（土壤学专业论文）杭州市城市和近效土壤特性及重金属污染的研究.pdf

5 3 2 重金属元素的空间分异一2 95 3 3土壤重金属形态分级3 25 3 4土壤重金属含量与微生物数量的相关性3 35 3 5不同功能区土壤的重金属污染评价3 45 3 6 污染原因分析一6结论4 04 1参考文献4 3a b s t r a c t 4 8图表目录图1 土壤采样位点图1 5图2 杭州市城郊土壤p h 的分布频率2 2图3 杭州城郊土壤速效氮的分布频率2 3图4 杭州市城郊土壤全磷台量分布频率2 4图5 杭州市城郊土壤速效磷含量分布频率2 6图6 杭州市城郊土壤和水田土壤中速效钾的分布频率2 7图78 个重金属元素在前三个主成分中的分布- 3 0图8 杭州市城郊3 2 个土样的第一和第二主成分得分值分布图3 1图9 杭州市城市和近郊土壤环境质量评价图3 8表l 城市土壤与农业土壤或自然土壤之比较- 4表2 城郊土壤形成的特殊物质来源和基本特征7表3 土壤环境质量标准值表4 土壤质量分级标准1 7表5 杭州市城郊土壤的颗粒组成、质地和容重1 9表6 基于土壤质地的土壤容重与根的生长间的一般关系2 0表7 杭州市城郊土壤各功能区基本物理性质表2 0表8 杭州市城郊土壤的有机质、速效n 、p 、k 和p h 值2 1表9 杭州市城郊土壤所台的主要化学成份的含量2 5表i o 杭州市城郊土壤中钾钙钠镁元素的含量、范围和变异系数2 6表1 1杭州市城郊土壤代表样的微生物组成2 7表1 2 杭州市城郊土壤矿质元素和重金属元素含量的范围、平均值及变异系数- 2 8表1 3 重金属元素及与其它元素之间的相关性2 9表1 4 不同土地利用类别间土壤重金属元素的差异一3 0表1 5 前三个主成分与重金属元素之间的相关性“3 l表表表表各形态重金属元素占其总量的百分数的统计结果的差异各组分重金属元素含量与总量的相关性微生物数量和重金属含量之问的相关性各功能区土壤重金属元素含量分析结果3 2- - 3 3一- - 3 4一3 5表2 0 各功能区土壤重金属元素含量的范围值、平均值、标准偏差和变异系数3 6表2 1 各功能区土壤重金属元素的单项污染指数和综合污染指数- 3 9致谢感谢导师章明奎先生在我三年学习期间为我花费了不少精力。从论文选题、研究过程、论文题纲的拟定到论文撰写都得到了他的具体指导；他在美国学习交流期间，通过电子邮件和书信的形式，直关心着我的学习进展情况。还帮我分析了论文土样的金属和重金属分级。感谢浙江大学环境与资源学院厉仁安教授、谢正苗教授和楼建悦等老师在我三年的学习过程中给予的指导和帮助。感谢环境资源学院资源科学系的领导和院研究生管理科的老师的热情关怀。在我在职读研究生期间，得到了我所在单位浙江省农业科学院区划所领导、同事和爱人吴长兴的支持和帮助。在此，向他们表示我深深的感谢!最后，我要向即将参加我的论文评阅和答辩的各位专家表示诚挚的谢意!王美青2 0 0 2 年5 月摘要城郊土壤是经过人类长期干扰并在城郊特殊的环境背景下形成的土壤。与自然土壤和农业土壤不同，它既继承了原有自然土壤的某些特征，又有其独特的成土环境与成土过程，具有特殊的理化性质、养分循环过程以及土壤生物学特征。认识城郊土壤的形成和特征，对开发利用与保护这些土壤及预测乡村城市化和工业化所引起的土壤环境变化具有极其重要的现实意义。杭州市建城历史悠久，城市郊区土壤受人为作用强度大而持续。市区和郊区的土地利用方式多样，受人为影响明显而复杂。了解该区土壤特性，有助于揭示不同土地利用背景下土壤的演变规律。为此，本文以杭州市城，_ 一区和郊区为例，对不同土地利用背景下城市郊区土壤的基本特性( 包括颗粒组成、容重、孔隙度、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾等养分) 、土壤微生物种类( 细菌、放线菌和真菌) 和9 个重金属元素( c d 、c o 、c r 、c u 、n i 、p b 、z n 、m o ) 的含量和形态作了分析。比较了杭州市城郊文教区、居民生活区、风景旅游区、市郊农业区、，市内商业区和市郊工业区等六种土地利用背景下的土壤特性。f 结果表明：从郊区到城区，土壤中的人为侵入体明显增多，砾石含量明显增多；有机质含量增加；土壤趋向碱性化，市区土壤具有明显的富磷特征。杭州市城郊土壤已受重金属的明显污染，其中以p b 的污染最为严重。污染程度为：市郊工业区 市内商业区风景旅游区 文教居民区 市郊农业区。用连续提取方法对重金属分级表明，c d 、c o 、c r 和n i 主要以残余态为主，平均占总量的6 0 以上，而c u 、p b 、z n 和m n 主要以有机结合态、氧化物结合态和酸可提取态存在，有较大的释放潜力和生物有效性。从各功能区土壤重金属污染评价表明，市郊农业区的污染最轻，市郊工业区和市内商业区的污染较为严重。若以对照土壤中重金属浓度为标准，则杭州市城郊土壤各功能区土壤的单项污染指数均大于1 ，最低为1 1 l ，最高为3 5 8 0 8 。综合污染指数也均大于l ，且最高为2 5 5 0 7 ，最低也有8 。1 2 各功盼区综合污染指数大小顺序为：市郊农业区 居民区 风景旅游区 市郊工业区 文教区 d o c m ) 时，又分为园田土( h o r t s o l s ) 和墓地土( n e k r o s o l s ) ；堆积土类( d e p o s o l s ) ，继续分为水铝英型土( a 1 1 0 s o l s ) ( 自然基质) 、混合型土( p h y r o s o l s ) ( 自然基质和工业基质混合物) 和工业土壤( t e c h n o s o l s ) ( 工业基质) 还原土类( r e d u c t o s o l s ) ，被甲烷还原，没有进一步细分；剥蚀土类( d e n u s 0 1 ) ，剥蚀深度大于4 0 c m ，没有进一步细分：侵入土类( i n t r u s o l s ) ，新近被地下水、气体和液体渗入，没有进一步细分。在中国土壤系统分类中，受人为作用的土壤归属于人为土和新成土两大土纲。人为土只包括受人为活动影响深刻的农业土壤，不包括由于城市人为土壤扰动作用而形成的城市土壤，新成土土纲下包括人为新成土亚纲，它是指在矿质土表至5 0 c m 范围内有人为扰动层次或人为淤积物质的新成土，人为新成土亚纲分扰动人为新成土、淤积人为新成土土类f 6 1 ，城市土壤属于人为新成土亚纲扰动人为新成土土类。在浙江省的土壤分类中，把郊区受人为长期影响肥力较高的菜园土壤作了单独区分，划出了黄松土和乌松土( 属于灰潮土亚类下的粉泥土土属) ，但未对城市土壤作归类。总之，目前对城郊土壤的分类还很不完善。2 4 城郊土壤的理化性质城郊土壤由于受人为活动的剧烈影响，其形成与所处的自然环境通常没有或很少有必然的联系，是一种泛域的人为土或人为新成土。除自然土壤物质之外，城郊土壤中包含大量人为物质，这些物质会在相当大程度上决定或影响着城郊土壤的形态、物理、化学和生物特性。表2 列出了一些城郊土壤中常见的非自然土壤发生物质，以及它们的来源和对土壤可能产生的多方面影响。诸如由于人类对土壤的长期扰动，城郊土壤多砂石、垃圾和土的混合物，有机质含量相对较少：相对于农业土壤来说，城郊土壤中粗粒和砂粒较多，细粒和粘粒所占比重较少，土壤质地较粗，多石质、砂质；在城区由河堤、湖堤附近发育的湿地上可出现淤泥质或粘质士壤；在城区或城乡交错6带的农用地上，由于采用了一定的耕作与培肥措施，土壤质地一般较好。另一方面，由于人为践踏、车辆压轧等人为因索，城郊土壤一般较为紧实，结构和团聚体多遭受破坏，容重大，孔隙度低。尤其是在道路附近、公园和运动场等处，土壤容重很高，土壤的孔隙度很低，在一些紧实的心土或底土层中，孔隙度可降至2 0 3 0 ，有的甚至 郊区 农区队2 6 - 嚣1 ；垂直分布为：表土 下层土 2 9 - 3 1 】；离公路越远，污染越轻t “3 2 1 等。93研究区的历史和土地利用现状杭州市是浙江省省会，是全省政治、经济和文化中心，是国务院确定的全国重点风景旅游城市和历史文化名城。该区地处长江三角洲南翼，杭州湾西端，钱塘江下游，京杭大运河南端，是长江三角洲重要的中心城市。杭州市区中心地理坐标为北纬3 0 。1 67 、东经1 2 0 。1 2 。3 1 建城历史杭州历史悠久，自公元前2 2 1 年设钱塘县以来，已有2 2 0 0 多年历史。杭州是华夏文明的发样地之一。早在4 7 0 0 多年前，杭州附近就有人类在此繁衍生息，史称“良渚文化”。其遗址位于杭州市郊。自凿通京杭大运河后，“商贾并辏”、“珍异所聚”，经济逐渐繁荣。特别是五代吴越国和南宋王朝两代建都以后，城区规模迅速扩大，发展成为一代繁华的都城六大古都之一。历史上曾以“东南第一州”和“地上天宫”的美誉而著称于世【 】。杭州古称钱塘。公元5 8 9 年，隋朝开皇九年，废钱塘郡设置杭州，杭州之名首次在历史上出现。自公元1 3 8 1 年，杭州列为浙江行省的省会，此后一直延续至今。公元1 9 1 2 年废杭州府，并钱塘、仁和两县为杭县。1 9 2 7 年，析出杭县城区设杭州市，直隶于省，下辖城区、西湖、江干、会堡、湖墅、皋塘6 区。新中国成立后，杭州市区范围有所扩大，名称也作了相应的调整，改为下辖上城、下城、拱墅、西湖、江干、滨江六区。2 0 0 1 年2 月2 日经国务院批准，杭州市又扩大市区行政区域，撤销萧山、余杭两个县级市，设置萧山、余杭区。3 2 基本情况2 0 0 0 年杭州市区农林牧渔业总产值2 2 7 9 0 7 万元( 按当年价格计算) ，农业产值1 1 2 0 7 2 万元，种植业产值1 0 7 9 5 8 万元，其中蔬菜、瓜类产值为7 1 3 6 6 万元，占种植业产值的6 6 1 1 。农民人均收入6 8 9 2 元，位居全省各市、县之首。2 0 0 0 年研究区土地面积为6 1 0 平方公里，共有3 0 个街道，3 个乡，1 7 个镇，4 0 个社区，5 8 3 个居民区，2 4 5 个行政村，人口1 6 9 3 4 万。杭州市区交通流量大，各项经济贸易、文体、商业等活动较为频繁。商业中心主1 0要在上城区，而风景旅游点几乎都在西湖区；农业土壤主要分布在江干、滨江等区。江干区历来是杭州市区的蔬菜、畜禽等副食品基地，由于城市建设的快速发展，农业用地在不断向外撤退，面积也逐步缩小。拱墅区分布有大型工业企业如杭州钢铁股份有限公司、杭州玻璃集团公司、杭州制氧机集团公司等。3 3 土地利用随着人口的增长和城市化、工业化的发展，城镇用地、工业用地和交通用地的猛增，特别是随着人们对居住环境和质量的需求，居住用地、娱乐用地和绿地的面积等也随之增加。1 9 9 4 年杭州市区总面积为4 5 7 0 6 平方公里，其中耕地面积1 1 6 2 2 7 2 公顷，占土地总面积的2 5 4 ；园地2 4 3 3 8 5 公顷占土地总面积的5 3 ；林地1 0 1 3 7 7 2 公顷，占土地总面积的2 2 2 ：牧草地2 2 4 公顷，占土地总面积的0 0 1 ；居民点及工矿用地1 2 3 1 0 7 2 公顷，占土地总面积的2 6 9 ，6 ；交通用地1 6 0 7 1 7 公顷，占土地总面积的3 5 ：水域6 6 7 5 1 5 公顷，占土地总面积的1 4 6 ：未利用地9 1 7 2 6 公顷，占土地总面积的2 0 。1 9 9 6 年杭州市区范围扩大，增加了九堡镇、下沙镇、三墩镇和滨江区，总面积为7 1 4 1 6 平方公里，其中耕地的面积也随之有了很大的增加，达到2 1 7 7 7 公顷，占土地总面积的3 0 5 ，人均耕地占有量为0 0 1 3 公顷；园地2 8 8 7 公顷，占土地总面积的4 0 9 6 ：林地1 1 0 8 4 公顷，占土地总面积的1 5 5 ；牧草地3 公顷，占土地总面积的0 0 0 4 ：居民点及工矿用地1 8 6 4 7 公顷，占土地总面积的2 6 1 ：交通用地2 6 0 4 公顷，占土地总面积的3 7 ；水域1 1 4 7 7 公顷，占土地总面积的1 6 1 ；未利用地1 5 3 2 公顷，占土地总面积的2 2 1 3 4 1 。2 0 0 0 年杭州市区，耕地面积1 7 7 6 0 2 4 公顷，占土地总面积的2 4 9 ，人均耕地占有量为0 o l 公顷；园地2 3 8 4 4 7 公顷，占土地总面积的3 3 ；林地1 0 9 1 8 1 7 公顷，占土地总面积的1 5 3 ；牧草地6 0 7 公顷，占土地总面积的0 0 0 8 ；居民点及工矿用地2 3 1 6 4 1 4 公顷，占土地总面积的3 2 4 ；交通用地3 4 8 8 9 5 公顷，占土地总面积的4 9 ；水域1 1 7 2 5 8 3 公顷，占土地总面积的1 6 4 ；未利用地1 1 7 9 3 4 公顷，占土地总面积的1 7 。对比三年的土地利用情况，可以得出杭州市区的土地利用总体规律：杭州市区的土地利用程度较高，因为除水域外，未利用地占土地总面积的比重仅为2 左右。不包括因行政区域扩大而增加的土地，杭州市区的耕地面积在逐年减少，各类建设用地的数量在不断增加，耕地的质量也在降低，而且这个趋势还将持续下去。3 4 成土环境p 5 j土壤是在气候、母质、地形、时间、生物等自然因素及人类生产活动综合影响下形成和发育起来的。城市土壤除受自然因素影响外，还受人为因素的强烈影响。3 4 1 气候研究区属亚热带季风性气候，四季分明，温暖湿润，光照充足，雨量充沛。根据杭州市气象局3 0 年( 1 9 6 9 年1 月1 日- 1 9 9 8 年1 2 月3 1 日) 的气象资料，杭州市区年平均气温为1 6 4 ，年日照时数为1 7 5 2 小时，无霜期2 3 5 天左右，年平均降雨量1 4 3 9 0 4 毫米，年相对湿度为7 7 。全年各季水、热差异大。研究区的气候特点，有利于土壤物质的强烈淋洗和生物物质的迅速循环。3 4 2 母质研究区地处钱塘江水系入海口，成土母质主要为河( 湖) 相或浅海相沉积物，该类沉积物匀细、深厚，粗粉砂含量较高，养分含量较低，浅海相沉积物盐分含量较高，发育形成的土壤，保留上述母质的特性，但经过人类的耕作措施后，某些土壤性状( 如土壤盐分含量、酸碱度、有机质含量等) 已发生较大的改变。3 4 3 地形研究区地处水网平原与滨海平原之间，地势平坦。滨海平原是以海积作用为主，河流冲积作用为辅而形成的，主要分布在钱塘江两岸，相比于内侧的水网平原，地势略显高亢。由于海潮顶托，泥砂不断淤积，滨海平原在不断地向外延伸。水网平原位于滨海平原的内侧，多为古代湖沼、海相沉积，海拔3 5 米。3 4 4 成土时间研究区成土时间相对较短，早的为几千年，晚的仅几十年或几年。在钱塘江两岸古海堤的内侧部分成土母质是河湖海相沉积物，质地匀细，有的比较粘重，土层深厚。外侧是高亢的滨海平原，成土母质是新近浅海相沉积物，质地较粗。因江道屡变，成土年龄较短，土壤处在脱盐、脱钙阶段，有机质含量低，养分贫瘠。3 4 5 人为活动杭州的农业生产起源很早，内容丰富，是个综合性的农业区域。杭州市郊早在南宋建都临安( 杭州) 后，开始发展种植蔬菜作物，以后规模逐步扩大，到1 9 5 6 年正式确定蔬菜基地2 万2 千亩。土壤在人为主导成土因素作用下，加速发育成菜园土。为了追求产量和经济效益，人们大量施用化肥和农药，使蔬菜地的土壤养分含量( 特别是n ，p ) 一直保持着较高的水平，同时土壤中的农药残留也急剧增加，土壤重金属污染加重，导致生产出的蔬菜作物中硝酸盐和重金属元素的含量也增加，从而危及城市居民的健康。近几年来，杭州市不断加大城市建设力度，加上城区东扩、旅游西进战略的实施，及创建国家环保模范城市和生态园林城市活动的开展，都加快了城郊土壤的演化。特别是随着工业区的扩大、商业和旅游业的发展及人口( 包括流动人口) 的增加，工业“三废”、车辆排放的尾气及生活垃圾、生活污水的增加都给杭州市区和近郊的土壤理化性质带来了很大的影响，致使土壤中重金属元素如铅等的增加。随着城区范围的扩大，原先的农业用地( 如菜地) 变为了建设用地，土壤被搅动、覆盖、迁移，土层顺序被打乱，或者其中混入大量的人为物体( 建筑垃圾、工业化学品、生活垃圾等) ，甚至造成表土的大量流失等而城市的绿化、美化，使城区和郊区的土壤迁移变得更为频繁，已很难判断其具体来源。4研究材料与方法4 1 土样采集和分布供试的城郊土壤共3 2 个，代表杭州市的主要土地利用类别，土壤采样点见图1 。按采样地的土地利用功能和背景的差别，大致把采样点归为六类：( i ) 文教区，包括浙江大学四个校区等4 个样点；( i i ) 居民生活区，包括浙江省农科院宿舍区、朝晖五区、浙大求是村和浙大华家池校区宿舍区等4 个样点；( i i i ) 风景旅游区，包括西湖周边的花港观鱼、太子湾、白堤、苏堤和曲院风荷等5 个样点；( i v ) 市郊农业区，包括下沙、笕桥、丁桥、乔司和石桥共1 2 个样点；( v ) 市内商业区，包括解放路、延安路和武林广场等3 个样点；( ) 市郊工业区，包括杭钢七分厂、杭玻、杭氧等4 个样点。由于经费和时间的限制，本研究土壤局限于表土，每个采样地点的土壤分析样品由多点采集混合而成，采样深度为0 - 1 0 c m 。供试的3 2 个土样主要成土物质为河口海相沉积物，土壤类别( 人为活动影响前) 主要属潮土。非污染( 对照) 土壤共2 个，分别采自杭州市西湖区珊瑚沙和余杭乔司镇。这两个土壤的成土母质也为河口海相沉积物，采样深度为9 0 1 0 0 c m ，采样土层无明显的人为影响，仍保留母质的沉积层次。4 2 土样处理采集的土壤样品经室内自然风干后，剔除植物根茎、人为侵入物等杂物后，碾碎过2m i l l 筛。大于2 r a m ( 石块) 另称重。部分( 2r a n l 细土继续碾磨并过01 2 5 m m 的尼龙筛，供元素全量分析。4 3 分析方法分析项目包括土壤颗粒组成、容重、孔隙度、有机质、p h 值、碱解氮、速效磷、全磷、速效钾、微生物种类、矿质元素( k c a ，m g ，n a , f e ) 、重金属元素( c d 、c r 、c o 、c u 、n i 、p b 、z n 、m o 和m n ) 全量和重金属元素形态分级。土壤的颗粒组成用比重计法测定p 6 1 ；土壤容重的测定用环刀法测定；土壤有机质的测定采用重铬酸钾容量法测定；土壤酸碱度采用酸度计法测定；土壤碱解氮采用1 4圈1 土壤采样点位圈碱解扩散法测定；土壤速效磷采用碳酸氢钠提取比色法测定；土壤速效钾采用1t o o ll 1n l o a c 提取火焰光度法测定f 3 7 l 。矿质元素和重金属元素全量分析采用h n o r h c l o ( - h f 三酸消化f 3 8 l ，用等离子体原子发射光谱法( i c p - a e s ，i n d u c t i v e l yc o u p l e dp l a s m aa t o m i ce m i s s i o n8 p e c t r o m e t r y ) 测定。土壤微生物种类和数量的分析采用稀释平板法p 9 1 ，主要分析土壤样品中细菌、放线菌和真菌三大种类的数量。土壤熏金属元素( c d 、c r 、c o 、c u 、n i 、p b 、z n 和g n ) 分级采用欧共体参比司( e u r o p e a nc o m m u n i t yb u r e a uo fr e f e r e n c e ) 的三步连续提取程序，共分为酸可提取态( a c i d1 5e x t r a c t a b l e ) 、氧化物结合态( r e d u b i b l e ) 、有机结合态( o x i d i z a b l e ) 和残余态四种组分【4 “。提取步骤简述如下：第一步，称土样1 o o 克，用4 0 m l0 i m o ll - 1h o a c在2 0 c 下振荡1 6 h 提取酸可提取态元素；第二步，酸可提取态元素提取后的残物用4 0 m l0 5 m o l l 盐酸羟胺+ o 0 5 m o l l 硎o 。在2 0 下振荡1 6 h ，提取氧化结合态元素；第三步，在第二步提取后的残物中，加地0 2 ( p h 2 - 3 ) 在2 0 c 下放置l h 后，加热至8 5l h ，再加l o m l 心倪，继续在8 5 ( 2 下加热l h ，之后用5 0 m lp h 为2 的l m o l l 醋酸铵振荡1 6 h 提取有机结合态元素。残余态元素含量用全量与以上三种可提取态总和的差值计算。提取物中c d 、c r 、c o 、c u 、n i 、p b 、z n 和 1 1 1 浓度均用i c p - a e s 测定。在用i c p - r e s 测定以上元素时，每1 0 个测定样品间用标准样检测结果，以确保测定精度。以上分析均设二次重复。4 4 土壤重金属污染评价方法4 4 1 评价标准评价标准采用国家土壤环境质量标准( g b l 5 6 1 8 - - 1 9 9 5 ) 1 4 2 1 ( 见表3 ) ，并参照杭嘉湖地区土壤背景值及对照土壤中的重金属含量等。表3 土壤环境质量标准值( 单位：m gk g - 1 )级别、土壤p h 值一级二级三级项目自然背景p h 7 5 6 5镉0200 3 00 3 00 6 01 0汞0150 3 00 5 01 01 5砷水田1 53 02 52 03 0旱地1 54 03 02 54 0铜水田等3 55 01 0 01 0 04 0 0果园一1 5 02 0 02 0 04 0 0铅3 52 5 03 0 03 5 05 0 0铬水田9 02 5 03 0 03 5 04 0 0早地9 01 5 02 0 02 5 03 0 0锌1 0 02 0 02 5 03 0 05 0 0镍4 04 05 06 02 0 04 4 2 评价方法i 4 2 lo 单项污染指数法1 6p i j 。c i j s i式中，凡为第j 个采样点i 污染物的污染指数；g j 为第j 采样点i 污染物实测值：s i 为i 污染物的评价标准。单项污染指数l 表示未受污染。 1 表示已受污染，值越大受污染越严重。o 综合污染指数法p = 归驷瑚? + p 自。心】1 彪式中，p 为第j 个采样点的质量综合指数：。为第j 采样点i 污染物所有单项污染指数中的最大值；p i j 。为第j 采样点i 污染物所有单项污染指数的平均值。综合污染指数l 表示末受污染， l 表示已受污染， 3 表示重污染，值越大受污染越严重。具体见表4 。表4 土壤质量分级标准朽i4 5 统计方法本文采用了主成分分析对研究土壤的重金属元素进行了多元素统计分析。主成分分析是一种把原来多个指标化为少数几个互不相关( 或相互独立) 的综合指标( 综合指标要尽可能充分地反映原来多个指标的信息) 的统计方法，可达到数据化简、揭示变量之间的关系和进行统计解释的目的，为进一步分析总体的性质和数据的统计特性提供一些重要信剧4 “8 1 。主成分分析在s a $ 软件上进行【4 9 1 ，矿质元素、重金属元素的平均值、变异系数的计算及元素之间简单的相关分析在e x c e l 2 0 0 0 或d p s 软件上进行i 捌。1 75 1 土壤理化性质5结果与讨论城郊土壤的属性因受到人类活动的强烈影响而发生很大改变。当土壤中含有较多的人为侵入体：砖头、瓦片、玻璃、塑料、灰渣、电线、螺丝壳、桃核、纤维、陶瓷片过多时，会导致物理性质变劣，影响到植物生长。从所采的3 2 个土样来看，市郊农业区的土壤中人为侵入体较少，以下沙、乔司农田中所含的人为侵入体最少，有的几乎没有( 人类耕作时间较短) ；而风景旅游区、居民区、市内商业区和文教区的土壤侵入物则相对较多，其中又以砖块居多。值得一提的是，采自杭州玻璃集团纤维分厂附近的土壤中含有很多细小的玻璃管和玻璃纤维，这充分显示了特定区域内的人为作用对土壤的强烈影响。5 1 1 颗粒组成和容重从表5 可以看出，杭州市城市和近郊土壤质地主要为砂壤土，占总土样的8 1 2 5 。 2 m m 的砾石含量以居民区土壤中含量为最高，高的可达1 3 5 9 ( 浙大求是村土样) ，低的也有8 1 9 ：其次是白堤土样，为1 3 2 7 ；远郊土壤中则几乎没有。从远郊中郊近郊城区，土壤中的砾石含量明显地从无到有，从少到多。其中砂粒含量为3 2 2 5 - 8 0 8 2 ，粉砂粒含量为1 6 4 4 5 8 6 5 ，粘粒含量为2 3 4 1 8 7 。从表5 还可以看出，杭州市城郊土壤的容重范围为o 9 9 1 3 6 9 e r a 3 ，平均值为1 2 2 9 c m3 。根据s d o n a h u e d r a u b u r n ，a l 的研究结果川( 见表6 ) ，对于砂壤土、壤土来说，土壤容重值 1 4 0 9 o r e 3 时最为理想( 粘壤土为 1 4 0 9 c m 3 ，粉质壤土为 1 6 3g c m 3 时可能会阻碍植物根的正常生长( 粘壤土为 1 6 0g e m 3 ，粉质壤土为 1 5 5 9 c m 3 ) ， 1 8 0 9 c m 3 时会限制根的正常生长( 粘壤土为 1 7 5 9 e m 3 ，粉质壤土为 16 5g o r e 3 ) 。从表7 可以看出，各功能区土壤的容重值都在理想值范围内，说明杭州城郊土壤的紧实度还不会对植物根的正常生长产生影响。由几个功能区的容重平均值比较可以看出，市内商业区最低，为1 1 6 9 ，c m 3 ( 这与商业区裸露土壤较少，研究土壤采自绿化带，行人很少践踏有关) ；居民区最高，为1 2 7 9 e m 3 。其顺序为居民区 市郊农业区 文教区 市郊工业区 风景旅游区 市内商业区。1 8表5 杭州市城郊土壤的颗粒组成、质地和容重1 9表6 基于土壤质地的土壤容重与根的生长间的皎关系砂土，壤质砂土砂壤土，壤土砂粘质壤土壤土，粘壤土粉土，粉质壤土粉质壤土，粉粘质壤土砂粘土，粉粘土及一些壤粘土( 粘粒3 5 4 5 )粘土( 粘粒 4 5 ) l6 0 14 0 14 0 1 3 0( 11 0( 1l o 1 8 0 1 8 0 1 7 5 1 7 5 16 5 l5 8 1 4 7表7杭州城郊各功能区土壤基本物理性质表表8 杭州市城郊土壤的有机质、速效养分和p h 值型盛主篓k 0n ( m 墨g , k g 1 ) p ( m 茎0 k 竺竺! ! ：! ! !采样地点( a 1 )k 9 4 ) 一。一一农科院宿舍2 5 98 0 77 1 31 1 18 6 0浙大华寒池校区宿舍2 5 81 1 43 4 77 4 57 9 6浙大求是村3 1 68 4 96 1 82 3 98 0 0朝晖五区3 4 18 0 05 7 02 5 78 2 5浙大华隶池技区草地2 9 91 5 1 72 6 61 2 57 1 0浙大玉泉校区草地4 3 61 6 82 4 11 0 25 8 7浙大西浜校区草地1 838 6 36 1 71 0 98 3 0浙大潮滨校区4 2 98 9 16 6 51 6 98 2 0花港观鱼3 9 01 5 51 0 92 3 06 6 8太子湾5 6 22 3 01 4 72 1 98 1 0自堤5 7 51 4 57 9 83 1 57 8 0苏堤9 4 22 5 84 7 51 0 259 0曲院风荷4 5 31 6 61 9 31 8 868 5头格村9 95 7 13 0 99 7 77 6 4中沙村9 95 7 1伯8 6 68 5 5下沙村835 5 74 189 8 88 6 0乔司三分场1 0 7铊13 0 46 4 680 5十四堡825 4 32 4 71 1 383 9九堡7 55 0 13 4 65 5 78 3 4普福村1 8 01 0 41 0 58 4 47 1 0水墩轲1 5 31 1 42 5 81 2 240 0丁桥村1 5 59 8 14 271 7 148 0赵家村4182 1 21 鸵7 06 1 9杨家村2 2 01 4 31 2 61 2 04 6 0农科院早地”77 5 81 0 31 3 047 2解放路2 2 06 6 81 0 44 5 27 7 0延安路2 7 36 5 47 8 92 8 18 2 0武林广场09 4 61 0 43 2 98 2 0杭钢七分厂锅炉车问旁14 5 92 9 51 8 48 3 0杭钢七分厂轧帽路5 8 24 4 54 7 11 2 78 3 5轨玻纤堆分厂旁2 3 55 7 15 5 11 2 57 9 7杭氧团结路3 7 e1 2 13 4 21 4 47 2 7平均值3 0 21 0 6 4 87 3 6 91 5 4 5 17 3 3量大值9 4 22 5 82 5 84 5 28 6 0墨尘堡! ：! ! ：! ：! ! ! ：! ：! !杭州市城郊土壤的总孔隙度范围为4 9 6 7 - 6 2 5 5 ，平均值5 3 9 8 。一般土壤的总孔隙度在3 5 - 6 5 之间，最适宣的区间为5 0 _ 6 0 嘣5 2 1 。而杭州市城郊土壤中总孔隙度在5 0 - 6 0 的就占了8 7 5 ，可见，杭州市城郊土壤的孔隙状况较为理想，适宜农作物和植物的生长。5 1 2 土壤p h土壤p h 除植物特定要求外，主要影响氮、磷、钾、钙、镁及铁、锰、锌、铝等元素的有效度。从表8 可以得出，在杭州市城市和近郊的3 2 个土壤样品中，p h 小于5 o的占1 2 5 ；5 0 - 6 5 的占9 3 7 5 ：6 5 - 7 5 的占1 5 6 2 5 ：7 5 - 8 6 的占6 3 1 2 5 ；大于8 5 的占9 3 7 5 。土壤p h 的变幅为4 0 - 8 6 ，中值为7 3 3 ，土壤多星微碱性，小部分呈强碱性。而杭州市区土壤( 主要为水稻土) 基本上呈中性。说明城郊土壤p h明显高于农业土壤，土壤趋向碱性是该市城郊土壤的显著特征( 图2 ) 。第二次土壤普查结果表明全杭州市大多数农业土壤p h 值在6 0 - 6 5 之间，属酸性或中性土壤。由于城市土壤中常常混有建筑废弃物、水泥、砖块和其它碱性混合物等，其中的c a 向土壤中释放g 另外，大量含碳酸盐的灰尘的沉降g 水泥风化向土壤中释放c a ，导致城郊土壤趋向碱性p h 与自然土壤差异明显。这与其它城郊土壤的研究结果一致1 5 3 , “1 。5 1 3 有机质从表8 可以看出，杭州城市及近郊土壤有机质含量范围为7 5 - 9 4 2 9 k g 1 平均值3 0 2g k g 1 ，变幅很大。下沙区块的土壤中有机质含量很低，都在1 0 9 k g d 以下；乔司区块土壤中有机质含量也较低，在1 0g k g - l 左右，说明杭州市远郊的农业土壤有机质较为缺乏。有机质含量最高的是苏堤上采的土样，整个风景旅游区的有机质含量都较高，2 2范围为3 9 0 - 9 4 2 9 k 9 1 ，平均值为5 8 4 9 k g 1 ，这可能与风景区的壤经常用西湖底的淤泥覆盖有关。其次是市郊工业区的土壤，范围值为2 3 5 5 8 2g k g 1 ，平均值3 8 9gk f l ；市郊农业区土壤的有机质含量最低，范围值为7 5 - 4 1 8 9 k g _ 1 ，平均值1 4 9 9 k g 1 。而杭州市水稻土壤有机质含量平均值为3 3 9gk 9 1 ，其中大于5 0gk g 。1 的频率为2 2 1 ，平均值在3 0 1 - 4 0g k g 1 的频率为4 2 8 5 ，在2 0 卜3 0g k g 1 的频率为3 2 3 3 ；旱耕地土壤有机质平均含量为1 3 3gk g 1 ，其中在3 0 1 - 4 0 0gk g 1 的频率为i 4 6 ，l o 1 - 2 0 0gk 9 1 的频率为6 6 2 5 f 】。两相比较，城郊土壤中的有机质含量平均值比水稻土要低，但比旱耕地土壤中的有机质含量要高。5 i 4 氮从表8 可以看出，研究区土壤碱解氮含量范围为4 4 5 - 2 5 8m gk g 一，平均值1 0 6 4 8m gk g 一，交幅较大。在不同的土地利用背景下，土壤中所含的碱解氮也不相同。含量最高的是风景旅游区的土壤，范围值为1 4 5 - 2 5 8 m gk g ，平均值1 9 0 8 0m gk g ；其次是文教区的土壤，范围值为8 6 3 - 1 6 8m gk g ，平均值1 2 3 7 8m gk g 一，这与该区鼍礞 1 5 01 2 0 - 1 5 09 0 - 1 2 06 p 9 03 0 - 6 0圈3 杭州市城郊土壤碱解氮的分布频率叫k有机质较高相对应；最低的是市郊工业区的土壤，范围值为4 4 5 - 1 2 1 m gk g ，平均值6 7 1 3m gk g - 1 。杭州市城郊土壤碱解氮的频率分布情况见图3 。5 i 5 磷研究结果表明。杭州城市及近郊土壤中全磷的含量为0 5 6 - 3 5 2 9k g ，平均值为098765432lo1 3 3 9k g 。根据浙江省土壤表( 耕) 层土壤全磷含量分级标准，即 1 0 0gk g 。为l 级，i 0 0 0 8 1gk g 。1 为2 级，0 8 0 0 6 1gk g 1 为3 级，0 6 0 0 4 1gk g i 为4级，0 4 0 0 2 0gk g 1 为5 级，o 2 0gk g - 1 为6 级。在所有3 2 个土样中，全磷含量小于1 0gk g l 占4 3 7 5 ，有5 6 2 5 的城市土壤层次中的全磷含量达l 级以上水平( 图4 ) 。杭州市潮土类土壤全磷平均为1 1 3gk g ，潮化盐土亚类( 下沙) 全磷为 2 0m gk g + 1为丰富， i 0n l gk 9 1 为缺乏， 2 0m gk g 。的频率为1 4 5 ， 1 0m gk g 。1 的频率为5 7 5 ， 2 0m gk 9 1 的频率为2 6 2 ，与城郊土壤比较有极显著的差别，速效磷的富集是杭州城郊土壤的显著特征。4208642o静聪表9杭州市城郊土壤矿质元素含量( 单位，gk g 一)墨堂丝盛垒塑!鉴竖9型!型农科院宿舍仃1 32 1 0 30 9 01 4 5 95 2 11 0 鹞5 5 “浙丈华索池授区宿舍浙大求是村朝晖五区浙大华家池校区草地浙大玉泉校区草地浙大西曩校区草地浙大湖滨校区花港观鱼太子湾白堤苏堤曲院风荷头格村中沙村下沙村普福村水墩村乔司三分场十四堡九堡丁桥村赵家村杨家村农科院旱地解放路延安路武林广场杭钢七分厂锅炉车间旁机钢七分厂轧钢路杭玻纤堆分厂旁2 0 7 91 8 9 5 0 71 3 5 ，2 19 5 11 8 8 40 9 2 23 1 32 4 1 72 4 9 70 1 3 6 96 1 18 4 71 口5 10 7 81 4 6 75 6 32 3 82 5 o 5 68 5 22 3 81 0 9 72 7 3 41 4 41 3 7 04 9 31 9 8 62 1 6 12 4 51 4 2 94 8 66 8 92 1 1 11 5 49 5 22 2 7 0 32 0 2 91 2 99 9 22 9 12 0 5 71 6 6 71 8 51 3 3 73 7 360 01 3 1 2o 7 58 8 92 9 17 0 31 6 1 33 71 0 2 8 32 0 鸵1 3 8 71 0 91 3 7 17 7 02 0 0 12 1 鞠0 9 11 4 1 0 0 72 2 2 12 1 7 21 j d 91 4 0 31 0 0 79 8 41 9 8 01 5 51 2 5 35 9 27 1 11 7 3 916 11 2 1 24 4 52 0 7 72 1 3 40 8 31 4 1 39 7 11 3 7 42 3 2 70 7 21 5 1 59 1 41 5 8 31 8 4 50 9 11 2 6 384 36 4 91 8 1 20 1 14 34 4 88 2 22 5 9 61 8 01 21 15 9 89 0 33 0 4 214 61 4 9 869 01 0 0 02 3 4 31 6 11 24 05 3 53 0 6 82 2 8 62 7 21 5 鸵7 0 22 9 0 83 5 0 22 3 21 4 9 26 7 62 8 0 32 9 1 13 鸵1 4 2 46 1 41 9 8 86 7 8 10 7 41 1 3 41 45 9“7 31 1 4 3 30 7 68 9 18 1 61 6 e 13 5 9 21 1 3 4 36 4 91 0 1 12 4 81 3 5 81 2 5 92 0 71 0 7 3 03 1 71 9 4e 2 92 3 6 71 1 0 71 4 7 21 4 3 31 3 4 91 3 3 81 4 5 71 4 6 41 4 5 91 3 1 0 2 41 4 3 81 5 1 2 6 51 2 3 41 1 2 8 83 1 41 2 8 84 6 7 13 6 5 35 2 8 55 3 9 59 6 1 4 33 9 7 93 7 9 53 9 鸵3 6 8 14 2 3 6 8 23 1 1 14 8 2 34 6 4 7 8 54 5 4 44 7 9 14 9 4 44 3 3 94 4 6 15 2 1 95 9 6 75 1 8 4 7 4 44 9 7 85 05 55 4 7 94 2 2 75 8 2 0垫墨望堕堡! ! ：! !塑：垫! ：垄! ! ：墼! ：丝! ! ：! !竺：丝平均值1 6 3 82 6 7 71 3 31 2 7 06 1 l9 9 44 73 9最大值最小值4 47 32 3 81 1 4 3 31 3 1 23 5 205 61 5 5 28 5 21 4 5 92 3 81 5 0 51 9 46 14 33 1 1 1在城市的周围常常分布着菜园地，磷素的高度积累是菜园土的显著特征堋。城市的发展占用了周围大面积的菜园地，城市土壤保留着原菜园土中的磷素，加上大量含磷的废水和垃圾的混入，使得土壤中全磷、速效磷的含量明显高于农业土壤。不同地点人为作用的强度不同，这导致土壤中磷素变异性大。婚蟋 1 0 0m g k g 1 的频率为7 1 8 8 ：而杭州市水田土壤速效钾含量平均为6 0 m g k g - 1 ， l o o m g k g 1的频率仅为5 2 ( 图6 ) ；早地土壤速效钾含量平均为8 0m gk s 1 ， 1 0 0m gl 【g - 1 的频率为2 4 1 ；山地土壤速效钾含量平均为1 1 5m gk g 1 ， 1 0 0m gk g 1 的频率为4 8 6 。与自然土壤相比较，杭州市城郊土壤的速效钾含量明显偏高。5 2 土壤微生物组成圈6 槐州市麓辱土曩与水田土纂中遗教并的分布颤率从3 2 个土样中选取7 个代表土样( 分别采自下沙村、普福村、杭钢七分厂轧钢路、苏堤、浙大西溪校区草地、浙大华家池校区宿舍及武林广场) 进行微生物培养，经培养一个月后，分析了各土壤中主要微生物种类( 细菌、放线菌、真菌) 的数量，以观铡人为活动对土壤微生物种类的影响。从表1 1 中可以看出，市郊工业区杭钢七分厂轧钢路土样的细菌和放线菌的数量都为七个土壤样品中最低，其次是市郊农业区的普福村土样；市郊农业区普福村土样的真菌数为最低，其次是市内商业区的武林广场；浙大西溪校区草地的细菌和放线菌均为最高，其次是苏堤土样；真菌数最高的为苏堤样，其次是文教区的浙大西溪校区草地。细菌数最高为最低的7 6 0 倍，放线菌为6 3 9 倍，真菌为2 0 5 倍说明细菌对土壤污染较为敏感，放线菌次之，真菌则不太敏感( 讨论见后) 。表1 l 杭州市城郊土壤代表样的微生物组成土丝型旦羞型墨壁丝盛塑笪g ! 煎墼堡蕉g ! ! 三2塞墅：! 吐风景旅游区苏堤7 5 09 5 05 o o市内商业区市郊工业区市郊农业区市郊农业区居民生活区文教区武林广场5 0 0杭钢七分厂轧钢路i 普福村3 2 l下沙村5 2 3浙大华家池校区宿舍6 2 1浙大西溪校区草地8 2 187 5l5 04 2 463 26 0 69 5 925 025 52 4 34 1 438 54 3 05 3 重金属污染5 3 1 重金属总量表1 2 杭州市城郊土壤矿质元素和重金属元素含量的范围、平均值及变异系数( n = a 2 )需兰豢荔誊m g2 4 - 1 4 66 ，14 3 7n a1 9 - 1 5 09 94 7 0从表1 2 可知。杭州市城郊土壤重金属元素含量有较大的变异。除m o 、n i 和c o三元素的变异系数相对较小外( 1 6 - 2 4 ) ，其它重金属元素均在5 0 以上，其中变异系数最大的为p b ( 1 7 6 ) ，其次为m n ( 1 1 6 ) 和z n ( 1 1 2 ) 。p b ，m n ，z n ，c u ，c r 和c d 在土样之间较大的变异性反映了不同地点的这些重金属元素污染有较大的差异，而c o ，n i 和m o 相对较小的变异性反映了各地点这三个元素污染程度的相似性或污染程度相对较轻。从土壤重金属浓度最大值和平均值与最小值之间差异来看，杭州市城郊部分地区土壤已受重金属明显污染。2 个无污染土壤( 对照) 平均重金属浓度，m n 为o 2 2 9 k g 1 ，c d 、c o 、c r 、c u 、n i 、p b 、z n 和m o 分别为o 1 6 、7 7 、2 8 9 、2 1 7 、1 9 8 、2 1 、3 4 5 和0 6 2 m gk 9 1 。城郊土壤中m n 、c x l 、c o 、c r 、c u 、n i 、p b 、z n 和m o 平均浓度顺次为非污染土壤的3 6 、8 4 、2 2 、1 6 、2 3 、1 3 、6 5 4 、5 4 和2 4倍，其中以p b 、c a 、z n 的污染最为严重。表1 3 重金属元素之间圾与其它元素之间的相关性( n = 3 2 )，：显著水平分别为口；0 ，0 5 和0 0 1 。重金属元素浓度与大量元素之问有一定的相关性( 表1 3 ) 。c a 与除m o 外的所有重金属元素均呈明显的正相关，f e 与除p b 外的所有重金属元素呈正相关。p 与c u 和p b 呈明显正相关，m g 与m n 及c o 呈正相关，而n a 与m n 、c d 、及m o 呈负相关。供试土壤中k 和a l 两元素变化较小，仅分别与c r 及c o 相关。重金属元素之间的相关性也较明显，其中m n 、c d 、c u 、c r 、c o 、n i 、z n 、和m o 问( 特别是c d 、c o 、c r 、n i 和c u 之间) 都存在着极显著的相关性。而p b 仅与c u 及n i 存在显著相关。重金属元素之间的相关性在一定程度上反映了这些元素污染程度的相似性或污染元素有相似的来源。主成分分析也表明( 图7 ) c d 、c o 、c r 、n i 和c u 在3 2 个土壤样品间有较大的相似性，而p b 、m n 和z n 与其它元素在分布上有一定的差别体现了p b 、m n 、z n 三个元素的污染物来源有相对的独特性。5 3 2 重金属元素的空间分异不同土地利用背景下重金属元素含量有较大的差异( 表1 4 ) 。市郊工业区c d 、c o 、c r