喀斯特山区不同母质林地土壤环境质量评价

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1、林 业 科 学 研 究2007, 20 ( 3) : 442446Forest Research文章编号 : 1001 21498 ( 2007 ) 03 20442 205喀斯特山区不同母质林地土壤环境质量评价舒英格 1, 姚斌2, 何腾兵 1, 刘元生 1, 罗海波 1, 刘方1( 1.贵州大学生态与环境系,贵州 贵阳550025;2.中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,国家林业局森林生态环境重点实验室,北京100091 )关键词 : 土壤环境质量;喀斯特山区;林地土壤 ; 评价中图分类号: S714文献标识码: ASo il Env ironm ent Qua lityA sse

2、ssm ent ofForest Landw ith D ifferen t Paren t M a ter ia ls in Ka sta M oun ta in Area1212111222SHU Ying ge , YAO B in , HETeng bing, L IU Yuan sheng , LUO Haibo , L IU Fang( 1. Ecology and Envir onmentDepartm ent of Guizhou University,Guiyang550025, Guizhou, China;2. Institute of Forest Ecology,En

3、vironment and Protection,CAF;Key Laboratory of Forest Ecology and Environment,State Forestry Adm inistrati on, Beijing100091,China)Abstract:The soil environment quality of woodland with different parent materials ( limestone, dolomite limestone, limestoneshale,dolomite, limestone sand inclusion)in K

4、asta mountain area was assessedwith Analytic H ierarchy ProcessandshalePrincipalComponentAnalysis methods.The results indicated that the soil fertilityquality of the soil developed from lime2stone shalewas the best, and the soil developed from dolomite limestone was theworst. The soildeveloped from

5、limestoneshale showedthe best heavymetals quality, and the soil developed fromdolomite was the worst.The soil developed fromlimestoneshale had the best stand condition quality,and the soil developed from limestone sand inclusion shale was theworst. The results also showed that the order ofthe soil e

6、nvironment quality was: limestone shale limestone dolomitelimestone dolom ite limestone sand inclusionshale.Key words: soil environment quality; Kasta mountainarea;woodland soil;evaluation土壤是人类赖以生存的最基本的自然资源之一是岩石圈表面的疏松表层是陆生生物生活的基,质 ,是维系陆地生态系统食物链的一个重要环节1 。土壤环境是地球生态系统中能够生长植物 、具有一定环境容量及动态环境过程的地表疏松层连续体构成

7、的环境 。土壤环境与地球表层环境以及生物健康和人类健康均有重大关系 2, 3 。因此 , 科学评价土壤环境质量具有重大意义它不仅关系到我国的可,持续发展战略而且还可以为土地 、环境等部门合理,保护与利用土壤资源提供依据 4 。目前 ,国内对土壤环境质量的评价多集中于土壤重金属污染 。而从土壤环境内涵出发 ,综合考虑其内在土壤肥力状况和土壤重金属元素含量,并结合影响土壤环境的外部因素进行综合评价的研究较少 。本文以贵州省贵阳市乌当区为例 ,采用层次分析法和改进的主成分分析法 ,对该区林地土壤环境质量进行综合评价, 以期为当地的资源开发和保护提供科学依据。1 研究区概况贵阳市乌当区处于黔中喀斯特地

8、貌发育区, 碳收稿日期 :2006212222基金项目 : 中科院知识创新工程项目( KZCX3 2SW 2140) 、贵阳市乌当区人民政府资助项目作者简介 : 舒英格 ( 1973 - ) ,男 ,贵州镇宁人 ,讲师 ,主要从事农业资源与环境研究.? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.第3期舒英格等 :喀斯特山区不同母质林地土壤环境质量评价4 43酸盐岩层分布较广;为亚热带温凉湿润季风气候年个亚类, 50个土属, 95个土种, 18个变种 5。,平均气温13. 5

9、 年平均日照1 134. 32 h,年总幅射,2研究方法3 684. 38 MJ?- 2,年平均降水量“冬无m1 188 mm,严寒 、夏无酷暑 ”光热水同季雨量充沛无霜期长;2.1样品的采集与处理,但因地势北高南低,起伏变化较大,垂直气候差异明在对研究区域地形地貌、母质 、植被类型等进行显本区内地貌类型主要是中山、低中山和高丘、浅调查的基础上选择具有代表性的不同母质上发育;,丘 、缓丘 山地面积占总面积的53. 10% ,丘陵面积的林地作为土壤采样点位进行采样。采样深度0,占总面积的40. 06% , 山间盆地 、谷地 、洼地也有出20 cm,按“S”形采 510个分样点 ,充分混合后用四现

10、主要岩石组合有碳酸盐类岩石的白云岩、白云岩分法反复取舍保留1kg左右混合土样备用。研究;,夹层 、石灰岩 、灰岩夹层 ,碎屑岩类的砂岩、砂页岩和区土壤取样点环境条件见表1。松散层的红色粘土等岩层呈西南至东北走向;地带样品在实验室自然风干、剔除杂质用四分法取,性土壤为黄壤,镶嵌分布着非地带性的石灰土、紫色舍后用木棍辗压 ,研磨过 0.149 mm 尼龙筛 ,装瓶 、土 、水稻土 、潮土和沼泽土等土壤共有6个土类, 18贴标签备用 。,表1取样点土壤环境状况土样编号母质 (岩)地形地貌坡度 / ()海拔 /m植被类型土壤类型1石灰岩低山271 080灌木林石灰土2石灰岩低山251 120杉木柏树林

11、石灰土3石灰岩低山261 070灌木林石灰土4石灰岩坡地231 430灌木林石灰土5白云质石灰岩低山251 230灌木林石灰土6白云质石灰岩坡地241 140柏木、青岗林黄色石灰土7白云质石灰岩低山271 110灌木林石灰土8石灰岩夹页岩坡地231 300灌木林黄色石灰土9石灰岩夹页岩坡地241 250柏松林黄色石灰土10石灰岩夹页岩缓坡地211 290灌木林石灰土11白云岩低山281 120灌木林石灰土12白云岩低山271 050柏木、青岗林黄色石灰土13白云岩中山301 200柏木、青岗林黑色石灰土14白云岩中山331 150柏松林石灰土15白云岩中山321 050竹林石灰土16白云岩缓坡

12、地191 200柏木、青岗林黄色石灰土17石灰岩夹砂页岩中山341 130针叶林黄色石灰土18石灰岩夹砂页岩中山301 060灌木林石灰土19石灰岩夹砂页岩中山321 080针叶林黄色石灰土2. 2 分析检测方法2.3评价方法土壤肥力指标中的有机质、全氮 、全磷 、酸溶性本研究利用层次分析法来量化土壤环境相对质钾 、土壤 pH 值 、阳离子交换量均采用常规分析方法量 。评价方案 :首先把土壤环境质量分成土壤肥力、测定 ,土壤机械组成采用简易比重计法测定6。土重金属元素和立地条件三组指标,然后确定各组指壤总镉的测定 火焰原子吸收分光光度法; 土壤标的评价因子及其隶属度, 再按隶属度求出各土壤总铅

13、的测定 原子吸收分光光度法;土壤总铬的评价因子的换算值; 之后对土壤评价因子的换算值测定 火焰原子吸收分光光度法; 土壤总汞的测用改进的主成分分析法确定各因子的权重; 再将换定冷原子吸收分光光度法;土壤总砷的测算值与各因子的权重加权求和,即得各自的相对数定 二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法 7 。量值;最后 将得出的三组相对数量与各自权重(其,权重确定仍采用改进主成分分析法确定)加权求和? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.444林业科学研究第20卷求出最终相对评判

14、结果。3 评价过程3. 1 评价因子的确定根据评价因子选择的主导因素原则、差异性原则和稳定性原则,同时考虑到评价对象的特殊性、土壤环境系统的复杂性和综合性选定土壤肥力指标、,重金属元素指标 、立地条件作为评价因素 。土壤重金属元素指标按照土壤环境质量标准GB15618 - 1995选择镉 、铅 、铬 、汞、砷等5个因子来评价 ;因林地土壤上生长的植物多是多年生,土壤肥力指标中的速效养分受环境因素影响较大,故采用相对稳定的全氮 、全磷 、酸溶钾 、 值 、阳离子交换pH量 、质地和有机质等7个因子来确定土壤肥力状况;立地条件考虑坡度因子。3. 2 评价因子的归一化处理各评价因素之间没有统一的量纲

15、,其具体数值也相差很大 ,无法进行土壤环境质量的评价 。鉴此 , 各项数 据的 归一化 处理 是进 行土壤 环境 质量 的基础 。3. 2. 1 土壤肥力各评价因子隶属度的确定及归一化处理土壤肥力评价利用模糊数学原理,通过确定各因子隶属度函数以及分级标准,采用评价分值表示肥力等级的方法来进行评价 8 。本文结合研究区域土壤特点 ,依据研究资料和前人经验,不同的肥力参评因子采用不同类型的隶属度函数进行评定,文中各因子隶属度函数的计算过程略, 具体方法参见文献各因素的临界值详见表。8,2表 2各评价因素临界值3因素坡度 /有机质 /全氮 /全磷 /( )( g? kg - 1 )( g? kg -

16、 1 )( g? kg - 1 )临界值545602. 50. 75因素酸溶钾 /pH值 /CEC/ cmol物理性粘粒(mg? kg - 1 )(H 2O)( + ) ? kg - 1 ( 石灰岩母质白云岩母质石灰岩夹砂页岩母质白云质石灰岩母质。从表 3可知 ,石灰岩夹页岩母质发育的林地土壤肥力质量之所以最好 ,在于其土壤肥力指标中全氮指标平均值稍低于石灰岩母质发育的土壤 、阳离子交换量指标平均值低于石灰岩 、白云岩 、石灰岩夹砂页岩母质发育的土壤外 ,其余土壤肥力指标平均值均高于其他母质发育的林地土壤 ;而白云质石灰岩母质发育的林地土壤肥力质量最低 ,在于其土壤肥力指标中权重较大的有机质

17、、全氮 、酸溶性钾 、阳离子交换量指标平均值均低于其他母质发育的林地土壤。? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.446林业科学研究第20卷4. 2 土壤重金属元素质量评价表 5中供试林地土壤重金属元素质量指数平均为 (9. 71) ( n= 19) 变异系数为0. 05,大于均值0. 51,的有石灰岩、白云质石灰岩、石灰岩夹页岩、 石灰岩夹砂页岩母质发育的土壤 ,其重金属元素质量指数分别为 9. 91、9. 87、10. 00、9. 73,小于均值的仅有白云岩母质发

18、育的土壤 ,其重金属元素质量指数为 9. 34。由此可见 ,石灰岩夹页岩母质发育的土壤重金属元素质量最好 ,其次为石灰岩母质发育的土壤,再次为白云质石灰岩母质发育的土壤 ,之后是石灰岩夹砂页岩母质发育的土壤 ,最差的为白云岩母质发育的土壤。 由表4可知 ,石灰岩夹页岩母质发育的林地土壤重金属元素指标 (镉、铅、铬、汞、砷 )均在土壤环境质量标准中的一级标准内 ,石灰岩母质发育的林地土壤有部分土样的镉和铬元素超过一级标准 ,白云质石灰岩母质发育的林地土壤有部分土样的铬、 汞、砷元素超过一级标准 ,石灰岩夹砂页岩母质发育的林地土壤有部分土样的铅、汞、砷元素超过一级标准 ,白云岩母质发育的林地土壤有

19、部分土样的铅元素含量超过一级标准且镉、铬、汞、砷元素污染较严重,因而石灰岩夹页岩母质发育的林地土壤重金属元素质量指数最好 ,白云岩母质发育的林地土壤重金属元素质量指数最低。4. 3 土壤立地条件质量评价表 5可见 ,供试林地土壤立地条件质量指数平均为 (4. 54) ( n= 19) 变异系数为0. 23,大于1. 04,环境质量综合指数分别为74.、因而0973. 3071. 99;不同母质发育的林地土壤环境质量综合评价排序为 :石灰岩夹页岩母质 石灰岩母质 白云质石灰岩母质 白云岩母质 石灰岩夹砂页岩母质 。由表5知 ,石灰岩夹页岩母质发育的林地土壤的三组环境质量指标(土壤肥力、重金属元素

20、、立地条件质量指标 )均值都最好, 因此其综合环境质量最好;而石灰岩夹砂页岩母质发育的土壤立地条件质量最差,其余质量也不好,因而其综合环境质量最差。5结语本文从土壤肥力状况、 土壤重金属元素含量和立地条件等 3组评价指标上对研究区域不同母质 (石灰岩、白云质石灰岩、石灰岩夹页岩、 白云岩、石灰岩夹砂页岩 )发育的林地土壤环境质量的优劣进行了综合评价 ,得出石灰岩夹页岩母质发育的林地土壤环境质量最好 ,余下依次为石灰岩母质发育的土壤,白云质石灰岩母质发育的土壤 ,白云岩母质发育的土壤 ,最差的为石灰岩夹砂页岩母质发育的土壤。相对于常规只考虑重金属元素一个指标,本文采用的方法更为详细地评价了土壤环

21、境质量,使得评价结果的可靠性增加,更加符合实际。本研究利用层次分析法来量化土壤环境相对质量 ,采用模糊数学方法对各评价因子进行归一化处理 ,运用主成分分析法确定各评价因子的权重,在一均值的有石灰岩 、白云质石灰岩 、石灰岩夹页岩母质定程度上避免了人为因素带来的偏差, 提高了评判发育的土壤,其立地条件质量指数分别为 4.94、结果的准确性 。4. 92、5. 58,小于均值的有白云岩和石灰岩夹砂页岩参考文献 :母质发育的土壤 ,其立地条件质量指数分别为4.21、3. 25。因此 ,不同母质发育的林地土壤立地条件质量从好到差依次是石灰岩夹页岩 、石灰岩 、白云质石灰岩 、白云岩 、石灰岩夹砂页岩

22、。分析表 1 可知 ,研究区域中石灰岩夹页岩母质发育的林地土壤分布在坡度较缓的缓坡地和坡地 ,因而其立地条件最好 ,而石灰岩夹砂页岩母质发育的林地土壤分布在坡度相对较陡的中山地形 ,因此其立地条件最差 。4. 4 土壤环境质量综合评价土壤环境质量综合指数评价结果(表 5)表明 :供试林地土壤环境质量综合指数平均为(76. 21 5. 6) ( n = 19) ,变异系数为0. 07,大于均值的有石灰岩和石灰岩夹页岩母质发育的土壤,其环境质量综合指数分别为79. 76、83. 61,小于均值的有白云质石灰岩 、白云岩 、石灰岩夹砂页岩母质发育的土壤,其 1 黄昌勇 . 土壤学 M . 北京 :中

23、国农业科技出版社 , 2000 2 潘根兴 . 地球表层系统土壤学 M . 北京 :地质出版社 , 2000 3 Abraham s P W. Soils: their imp lications to human health J . TheScience of Total Envir onment, 2002, 291: 132 4 朱颜明 ,何岩 . 环境地理学导论 M . 北京 : 科学出版社 , 2002 5 乌当区综合农业区划编写组. 贵阳市卷 乌当区综合农业区划 M . 贵阳 :贵州人民出版社 , 1989 6 鲁如坤 . 土壤农业化学分析法M . 北京 : 中国农业科技出版社

24、, 1998 7 奚旦立 . 环境监测 (修订版 ) M . 北京 :高等教育出版社 , 1996( 2001 重印 ) 8 王建国 ,杨林章 ,单艳红 . 模糊数学在土壤质量评价中的应用研究 J. 土壤学报 , 2001, 38 (2 ) : 176 183 9 朱青 . 两种模糊数学模型在土壤重金属综合污染评价中的应用与比较 J . 环境保护科学 , 2004, 30 ( 123) : 53 57 10 宋之杰 ,高晓红 . 一种多指标综合评价中确定指标权重的方法 J . 燕山大学学报 , 2002, 26 ( 1 ) : 2022, 26? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.