區位于距離污染源相對較遠的區域，這樣的區域植被和土壤狀況都比較好.人們對生活區環境的保護使這里的土壤環境在一定程度上得以保持和改善.然而，在生活區，鍋爐產生的煙塵、生活垃圾以及污水的排放對土壤環境有一定影響.在5項評估指標中，生活區土壤性狀水平基本居中(表1).評估結果與實際情況相符.

學校土壤性狀灰評估得分為56.82，相對較低.土壤性狀差而不易于耕作的土地常常是校園區的首選.另外，在校園施工過程中土壤受到深挖、碾壓、踩踏等影響，這嚴重破壞了地表植被，土壤理化性質會發生相應的變化[13].因為存在建筑、修路等輸入行為，而且學校經常進行拆遷修建，所以土壤中常常混有砂巖、礫石、碳渣、煤渣、塑料袋以及建筑垃圾、石灰、水泥和磚塊.但由于學校建成后會大量恢復植被覆蓋，枯枝落葉較多，經過分解重新轉化補充土壤中的有機質，使得學校的土壤有機質的含量最高(表1).由此可見，正是由于綠化使校園土壤環境在一定程度上得以改善，使得土壤質量有了一定的恢復.

公路綠化帶土壤的灰評估得分為50.57，評估結果最差.由于公路施工過程中對周邊土壤進行了人為改造，致使公路綠地土壤太過緊實，保水性能差，不利于植物的生長，而且還會影響雨水入滲及其土壤水分的分布.汽車尾氣產生的SO2等氣體與空氣中的水汽會結合形成酸性物質，也容易沉降到公路兩側，于是大量的有害物積累在土壤中，使土壤中微生物的種類減少，微生物的生理活性降低，因而使得土壤微生物對有機物的分解速度變緩.除了汽車尾氣，運輸物品的跑冒滴漏也對公路兩側土壤造成了污染[14].此外，公路為硬化路面，公路綠化帶內裸露土壤面積較小，不利于土壤物質與能量的輸入和遷移轉化.以上原因造成公路兩側綠化帶土壤性狀最差.

3.2 建議

灰色評估結果分析表明，土地利用類型與土壤理化性質具有一定的相關性，人們對土地的開發利用在一定程度上會改變土壤的理化性質.公園和耕地的土壤理化性質較好，主要得益于人們的精心養護，相反，公路兩側綠化帶土壤性狀差也是人為影響的結果.

針對保定5種土地利用類型土壤性狀評估結果，建議在利用過程中加強土地養護，以達到土地資源可持續開發利用的目的.公園管理部門可以通過科學施肥、合理灌溉等措施，補充土壤的養分和水分，為公園的植被提供一個良好的生長環境，從而為人們的休閑娛樂提供一個優越的環境.市郊耕地可以通過逐步提高施用農家肥的比例，來改善土壤的理化性質；搞好農田水利基本建設，大力發展生態農業，凈化地表徑流及農田灌排水；修建植物緩沖區，改善土壤內部環境；豐富植被類型，使養護和利用相結合.生活區的土壤需要物業部門管理規范，對植被進行定期的施肥、灌溉，生活垃圾及時清理，防止土壤污染.學校要增大綠化面積，栽種適合當地土壤和環境的喬木、灌木和花草，依據植物不同生長期的需水量合理灌溉，加強土壤有機質的循環，規范在校人員的日常行為，愛護校園的花草樹木，防止土壤被污染[15].公路綠化帶建設的關鍵是防止公路施工過程中的污染物進入綠化帶土壤，要對前期施工場地的準備工作嚴格要求，處理好剩余建筑垃圾，防止水泥、石灰、瀝青等有害物進入土壤.對于需要改良的綠化帶土壤，建議加入一些外來的優質土壤，同時要經常深耕來疏松土壤，以便增加土壤的透氣性，利于植物生長；同時在種植階段要選擇適合當地氣候、土壤環境的植物，并且要盡可能增加植物品種，豐富植被的多樣性[6].

4 結論

對保定主要的5種土地利用類型的土壤性狀進行了灰色評估分析，得到各類型土壤性狀的灰評估得分，對評估結果進行分析并提出合理化建議.灰色系統評估是一種行之有效的土壤性狀評估方法，能夠綜合不同土地利用條件下的土壤性狀指標，給出量化的評價結果，為土地資源的可持續開發利用提供科學依據.

參考文獻：

[1]任婷婷，王瑄，孫雪彤，等.不同土地利用方式土壤物理性質特征分析[J].水土保持學報，2014，28(2)：124-126.REN T T，WANG X，SUN X T，et al.Characterization of soil physical properties under different land use type[J].Journal of Soil and Water Conservation，2014，28(2)：124-126(in Chinese).

[2]趙錦梅，張德罡，劉長仲，等.祁連山東段高寒地區土地利用方式對土壤性狀的影響[J].生態學報，2012，32(2)：0548-0556.ZHAO M M，ZHANG D G，LIU C Z，et al.The effect of different land use patterns on soil properties in alpine areas of eastern Qilian Mountains[J].Acta Ecologica Sinica，2012，32(2)：0548-0556(in Chinese).

[3]孫志英，吳克寧，呂巧玲，等.城市化對鄭州市土壤功能演變的影響[J].土壤學報，2007，44(1)：21-27.SUN Z Y，WU K N，LV Q L，et al.Impact of urbanization on soil functions in Zhengzhou City[J].Acta Pedologica Sinica，2007，44(1)：21-27(in Chinese).

[4]邵林海，王曉紅，李娜.太原市公園園林綠地土壤狀況研究[J].太原科技，2008(6)：32-33.SHAO L H，WANG X H，LI N.Research on the greenbelt and soil conditions of the main parks in Taiyuan[J].Taiyuan Science and Technology，2008(6)：32-33(in Chinese).

[5]郝瑞軍，方海蘭，沈烈英，等.城市不同功能區綠地土壤有機碳礦化和酶活性變化[J].中國農學通報，2009，25(2)：229-235.HAO R J，FANG H L，SHEN L Y，et al.Changes of soil organic carbon mineralization and enzyme activities from different urban functional areas[J].Chinese Agricultural Science Bulletin，2009，25(2)：229-235(in Chinese).

[6]張琪，方海蘭，楊意，等.上海公路綠地土壤肥力質量評價與管理對策[J].園林科技，2008(1)：24-27.ZHANG Q，FANG H L，YANG Y，et al.Quality evaluation of soil fertility in Shanghai highway greenbelt and management strategy[J].Science and Technology of Landscape Architecture，2008(1)：24-27(in Chinese).

[7]中國科學院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海：上海科學技術出版社，1978.Institute of Soil Science，Chinese Academy of Sciences.Analysis of Soil Physicochemical Properties[M].Shanghai：Shanghai Scientific and Technical Publishers，1978(in Chinese).

[8]丁一秀，謝榮輝，高安琪，等.內蒙古西部地區土壤微生物數量及其土壤理化特性[J].干旱區研究，2017，34(6)：1294-1303.DING Y X，XIE R H，GAO A Q，et al.Quantity of soil microbes and soil physiochemical properties in west inner Mongolia[J].Arid Zone Research，2017，34(6)：1294-1303(in Chinese).

[9]郝永紅，李絨，周海潮，等.山西省可持續發展的灰色綜合評估[J].經濟地理，2004，24(1)：18-20.HAO Y H，LI R，ZHOU H C，et al.The comprehensive evaluation of the sustainable development capacity in Shanxi Province[J].Economic Geography，2004，24(1)：18-20(in Chinese).

[10]馮萬忠，段文標，許皞.不同土地利用方式對城市土壤理化性質及其肥力的影響—以保定市為例[J].河北農業大學學報，2008，31(2)：62-64.FENG W Z，DUAN W B，XU H.Effects of different land use on physicochemical property and fertility of urban soil：A case study of Baoding city[J].Journal of Agricultural University of Hebei，2008，31(2)：62-64(in Chinese).

[11]洪暢，張華，鄭婷婷.遼東半島丘陵區土地利用方式對土壤特性的影響[J].國土與自然資源研究，2017(4)：66-68.HONG C，ZHANG H，ZHENG T T.Effects of land use on soil properties in hilly area of Liaodong peninsula[J].Territory and Natural Resources Study，2017(4)：66-68(in Chinese).

[12]李春艷，田永圻，華德尊，等.不同土地利用類型下土壤特性及重金屬評價[J].環境科學與管理，2007，32(9)：39-43.LI C Y.TIAN Y Q，HUA D Z，et al.Soil characteristic and heavy metal appraisal under different land utilization way[J].Environmental Science and Management，2007，32(9)：39-43(in Chinese).

[13]康玲芬，李瑞峰，化偉，等.不同土地利用方式對城市土壤質量的影響[J].生態科學，2006，25(1)：59-63.KANG L F，LI R F，HUA W，et al.The effects of different land-use types on quality of urban soils[J].Ecologic Science，2006，25(1)：59-63(in Chinese).

[14]鄭海峰，管東生，梁愛珍，等.公路綠化帶植物群落特征與土壤理化特性[J].中山大學學報(自然科學版)，2006，45(2)：114-118.ZHENG H F，GUAN D S，LIANG A Z，et al.Characteristics of plant communities and soil properties of road green belts[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni，2006，45(2)：114-118(in Chinese).

[15]董煒華，袁淑影，劉志會，等.長春師范學院校園土壤研究[J].長春師范學院學報(自然科學版)，2011，30(4)：70-73.DONG W H，YUAN S Y，LIU Z H，et al.Study on the campus soil of Changchun normal university[J].Journal of Changchun Normal University(Natural Science)，2011，30(4)：70-73(in Chinese).