廈門大嶝島填海沙地土壤鹽分研究

詹福麟，趙開遠，陳自亮，馬麗娟，林加發(fā)，王文卿

(1.廈門萬銀環(huán)境科技有限公司，福建 廈門 361015；2.廈門大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，福建省濱海濕地保護與生態(tài)恢復(fù)工程技術(shù)研究中心，福建 廈門 361102)

多年來，沿海地區(qū)為緩和人口與土地資源的供需矛盾，或配合規(guī)劃建設(shè)用地需要等原因，人為地將海岸線向前推移，擴大土地面積。在我國填海造陸史已有之，新中國成立以來歷經(jīng)3次高峰，即新中國成立初期圍海曬鹽、文革時期圍墾海涂和改革開放初期的灘涂圍墾養(yǎng)殖[1]。隨著填海規(guī)模增大，海岸生態(tài)演替規(guī)律被人為打破。為此，國家層面提出了一系列相關(guān)政策，以引導(dǎo)海岸的生態(tài)修復(fù)，但惡劣、復(fù)雜的濱海生境，使得濱海植被修復(fù)面臨極大的困難和挑戰(zhàn)。

擬建的廈門新機場位于福建省廈門市大嶝島。因建設(shè)需要，在大嶝島上通過吹沙填海造陸方式，向東擴展島嶼面積10.63 km2，形成了迄今為止國內(nèi)最大的人工海岸沙地，將島嶼面積擴大到24.71 km2。為防止生態(tài)環(huán)境的惡化，在填海造陸工程伊始，濱海生態(tài)修復(fù)便被納入整體規(guī)劃之中，以期同步進行近岸海域生態(tài)資源的綜合治理，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標。

土壤是植被生長的根本，也決定著生態(tài)修復(fù)的成敗。廈門市地帶性土壤為粗骨性紅壤，母巖多為粗晶花崗巖，在海岸邊緣與灘涂分布著鹽土與風(fēng)沙土[2]。大嶝島及其吹填沙地的生態(tài)修復(fù)和綠化工作將建立在復(fù)合土壤生境上，且大嶝島自然災(zāi)害天氣頻發(fā)、鹽霧危害嚴重，加之，機場對綠地建設(shè)提出基于飛行器安全考慮等特殊要求。有鑒于此，為大嶝島全島土壤鹽堿狀態(tài)進行系統(tǒng)調(diào)查，形成具體的量化分析結(jié)果，對指導(dǎo)大嶝島的綠化和生態(tài)建設(shè)具有重要實踐意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

大嶝島位于廈門市東南部，全島土地總面積24.71 km2，地理坐標為118°17′25″—118°22′26″ E、24°32′15″—24°34′35″ N。大嶝島屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均溫度21 ℃，相對濕度77%，年平均降水量1 205.6 mm，平均蒸發(fā)量1 651.3 mm，蒸降比為1∶1.37。東北季風(fēng)是常向主導(dǎo)風(fēng)，從9月持續(xù)到翌年2月，且全年大于8級(含8級)以上大風(fēng)天數(shù)達22.4 d。大嶝島海域海水含鹽量為廈門附近海域最高，平均值為32 ‰。潮汐類型屬正規(guī)半日潮，平均潮差3.98 m，平均最大潮差4.95 m，為大潮差區(qū)。

1.2 采樣點分布

調(diào)查按土地利用方式劃分為7類，即：填海沙地、廢棄鹽田、灘涂、綠地、耕地、客土覆蓋地、工地，其中填海沙地占據(jù)面積最大，也是調(diào)查重點。采樣點以大嶝全島均勻布置為原則，共設(shè)置32個調(diào)查地點，其中填海沙地17個(圖1)。

圖1 調(diào)查樣點分布圖

1.3 采樣方法

采樣布點，預(yù)先使用Google Earth Pro軟件進行地理位置選點，實地調(diào)查時用GPS定位。表層土(0～5 cm)采用五點取樣法，在樣點附近5個區(qū)域分別去除表面的腐殖質(zhì)之后取表層土壤，等比例混合保存；深層土(0～200 cm)使用柱狀采泥器采集土柱，用刮刀將土柱按20 cm間距分層，分層取土裝袋保存[3]。受客觀條件限制，只有13個采樣點采樣深度達到或超過100 cm。為了測定地下水的含鹽量，1個采樣點的采樣深度達到200 cm，隔天后測定地下水埋藏深度并用便攜式鹽度計測定地下水含鹽量[4]。

1.4 分析方法

樣品分析：土壤pH值采用酸度計測定；土壤含鹽量采用電導(dǎo)率儀測定；土壤含水量采用烘干法測定。

數(shù)據(jù)分析：使用Excel 2016和SPSS 23.0軟件進行分析。針對不同土壤類型的理化性質(zhì)差異，應(yīng)用one-way ANOVA單因素方差分析-Hochberg's GT2 (P<0.05)檢驗。

針對各樣點變化，使用ArcGIS 10.2軟件進行地理分析，制圖表達、分析空間位置上的土壤參數(shù)變換。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH值

大嶝島32個采樣點土壤pH值6.22～9.33，平均值為8.14。其中填海沙地17個樣點pH值平均為8.65。根據(jù)中國科學(xué)院南京土壤研究所的分類標準[5],填海沙地屬強堿性土壤；綠地、廢棄鹽田和灘涂pH平均值分別為7.95、7.92和7.80，屬堿性土壤；客土覆蓋地和耕地pH平均值分別為7.46和6.73，屬中性土壤。

灘涂樣點的土壤，在潮水浸漬下表現(xiàn)出較高pH值，客土覆蓋地土壤pH值相對較低，耕地最低，綠地土壤pH值較高(圖2)。

圖2 表土pH值分級圖

2.2 土壤含鹽量

在本次調(diào)查中，各種采樣類型的土壤含鹽量分布集中，且存在顯著差異，含鹽量從大到小的排序為：灘涂>廢棄鹽田>客土覆蓋地>耕地>綠地>填海沙地。綠地和耕地土壤可視為大嶝島原生土壤(圖3)。

為探究填海沙地的綠化潛力，對比填海沙地與大嶝島原生土壤和客土的含鹽量水平。經(jīng)對比，填海沙地、原生土壤和客土含鹽量存在顯著差異(P<0.05)。填海沙地土壤含鹽量(0.24±0.04)顯著低于原生土壤(0.54±0.03，P=0.004)，客土土壤含鹽量(0.87±0.02)顯著高于原生土壤(P=0.009)。

根據(jù)土壤鹽化分級指標[6]，填海沙地土壤含鹽量最低，平均值為0.38‰，除3號采樣點含鹽量達到1.48‰屬于輕度鹽化土外，其余樣點均為非鹽化土；耕地類型兩個采樣點土壤含鹽量相差2.56倍；客土覆蓋地土壤含鹽量達1.49‰，為輕度鹽漬化；廢棄鹽田采樣點中，除28號采樣點為非鹽化土(含鹽量為0.71‰)外，其余采樣點均達鹽土標準；2個灘涂采樣點的土樣含鹽量更是高達20.75 ‰和51.42 ‰。

圖3 表層土壤含鹽量分級圖

2.3 土壤剖面變化

2.3.1 土壤剖面pH值變化 填海沙地的土壤剖面pH最低值出現(xiàn)在其表層，pH值有隨土壤深度增加而增加的現(xiàn)象。土壤剖面pH值均大于8.5，為強堿性土壤(圖4)。

2.3.2 土壤剖面含鹽量變化 13個填海沙地采樣點土壤含鹽量存在一定的表聚現(xiàn)象，表層及20 cm層土壤含鹽量均值大大高于40 cm層及以下深度土壤，表層及20 cm層土壤含鹽量在0.45～0.58之間，為非鹽化土，40 cm層土壤含鹽量驟降至0.21，之后隨土壤深度的增加，含鹽量緩慢上升，但最高不超過0.33(圖5)。

圖5 土壤剖面含鹽量變化情況

圖6 1號土壤剖面含水量變化趨勢

2.4 地下水臨界深度

表層土壤含水量接近于0，達到極度干旱水平，但0～20 cm層土壤含水量驟升至8%，而后土壤含水量穩(wěn)定在4%左右。土壤含水量的拐點出現(xiàn)在埋深130 cm處，含水量從130 cm處的4%升高至150 cm處的14%。而潛水位埋深為170 cm，此時地下水含鹽量為25‰。由此確定毛細管強烈上升高度為40 cm(圖6)。

容根層厚度分別按20 cm和50 cm計算，得到地下水臨界深度為60 cm和90 cm。填海沙地的潛水位埋深為170 cm，遠低于(深于)兩個容根層設(shè)置下計算出的地下水臨界深度。填海沙地不存在返鹽威脅。

3 討論

人工填島是一種改變海域自然屬性的開發(fā)活動，將對海岸資源、生態(tài)環(huán)境造成干擾或損壞。為避免生搬硬套常規(guī)園林綠化手段而導(dǎo)致的綠化成本高、景觀效果差、維護成本高、綠化植物成活率低等問題[7-10]?？茖W(xué)利用土地資源，探明大嶝島人工填筑土質(zhì)礦化程度、填海工程對原土壤鹽分的影響及其相互作用，本調(diào)查從不同土地類型中篩選出32個采樣點進行統(tǒng)計研究。

調(diào)查研究表明，大嶝島填海沙地pH平均值8.14，其中填海沙地pH值均值8.65，與福建省沿海地區(qū)淺海沉積物的pH平均值8.32[11]接近，這可能是因為大嶝島造陸工程使用吹沙填海方式，用作吹填的海沙主要來源于海島周邊淺海沉積物。該調(diào)查結(jié)果，與908專項海島調(diào)查中“大嶝島土壤pH值明顯呈中性、堿性發(fā)展”結(jié)果相符。在908專項海島調(diào)查中，浙江舟山群島北部海域的一些海島，如馬鞍列島、崎嶇列島，濱海鹽土覆蓋面積占島嶼土壤總面積過半，這類濱海鹽地的土壤pH均值也在8.5左右，高值可達8.9[12]。值得注意的是，大嶝島西南側(cè)，直線距離約25 km處的兩個海島，即廈門島本島和鼓浪嶼，兩島上分布范圍最廣的土壤類型是赤紅壤，pH值范圍4.5～6，呈強酸性[12]。大嶝島土壤整體呈堿性，填海沙地堿性更甚，園林綠化樹種選擇及維護需要特別注意，應(yīng)避免使用喜酸植物。

本調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，除廢棄鹽田采樣點和2個灘涂采樣點土壤含鹽量較高外，所有的填海沙地采樣點表層土壤含鹽量平均值僅有0.38‰，為非鹽漬化土。之前廈門園林界普遍人為，大嶝島采用吹填方式人工造島，填島海沙均來自于淺海，且大嶝島海域海水含鹽量較高(接近32‰)，填海沙地土壤含鹽量高。此次調(diào)查結(jié)果出乎大部分人的意外，填海沙地土壤含鹽量顯著低于大嶝島原生土壤。我們認為，這與降水的淋溶有關(guān)，調(diào)查區(qū)填海已經(jīng)有2年多時間，土壤中的鹽分被降水淋失[13]。

臨界水位被定義為土壤剛好不會發(fā)生返鹽的地下水深度[14]，是判斷土壤是否會返鹽的關(guān)鍵指標[15-17]。通常地下水位高于臨界水位、地勢低平、排水不暢的區(qū)域，易出現(xiàn)返鹽現(xiàn)象[18-21]。土壤剖面質(zhì)地較為均一時，使用土壤剖面含水量確定臨界深度值。地下水臨界深度計算結(jié)果顯示，填海沙地的潛水位埋深為170 cm，遠低于(深于)兩個容根層設(shè)置下計算出的地下水臨界深度60 cm和90 cm。由此推斷，本案填海沙地基本判定為不存在返鹽威脅。

廈門市的地帶性土壤為紅壤，呈弱酸性[12，13]。但本次針對大嶝島的調(diào)查顯示，土壤呈堿性，填海沙地則呈強堿性；吹填海沙的含鹽量較低，且較低的地下潛水位，使得土壤返鹽的可能性較小。因此，未來的大嶝島綠化應(yīng)摒棄傳統(tǒng)應(yīng)對土壤高含鹽量的理念，重點解決土壤堿性、貧瘠、缺水以及大風(fēng)、鹽霧等惡劣環(huán)境問題。