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近20年来,中国的城市化发展速度为世界同期平均水平的2倍。在人地矛盾日益尖锐的长江三角洲地区,快速城市化过程对区域土壤资源产生影响的程度、范围及方式迄今尚未进行系统的研究。本研究选取城市历史悠久、土壤肥沃、城市化水平高、城市化发展速度快的苏州市区作为案例地区,基于1984年、1995年、2000年及2003年四个年份的Landsat TM遥感数据和大量的社会,经济数据、第二次全国土壤普查数据以及在苏州城市边缘带采集的201个土壤表层(0~20cm)样品的土壤理化性质分析数据、土壤重金属含量数据,系统研究了苏州市土壤资源非农流转的时空变化规律及人文驱动因素,定量评价了研究区土壤肥力质量及城市化过程对土壤肥力分布、土壤养分变化、土壤重金属污染等方面的影响,获如下主要结论:
(1)1984~2003年间,苏州市区非农用地扩张呈明显加速趋势,与整个苏州市相比,其土壤资源非农流转速度明显较高(通过绝对扩张强度表征),且具有比苏州市更高的土壤资源非农利用程度。在苏州市区内部,与建制镇及行政村相比,城市建成区的扩展强度增大趋势明显,城市中心集聚功能显著。回归分析表明,GDP高速增长、城市人口总量迅速膨胀、城市化率的急剧提高是苏州市区在1984~2003年间土壤资源非农流转的主要驱动力。非农用地与农业土壤资源之间巨大的经济比较利益差距也是重要的驱动因素。国家与区域层面的一系列土地保护政策因素在抑制苏州市区的土壤资源非农流转方面效果不明显。时间序列上,土壤资源非农流转的驱动力在1984~1995年间与1996~2003年间两个不同城市化发展阶段因社会经济发展水平不同而变化。
(2)通过相对定量化的方法选取了包括有机质、pH、全钾、速效磷、速效钾、总孔隙度在内的研究区土壤肥力质量评价最小数据集参数。该方法相对定量化的考虑了土地利用变化及利用年限对土壤肥力的影响。并且该方法具有较好的扩展性,可以灵活的针对不同的数据量进行计算。但该方法也只是初步尝试,还需进一步加以完善。
(3)土壤肥力评价表明,苏州市区土壤肥力质量整体水平较高且分布均匀。1984~2003年间,苏州市区非农用地扩张在不同阶段都以占用高肥力等级的土壤资源为主,并且均主要发生于1996年后。空间过程上,城镇地区的非农用地越来越倾向于占用高肥力的土壤资源,而农村地区的非农用地扩张则倾向于占用肥力等级较低的土壤。此外,城市化背景下非农用地的快速扩张导致苏州市区的粉沙土目前的非农密闭利用率已经高达70%。
(3)1984~2004年间,苏州市区表层土壤(0~20cm)酸化趋势明显,同时,土壤有机质、全量及有效态的N、P、K含量有不同程度的升高而容重则有所下降(全量K的含量降低除外)。当城市边缘带的土地利用方式由水田流转为菜地后,大致呈现为土壤EC、CEC、OM及全量的N、P、K含量稍有下降,而后随着种植年限的增加又逐渐回升,并高于水田土壤养分含量,而碱解氮、速效磷、速效钾含量则随着种植年限的增加而一直升高。对比工业化程度较高的与目前仍以传统农业为主的地区,发现两类区域的土壤养分含量没有显著差异。
(4)研究区表层土壤中Cr、Ni、Cu、Pb、Zn、Hg、As等八种元素的全量含量与当地土壤重金属背景值相比有明显富集的趋势,其中Hg的富集程度最高。若参照国家土壤重金属环境标准(二级),土壤Hg为严重污染水平,土壤Ni为中度污染,Cu、Cd为轻度污染,其他4种为清洁水平。受城市化快速发展影响,在水田流转为菜地后,随着菜地种植年限的增加,土壤重金属含量呈降低的趋势。同源性分析表明,除了Cd及As有其单独来源外,其余几种可能有共同的来源,因此研究区城市边缘带土壤的表层可能在一定程度上存在重金属的复合污染。