小城镇土壤健康及其土地利用效应研究

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土壤健康直接关系着农业生产的可持续发展与人类的安全。近年来,由于快速的城市化所导致的各种土地利用变化,如土地利用类型、种植制度、耕作措施、施肥水平等方面的变化必然会对土壤健康产生巨大的影响。 我国的城市化进程是通过大力发展小城镇来实现的。由于我国小城镇发展过快,同时我国小城镇建设过程中缺乏统筹规划和长远考虑,造成小城镇建设在土地利用、环境治理等方面出现了一系列生态安全问题。本文以经济快速发展的浙江省慈溪市小城镇为研究对象,通过资料收集以及实地调查与采样分析,并以相同区域的第二次土壤普查资料为对比,运用GIS与地统计分析方法,分析了研究区土壤各养分指标的时空分布及变化,土壤重金属的空间分布并对土壤重金属污染进行评价,研究了土壤环境质量与经济发展模式的关联等,最后结合当地实际,提出了研究区小城镇土地可持续利用的对策。主要研究结论如下: (1)慈溪市土地利用变化与生态服务价值损益研究结果表明,慈溪市自1999年以来,随着土地利用的变化,其土地生态系统服务价值总量呈现出逐渐下降的趋势。虽然研究期间慈溪市的GDP在逐步上升,但随着经济的发展和土地利用集约化程度的提高,在单位土地面积GDP逐步提高的同时,土地的生态系统服务经济价值总量却在逐步降低。 (2)慈溪市农用地集约利用评价结果显示,全市不同镇(街道)土地集约利用水平差异较大。土地集约利用水平最高的是横河镇,在土地利用集约度分级中属于Ⅱ级水平;集约度达到Ⅲ级的镇占慈溪市小城镇总数的70%。集约度达到四级的小城镇有天元镇、逍林镇、崇寿镇、坎墩街道、胜山镇,占总数的25%。土地集约利用程度最低的是胜山镇,集约利用水平为0.16。不同镇(街道)土地集约利用与土壤环境质量之间呈正相关关系,说明在城市化与工业化发展日益加快的今天,土地的集约利用会对生态环境造成负面影响,在一定程度上可能导致土壤环境质量的下降。因此,在土地集约利用的同时,应进一步增强对生态环境的保护意识。 (3)典型小城镇周巷镇土壤中重金属污染评价结果显示,八种重金属含量的单项污染指数平均值均大于1,说明当地土壤已明显受外源污染的影响,应予重视。八种重金属元素中,含量超过背景值的样点比例以铜的为最高,达到90%以上,铅、镉、砷超过了80%,而其它几种相对较低。土壤中的重金属元素在剖面上一般都有表聚或亚表聚特征,总体上是表层高于中层,中层高于下层。在空间分布上,铜、镉、镍、汞四种元素含量分布特征相似,均是南高北低,由南向北逐渐递减。锌和铅的含量分布特征相似,等值区均是呈东南.西北向分布,高值区主要位于中南部东南至西北的带状区域内。砷的高值区主要分布于西北部一带,而铬的高值区主要位于西部边界与余姚市接壤的地带,由西向东土壤中砷和铬的含量逐渐降低。不同尺度下土壤重金属元素空间变异的对比分析结果说明,两种采样尺度下,土壤重金属元素均有明显的空间自相关关系,但大尺度下的空间自相关程度要优于小尺度下的空间自相关程度。利用地统计学方法进行变量的空间分析在较大区域进行比较合适,面积越小,空间变异越弱,面积过小时,由于空间变异趋势微弱,随机变异所占比例相对增加,可能会不利于进行空间相关性分析。 (4)周巷镇土壤中养分含量与第二次土壤普查结果相比发生了较大的变化,变化的特点是土壤中有机质、碱解氮、速效磷均有所增加,而土壤中的速效钾含量却有所减少。土壤有机质在潮土和水稻土两个土种的含量略有增加,而在盐土土种却有所减少;变化最明显的是土壤速效磷含量,在潮土类型中的夜阴土和流沙板两个土种速效磷含量上升幅度较大,而盐土中的速效磷含量却有所降低;土壤中的速效钾不论在何种土壤类型中均呈下降的趋势。在空间分布上,研究区土壤中有机质和碱解氮的分布特征极为相似,其分布规律皆为南高北低,由南向北逐级递减。而土壤中速效磷的分布特征是西高东低,土壤中速效钾的分布是北部和西南部较高,而以东部地区最低。不同分布特征一方面和土地利用类型以及农民的施肥习惯有关,另外土壤母质中该种元素的含量也是造成这一现象的原因之一。 (5)周巷镇土壤非致癌风险评价结果显示,所有的重金属其非致癌风险系数均远远小于临界值1,对单个重金属本身来讲,不会对居民产生非致癌风险;当把所有的非致癌风险叠加后,其非致癌风险值仍远小于限值l,不会对居民的身体健康产生较大的非致癌风险。就致癌风险评价结果而言,砷元素致癌风险值已普遍超过美国EPA的10<-6>基准,会对居民健康产生很大威胁,成为主要的致癌因素。镉元素的致癌风险值相对较小,不会对当地居民的身体健康产生威胁。砷和镉的致癌总风险已经远远超过美国EPA所规定的10<-6>的基准,将导致每百万人中平均增加10个癌症患者。 (6)周巷镇土壤重金属污染潜在生态风险分析结果表明,研究区内只有汞元素表现出强生态危害。研究区的潜在生态风险危害指数只是刚刚达到中等生态危害的水平,说明该区土壤重金属的污染状况尚处于较低的生态危害状态,但是异常值元素的出现,警示我们在今后的土地利用规划中,应当对土壤污染的风险给予足够的重视。 (7)周巷镇土地的可持续利用,可通过土地用途分区管制和进行生态经济区划两种途径实现。周巷镇土地利用用途分区管制主要是基于以下土地用途分区来进行:①农业生产用地区;②城乡建设用地区;③其他用地区,包括交通用地与水利设施用地等;④未利用土地区。周巷镇生态经济区划可分为四个生态经济功能区:①城镇生态经济区;②中部现代农业生态经济区;⑨北部传统农业生态经济区;④滨海生态经济区。
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