舟山本島及離島土壤理化性質(zhì)的研究

朱璐莎，董炎青，金偉星，王叢潔，陳 英

（浙江海洋大學石化與能源工程學院，浙江 舟山 316000）

0 前言

土壤理化性質(zhì)對地方經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展有著重要作用，通過對土壤理化性質(zhì)的分析可以了解區(qū)域土壤理化性質(zhì)的空間異質(zhì)性、土壤肥力、石油污染物分布情況等[1-3]。李冬林等[4]通過測定秦淮河河岸帶不同層次土壤 （0～10 cm、10～20 cm 和 20～30 cm）的含水率、孔隙度、pH、有機質(zhì)等指標對土壤的理化性質(zhì)的變化作了探究，認為河岸帶土壤含水量普遍較高，pH值自源頭到中下游逐漸增加，遠河岸土壤的總孔隙度高于近河岸，但不同層次土壤總孔隙度差異很小，土壤有機質(zhì)主要集中在地表，含量隨土層增加而顯著遞減；張過師等[5]利用土壤有機質(zhì)、pH、Cu、Zn、K、Fe等元素含量在空間分布的差異性對丹江口庫區(qū)0～20 cm耕層土壤的養(yǎng)分含量進行了分析，認為土壤有機質(zhì)、Mn、Fe、pH值呈現(xiàn)明顯的漸變性分布規(guī)律，而全K、有效Zn漸變性分布規(guī)律差；門曉曄等[6]探究了總石油烴在土壤中的濃度分布情況，認為地層的滲透系數(shù)和有機質(zhì)含量在阻隔污染擴散和遷移中起到關(guān)鍵作用，直接影響了污染物在空間上的分布。隨著舟山群島新區(qū)和中國（浙江）自由貿(mào)易試驗區(qū)的建立，舟山經(jīng)濟將會得到快速發(fā)展，因此了解舟山土壤的理化性質(zhì)十分必要。但是目前對舟山土壤理化性質(zhì)的研究較少，且土壤性質(zhì)可受地理位置、降水量、氣候和人為等因素的影響[6-8]，因此本文根據(jù)《浙江舟山群島新區(qū)（城市）總體規(guī)劃（2012～2030 年）》，確定舟山幾個經(jīng)濟建設(shè)的重要區(qū)域:六橫、岙山和岑港（工業(yè)用地）、長峙島（農(nóng)業(yè)用地）和魯家峙（生活用地）為研究對象，選取密度、比重、容重、孔隙度、pH、含水率、有機碳含量、水溶性鹽含量、氯離子含量等作為研究指標，分別對舟山本島及附近島嶼（即離島）的土壤進行了理化分析，為舟山市土地利用和經(jīng)濟建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集

由于地表至地表之下20～30 cm的土壤性質(zhì)對農(nóng)業(yè)耕種、園林綠化、污染物停滯與遷移的影響最大[9-12]。因此本文主要探究土壤表層下30 cm范圍內(nèi)的土壤理化性質(zhì)。試驗采樣時間為十月中旬，氣溫18℃～24℃，降雨較少，所用土壤分別來源于岙山、岑港、六橫、魯家峙、長峙島。岙山（附近有修船廠）、岑港和六橫（距海約200 m）的土壤均采自油庫附近，長峙島的土壤采自蔬菜種植地（距海約500 m），魯家峙的土壤采自居民小區(qū)內(nèi)。用200 cm3環(huán)刀在土壤垂直方向上取0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm的三個分層原狀土樣 （分別為表層、中層和低層），并按土層深度進行編號。其中1～3號依次為岙山土樣，4～6號為六橫的土樣，7～9號為魯家峙的土樣，10～12號為岑港鎮(zhèn)的土樣，13～15號為長峙島的土樣。土壤采集分布如圖1所示。

圖1 舟山土壤采樣點分布Fig．1 Distribution of soil sampling points inZhoushan

1.2 主要試劑

重鉻酸鉀、硫酸、鹽酸、氯化銀、硫酸汞等均為分析純 （國藥集團化學試劑有限公司）；ICP多元素標準溶液2（美國SPEX CertiPrep公司）。

1.3 試驗方法

1．3．1 試驗方法選取

土壤的理化性質(zhì)測定均按照表1中的標準方法，養(yǎng)分元素（有效 K、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn）的測定采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法 （ICPAES）。

表1 土壤試驗方法Table 1 Soil test method

1．3．2 ICP-AES 法測定土壤有效營養(yǎng)元素

利用等離子體發(fā)射光譜儀 （美國PE公司，Optima 7300V）分析土壤中養(yǎng)分元素（有效K、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn）的含量。將 ICP 多元素標準溶液 2（元素含量 10 mg/L）分別配置成 10 ppb、40 ppb、80 ppb、120 ppb、160 ppb、200 ppb、240 ppb、280 ppb、320 ppb、360 ppb、400 ppb 的混合標準溶液，用5%的HNO3定容至25 mL容量瓶中。分別稱取2組待測的風干土樣2 g，置于100 mL的消解管中，加入15 mL的HCl（1+1）和5 mL的HNO3（ρ=1．42 g/mL），振蕩 30 min 后過濾定容至100 mL。在ICP光譜儀工作條件下，先測定空白溶液（5%HNO3），再分別測定已配制不同濃度的混合標準溶液得到標準曲線，最后分別測定土壤過濾液，得到土壤中養(yǎng)分元素含量。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性質(zhì)分析

2．1．1 土壤物理性質(zhì)分析

表2 舟山土壤的物理性質(zhì)Table 2 Physical properties of zhoushan soil

表2是舟山5個采樣點植被類型以及土壤容重、孔隙度、含水率的空間分布情況。由表2可知，5 個采樣點的土壤容重為 0．90～1．29 g/cm3，土壤孔隙度為31．17%～55．14%。土壤容重基本隨著土層的增加而小幅增大，而土壤孔隙度則相反；各采樣點土壤容重大小關(guān)系為魯家峙＞岙山＞岑港鎮(zhèn)＞長峙島＞六橫，孔隙度大小關(guān)系為六橫＞長峙島＞魯家峙＞岙山＞岑港鎮(zhèn)，六橫的土壤容重最小孔隙度最大，土質(zhì)最疏松。植物地下根系主要分布在 0～20 cm 的土層，使得淺層（0～20 cm）土壤比較疏松、土壤孔隙度較大，土層深度增加則土壤孔隙度減小。而六橫采樣點為距海較近的樹林，土壤孔隙率受植被根系影響較大[13]，六橫采樣點土壤較疏松。一般來說種植土壤的孔隙度為≥8%[14]，且根據(jù)《土壤養(yǎng)分等級分級標準》，除了六橫試驗土壤屬于過松（＜1．00 g/cm3），其他采樣點土壤的容重均屬于適宜作物生長的范圍 （1．00～1．25 g/cm3）。

由表2可知，舟山采樣點土壤的含水率在16．69%～23．36%之間， 各采樣點的土壤含水量大小關(guān)系為六橫＞岑港鎮(zhèn)＞魯家峙＞長峙島＞岙山，且含水量隨著深度的增加而有顯著增大。土壤含水率分布變化受季節(jié)、海陸距離、地形、氣候、降水量、土地利用方式等影響[15-17]，其中海陸距離和降水量對土壤含水量的空間分布影響較大，六橫采樣點離海岸較近，因此土壤中含水量較高。因土壤采樣時間為十月中旬，氣溫高而降雨較少，土壤表層水分蒸發(fā)量較多，土壤含水量隨著土壤深度增加而增大。根據(jù)干旱程度分級標準，總的說來，舟山本島及離島試樣土壤的低層（20～30 cm）均處于偏濕（即土壤含水率大于20%）狀態(tài)，表層和中層土壤的含水量處于適宜程度（即土壤含水率為15%～20%）。

綜上所述，舟山土壤的容重和孔隙度絕大部分都在適宜作物生長范圍內(nèi)，通透性良好，且土壤中含水量充分，水利特性較好，耕性適宜。

2．1．2 土壤化學性質(zhì)分析

土壤pH值、水溶性鹽含量、有機碳含量、氯離子含量作為沿海地區(qū)土壤重要的化學性質(zhì)，其化學性質(zhì)測定結(jié)果如圖2所示。

圖2舟山土壤的化學性質(zhì)Fig．2 Chemical properties of zhoushan soil

圖2 顯示了舟山本島及離島采樣地區(qū)土壤化學性質(zhì)的測定結(jié)果。由圖2（a）可知，5個采樣點的氯離子含量為 38．1～171．6 mg/kg。我國土壤中氯含量平均為 59．6 mg/kg， 一般范圍是 37～370 mg/kg[18]，因此土樣中氯離子含量略高于我國土壤平均值。可能是取樣點距海較近的緣故。從圖2（a）可知，各采樣點土壤中氯離子含量隨土層深度變化甚微，但六橫卻出現(xiàn)了明顯的“低-高-低”分布?？赡苁橇鶛M采樣點的土壤孔隙度隨土層深度增加而顯著下降，且該采樣點距海較近，土壤中含水較高，受溫度和風力的影響，土壤中的氯離子溶淋下降和蒸發(fā)上遷共同作用使得六橫采樣點的中層土壤的氯離子含量較高。

由圖2（b）可知，5個采樣點的含鹽量（即可溶鹽含量）為 1．00～2．67 g/kg，含鹽量的大小關(guān)系是魯家峙＞岙山＞岑港鎮(zhèn)＞長峙島＞六橫；各采樣點的土壤含鹽量隨土層深度增加無明顯的變化規(guī)律。根據(jù)鹽堿地分級標準，魯家峙和岑港鎮(zhèn)采樣處的表層、中層土壤中含鹽量均為 0．1%～0．2%，屬于輕度鹽化土壤，其余采樣處土壤的含鹽量均為0．2%～0．3%，屬于中度鹽化土壤。 對比圖 2（a）和（b）可知，土壤中氯離子的含量多，其相應(yīng)的可溶性鹽含量也就多。對于濱海土壤而言，氯離子是可溶性鹽的主要陰離子[19-20]，陳謇[19]研究了溫嶺市濱海鹽土全鹽量和氯離子含量的有效關(guān)系式，認為兩者之間有著極其顯著的正相關(guān)關(guān)系。顧金鳳[20]認為山東東營土壤中含鹽量與氯離子、硫酸根離子呈顯著相關(guān)性，且硫酸根例子對土壤含鹽量的響應(yīng)并不靈敏，而氯離子的反應(yīng)靈敏度高。因此對于濱海土壤一般可通過測定氯離子含量掌握土壤的鹽分分布情況[19]，

由圖2（c）可知，各采樣點土壤中有機碳的含量為 5．86～108．28 g/kg，有機碳含量大小關(guān)系為長峙島＞魯家峙＞岑港＞六橫＞岙山，其中岙山土壤中有機碳含量較低，低于20 g/kg；各采樣點土壤的有機碳含量隨著土壤深度增加而小幅減少。根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準[21-22]，岙山土壤中有機碳含量為四級水平，其余地區(qū)土壤的有機碳均達到了一級水平。這可能是采樣點處多為蔬菜種植地和草木地，樣品中微生物和植物含量較多，且土壤中含水豐富，土壤有機碳含量豐富[22-24]。

由圖 2（d）可知，各采樣點土壤的 pH 為 5．64～6．86，均處于弱酸性，土壤pH值大小關(guān)系為六橫＞岙山＞長峙島＞岑港＞魯家峙；土壤pH值隨著土層深度的增加變化不大，但長峙島土壤pH值在垂直空間上變化較為顯著。土壤的pH值主要受施肥方式、含鹽量、耕作方式、成土母質(zhì)、土地利用方式以及工業(yè)結(jié)構(gòu)等影響[25-28]，因各采樣點的鹽含量以及氯含量較高，土壤呈弱酸性。長峙島采樣點處為蔬菜種植地，會定期施以肥料和澆水，導(dǎo)致其表層土壤的pH值較低。

綜上所述，舟山本島及離島地區(qū)的土壤呈現(xiàn)弱酸性，屬于輕度或中度鹽化土壤。土壤中有機碳含量豐富，80%的采樣點達到了一級水平，土壤肥力較高[29]。

2.2 土壤有效營養(yǎng)元素分析

表3 舟山土壤中有效營養(yǎng)元素含量分布Table 3 Distribution of available nutrient elements in zhoushan soil

表3是舟山5個采樣點土壤中有效營養(yǎng)元素含量分布情況。由表3可知，各采樣點土壤中有效 K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu 的含量分別為5．358～39．30 mg/kg、81．06～551．3 mg/kg、15．99～73．86 mg/kg、56．72 ～138．6 mg/kg、7．16 ～13．48 mg/kg、1．031 ～2．067 mg/kg 和 0．11～1．20 mg/kg。 根據(jù)《農(nóng)業(yè)土壤養(yǎng)分分級標準》，岑港表層土壤中有效K含量（35．12 mg/kg）比較低，為五級水平，其余采樣點表層土壤中有效K含量更低（均＜20 mg/kg），為六級水平；僅魯家峙和岑港土壤中有效Ca的含量高于 《農(nóng)業(yè)土壤養(yǎng)分分級標準》中的缺Ca臨界值（400 mg/kg），土壤中Ca含量較為豐富，而其余采樣點均低于臨界值，土壤中Ca含量較為缺乏；僅岑港土壤中有效Mg的含量高于缺Mg臨界值（60 mg/kg），其余采樣點土壤中有效Mg的含量均低于此臨界值，土壤中Mg含量較為缺乏；各采樣點土壤中有效Fe的含量均為一級（很高）水平（＞20 mg/kg）；各采樣點土壤中有效Mn和有效Zn的含量分別為三級（中）水平（5．0～15．0 mg/kg）和二級（高）水平（1．0～3．0mg/kg）；岑港土壤中有效 Cu含量較高（＞1．0 mg/kg），為二級（高）水平（1．0～1．8 mg/kg），岙山土壤中有效 Cu 的含量較低（＜0．2 mg/kg），為四級（低）水平（0．1～0．2 mg/kg），其余采樣點土壤中有效Cu的含量均為三級 （中）水平（0．2～1．0 mg/kg）。

從表 3可得知，土壤中 w（有效K）、w（有效Ca）、w（有效 Cu）及 w（有效 Mn）均隨土壤深度的增加而減小，這主要因為土壤pH不僅影響沉淀的形成，還對土壤膠體表面對Ca、K等養(yǎng)分元素的吸持有一定影響[30-31]，且隨土壤中含水量的增加，養(yǎng)分元素的淋溶性增強并較多呈現(xiàn)為離子態(tài)。李仁英等[30]對山東省果園土壤中Cu、Zn元素含量及分布作了探究，認為其隨土壤pH值的增大而減小；馬國棟[32]認為降水對土壤中K、Ca、Mg、Cu和Zn均有淋溶作用。

綜上所述，舟山本島及離島區(qū)域土壤養(yǎng)分的空間含量分布存在較大差異，其中有效Cu、Mn、Fe含量均較高，但土壤中有效Mg、Ca、K含量普遍缺乏，尤其是有效K含量多為六級水平，是目前土壤養(yǎng)分管理的重點。

2.3 土壤中石油污染物分析

圖3 舟山采樣土壤中石油類物質(zhì)含量分布Fig．3 The distribution of petroliferous substances in the sampled soil in zhoushan

由圖3可知，土壤中石油類物質(zhì)含量為34．94～296．44 mg/kg，其中岙山土壤中石油類物質(zhì)的含量較高，土層20～30 cm處可高達296．44 mg/kg，而魯家峙土壤中石油類物質(zhì)含量較低，均小于76 mg/kg。我國土壤和沉積物石油污染的臨界值為500 mg/kg，低于200 mg/kg為安全范圍[33]，由此可見舟山本島及離島采樣點土壤中石油類物質(zhì)均在合理范圍內(nèi)，土壤并沒受到污染。從圖3可得知，土壤中石油類物質(zhì)隨著土壤深度的增加而減少，但岙山卻呈現(xiàn)出顯著增加趨勢，可能因為油庫附近長久經(jīng)營修船廠油污沉積遷移作用導(dǎo)致深層土壤中石油類物質(zhì)檢測結(jié)果較高。且石油污染物在土壤中的吸附能力與土壤有機碳含量有很高相關(guān)性[34-35]，這主要是因為石油污染物最佳的吸附位是有機質(zhì)憑借疏水作用和氫鍵組成規(guī)則的集合體區(qū)域。羅磊[34]研究了持久性污染物在土壤中的吸附/解吸情況，認為土壤中菲的吸附都為非線性，且隨著土壤有機碳的減少吸附量顯著降低；Adam G等[35]認為土壤有機質(zhì)含量較低會使烴類污染物易于向下遷移，在短時間內(nèi)縱向擴散較快。根據(jù)圖2（c）可得知，長峙島和魯家峙土壤中有機碳含量較高，土壤對石油污染物的吸附能力較強，而岙山土壤中有機碳含量較低，且隨著土壤深度增加呈現(xiàn)出“高-低-高”的分布，因此岙山土壤中的石油烴含量較高且隨土壤深度增加而增大。

綜上所述，舟山本島及離島所取土樣中石油類物質(zhì)含量均在污染安全范圍內(nèi)，并無遭受石油污染。

3 結(jié)論

（1）舟山本島及離島0～30 cm土壤層的容重為 0．90～1．29 g/cm3、孔隙度為 31．17%～55．14%、含水率為16．69%～23．36%。土壤容重隨土層深度的增加而增大，土壤孔隙度和含水量則相反；橫向上六橫土壤的孔隙度和含水量最高，土質(zhì)屬于過松且偏濕，而其余試樣土壤均在適宜作物生長范圍內(nèi)。由此可見舟山土壤結(jié)構(gòu)和通透性良好，且土壤中含水量充分，水利特性較好，耕性適宜。

（2）舟山本島及離島表層（0～30 cm）的土壤呈現(xiàn)弱酸性，屬于輕度或中度鹽化土。土壤中有機碳含量豐富，岙山土壤中有機碳含量為四級水平，其余地區(qū)土壤的有機碳均達到了一級水平，土壤肥力較高。

（3）舟山本島及離島表層（0～30 cm）土壤中有效Fe含量均為一級（很高）水平，有效Zn為二級（高）水平，有效Mn為三級（中）水平，有效K含量屬于低水平。其中僅魯家峙土壤中的有效Ca含量和岑港土壤中有效Ca、Mg含量達到《農(nóng)業(yè)土壤養(yǎng)分分級標準》中的臨界值，不同區(qū)域土壤中有效Cu含量的垂直空間含量分布存在較大差異。由此可見舟山土壤中有效Fe、Zn、Cu含量均較高，但土壤中有效Mg、Ca、K含量普遍缺乏，尤其是有效K含量多為六級（很低）水平，是目前土壤養(yǎng)分管理的重點。

（4）舟山本島及離島所取土樣中石油類物質(zhì)含量均在污染安全范圍內(nèi)，并無石油污染。