紅運玉蘭綠地土壤增效保肥與生態(tài)功能恢復(fù)研究

王潔 顧燕飛 侍昊

摘要：采用小區(qū)試驗，針對上海閔行文化公園2個不同建設(shè)進(jìn)度下紅運玉蘭及其他綠地生態(tài)系統(tǒng)4～11月的土壤增效保肥與生態(tài)功能恢復(fù)情況進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，已建設(shè)完工并開園接近一年、以紅運玉蘭為主要植被的二期綠地土壤在全氮（TN）、全量有機(jī)碳（TOC）、速效磷（AP）、速效鉀（AK）的存儲量上顯著高于其他植被覆蓋的三期土壤，最終存儲量（11月）分別達(dá)到1.13 g/kg（TN）、21.98 g/kg（TOC）、61.62 g/kg（AP）、136.45 g/kg（AK）；受降雨等客觀環(huán)境因素影響，除三期土壤速效磷、速效鉀、全量有機(jī)碳部分月份有降低趨勢外，其他各期各項指標(biāo)均逐月提升，大部分達(dá)到顯著水平；根據(jù)土壤肥力指標(biāo)分級系統(tǒng)加權(quán)計算可知，統(tǒng)一養(yǎng)護(hù)后的二期土壤，已經(jīng)從極低肥力水平恢復(fù)至高肥力水平，而正在建設(shè)的三期土壤仍處在較低肥力水平；8個月的土壤碳通量原位監(jiān)測顯示，在5～10月份，二期在土壤生態(tài)功能恢復(fù)上顯著高于三期，這可能是由于其更加完善的人工植被系統(tǒng)和更加活躍的土壤生物區(qū)系導(dǎo)致的。

關(guān)鍵詞：土壤增效保肥； 生態(tài)功能；紅運玉蘭綠地；閔行文化公園

中圖分類號：S158.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）14-3364-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.14.009

The Recovery of Soil Fertilization and Ecological Function in the

Green Space of Magnolia soulangeana cv. red

WANG Jie1，GU Yan-fei1，SHI Hao2

（1.Shanghai Gardening-landscaping Construction Co.Ltd.，Shanghai 200333，China；2. Jiangsu Environmental Monitoring，Nanjing 210036，China）

紅運玉蘭綠地土壤增效保肥與生態(tài)功能恢復(fù)研究

王 潔1，顧燕飛1，侍 昊2

（1.上海園林綠化建設(shè)有限公司，上海 200333；2.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，南京 210036 ）

Abstract： The plot test had been introduced to monitoring the fertility changes and ecological functional recovery of two different construction schedule of Magnolia soulangeana cv.red and other green space ecosystem from April to November in Minhang cultural park， Shanghai. The results showed that， compared to the soil of the third stage， the final concentration （TN，TOC，AP，AK in November） in Second stage which had been end of construction and open for a year was improved significantly，the accumulation was 1.13，21.98，61.62，136.45 g/kg，respectively； affected by rainfall and the other objective factors， some fertility index （AP， AK， TOC） was falling in the third stage but the majority of them were improving significantly month by month； according to the classification indexes about soil fertility， it revealed that the soil fertility of the Second stage had been shift to high-fertility level from very poor level. The soil fertility of the third stage was stay on the poor phase. In-situ monitoring about Carbon flux（April to November） suggested that the degree of recovery about ecological functional in the second stage was increased significantly than the third stage between May to October， the more completed artificial vegetation and the active microflora lead to the above results， possibly.

Key words： soil fertilization； ecological function； green space of Magnolia soulangeana cv. red； Minhang cultural park

區(qū)域城鎮(zhèn)化進(jìn)展，往往伴隨著過量的生產(chǎn)資源開發(fā)，因此導(dǎo)致各類嚴(yán)重的城市生態(tài)問題，土壤資源作為重要的城鎮(zhèn)化發(fā)展生產(chǎn)要素，往往第一時間便遭到侵蝕和破壞[1]。道路、橋梁、地產(chǎn)等交通生活資料的更新更容易導(dǎo)致周邊土壤肥力下降、結(jié)構(gòu)破壞、從而使土壤失去在整個生態(tài)系統(tǒng)中重要的調(diào)節(jié)作用[2，3]。城市綠地是指以栽植樹木花草來布置相關(guān)配套設(shè)施，并由綠色植物所覆蓋，且賦予一定功能與用途的場地，世界范圍內(nèi)，城市綠地能夠提供一系列生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，協(xié)同其他城市功能體改善區(qū)域生活質(zhì)量，并在多樣化利用土地、恢復(fù)生物多樣性、提高土壤增效保肥能力等方面擁有巨大的優(yōu)勢[4，5]。城市綠地建設(shè)所用土壤在建設(shè)周期中大多經(jīng)過了人為的強烈干擾，土壤性質(zhì)惡化、營養(yǎng)瘠薄、阻礙植物生長因素頻多，建成后極大地影響了綠化效果和綠地系統(tǒng)的質(zhì)量和功能，因此必須配合完善的人工養(yǎng)護(hù)措施才能發(fā)揮其在生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)中的重要作用[6，7]。

土壤各項養(yǎng)分指標(biāo)是指示土壤肥力狀況最直接的證據(jù)，與其他城市土壤類型相比，綠地系統(tǒng)作為城市系統(tǒng)的“綠肺”，其固持養(yǎng)分的能力是提高綠地輻射區(qū)域生物多樣性、恢復(fù)土壤肥力等級的最關(guān)鍵潛力之一。綠地系統(tǒng)下土壤作用不僅體現(xiàn)在肥力的增效保持上，同時也是重要的生態(tài)環(huán)境功能承載體，在固碳釋氧、提高區(qū)域濕度、抗污染、降低噪音等方面均具有重要作用[8]。

上海城市化推進(jìn)率位居全國首位，20世紀(jì)70年代以來，土壤資源利用呈現(xiàn)快速蔓延的趨勢。近十年，上海市政府大力新建城市綠地系統(tǒng)，其中包括城市公園、城市森林、綠色屋頂、社區(qū)花園等，覆蓋率從1978年的8%升高至2014年的40%[9]。針對上海地區(qū)城市綠地系統(tǒng)的研究大部分集中在某一時間段土壤質(zhì)量檢測，短期時間內(nèi)的防污降塵及其景觀效應(yīng)等方面，缺乏長時間、跨季度的土壤增效保肥動態(tài)特征及土壤生態(tài)功能恢復(fù)的報道[10-12]。本研究選取上海主城區(qū)已建成和正在建設(shè)的兩片綠地生態(tài)系統(tǒng)，通過設(shè)立小區(qū)試驗，對比探索不同植被覆蓋下綠地生態(tài)系統(tǒng)在土壤增效保肥及功能調(diào)節(jié)方面的動態(tài)特征。此研究對了解城市綠地系統(tǒng)在區(qū)域土壤生態(tài)功能調(diào)節(jié)方面具有非常重要的積極意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與試驗設(shè)計

閔行綠地文化公園位于上海市吳中路和S20外環(huán)高速交接口（北緯31°10′04.7′′、東經(jīng)121°21′37.4′′），向南銜接漕寶路，總占地面積83.44 hm2，其中綠化面積69.74 hm2，綠化率為83.6%。以吳中路為界分為南區(qū)、北區(qū)，南區(qū)占地面積65.09 hm2；北區(qū)占地面積18.35 hm2。閔行綠地文化公園施工面積大，工期長，因此分為1～4個區(qū)域分期施工，本研究選取已完工開園約一年的二期（2014年4月開園，主要植被為紅運玉蘭）及正在施工的三期（2014年4月施工開始，12月結(jié)束）進(jìn)行探索對比（圖1），并于2014年4月對目標(biāo)園區(qū)土壤理化性質(zhì)和人工植被引入情況做了背景值調(diào)查，結(jié)果如表1所示。按照網(wǎng)格布點法分別在二期和三期設(shè)立監(jiān)測位點，樣點均勻分布在各期覆蓋范圍內(nèi)（各期均為9個），二期主要為紅運玉蘭覆蓋下的人工土壤，三期主要為處在施工階段的自然土壤，在預(yù)設(shè)采樣點用水泥板分隔出1 m×1 m的正方形小區(qū)，插入土壤中20 cm深，表面露出20 cm高度。在小區(qū)中間置入口徑為20 cm的PVC材質(zhì)塑料空心圓管用于監(jiān)測各月土壤碳通量（圖1）。各個小區(qū)采用園區(qū)統(tǒng)一養(yǎng)護(hù)方式，每月初投入復(fù)合型肥料1 kg，分別于每月底用20 cm深土鉆沿各個小區(qū)對角線方向采集3份表層土壤（0～20 cm），取混合樣裝袋并進(jìn)行以下指標(biāo)的分析，全氮（TN）、速效磷（AP）、速效鉀（AK）、全量有機(jī)碳（TOC），于每月中旬進(jìn)行土壤碳通量（CF）檢測。

1.2 數(shù)據(jù)處理及分析

將土壤樣品帶回實驗室，置于通風(fēng)、陰涼、干燥的室內(nèi)風(fēng)干，過2 mm篩，移除礫石和植物殘茬，再次過100目篩備用。土壤全量有機(jī)碳采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；全氮采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測定；速效磷采用碳酸氫鈉法測定；速效鉀采用原子吸收分光光度計法測定[13]；土壤碳通量利用LI-6400（LI-COR，USA）便攜式光合作用儀進(jìn)行原位測定[14]。

數(shù)據(jù)處理采用R語言Vegan軟件包進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤肥力指標(biāo)

2.1.1 土壤全氮（TN）、全量有機(jī)碳（TOC） 土壤全氮（TN）及全量有機(jī)碳（TOC）含量是表征土壤肥力的重要指標(biāo)。由圖2和表2可知，通過統(tǒng)一的養(yǎng)護(hù)方式，二期、三期全氮含量逐月提升，最終漲幅分別達(dá)到240%和220%。但值得一提的是，已建設(shè)完成的二期在全量有機(jī)碳含量提升效果上更為顯著，最終存儲量達(dá)到（21.98±0.870） g/kg，相較4月含量提升了4倍左右，雖然采用了統(tǒng)一的養(yǎng)護(hù)方式，但正在建設(shè)的三期全量有機(jī)碳含量卻一直穩(wěn)定在4～5 g/kg并上下波動。完善的人工植被體系是導(dǎo)致這種情況的主要原因，具體分析如下：①紅運玉蘭及其他各類植物根系（草本、灌木、喬木）已定殖于土壤耕層，通過一系列生理活動，通過根系向外分泌次生代謝產(chǎn)物（低分子量有機(jī)酸、氨基酸等），而正在建設(shè)的綠地生態(tài)系統(tǒng)尚未引入人工植被體系，因此缺乏自身的有機(jī)碳產(chǎn)生及固持能力；②根系的生長在根圈范圍內(nèi)切割土壤，形成以團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)為主的各粒徑土塊，不斷營造出適生的物理條件，土壤生物數(shù)量逐漸增多（蚯蚓、線蟲等）并在耕層范圍內(nèi)完成生命史，有機(jī)生命體的增多導(dǎo)致TOC含量逐漸增高，而未建成的三期尚缺乏條件[15]；③地上植被系統(tǒng)通過凋謝等生理活動，形成死地被物層（O層+A層），伴隨降雨逐漸下滲，被分解者分解后形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的腐殖質(zhì)，從而增加了全碳含量[16]。

2.1.2 土壤速效磷（AP）、速效鉀（AK） 速效養(yǎng)分（AP、AK）是植被能夠直接吸收利用的重要養(yǎng)分指標(biāo)，其含量的多少對植被的生長調(diào)節(jié)、土壤的增效保肥有關(guān)鍵的指示作用。由表2和圖3可知，經(jīng)園區(qū)統(tǒng)一方式養(yǎng)護(hù)后，正在施工的三期有效養(yǎng)分（AP和AK）呈現(xiàn)出先升高后降低再升高的趨勢，降低趨勢出現(xiàn)在7～9月。經(jīng)過長達(dá)8個月的統(tǒng)一養(yǎng)護(hù)后，已建設(shè)完成的二期有效養(yǎng)分（AP和AK）逐月遞增，截至采樣結(jié)束的11月達(dá)到峰值。三期的有效養(yǎng)分存儲量在大部分月份里均極顯著低于二期（P<0.01）并且還伴隨下降趨勢，值得關(guān)注的是，在三期速效養(yǎng)分下降比較集中的7～9月，二期同比雖然逐漸增加，但是漲幅率卻明顯放緩。

造成以上結(jié)果的原因分析如下：①速效養(yǎng)分（AP、AK）不同于土壤全氮和全量有機(jī)碳，大部分不可以通過土壤生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行合成（如固氮菌的固氮作用生成氮、有機(jī)生命體的分解作用產(chǎn)生有機(jī)碳等），因此更依賴于外界人工養(yǎng)護(hù)的營養(yǎng)攝入。大部分速效形態(tài)養(yǎng)分存在于土壤水溶液中，更容易受到降雨淋失作用的影響，二期土壤擁有更完善的土壤團(tuán)聚體和孔隙結(jié)構(gòu)，因此在降雨最為集中的6～9月，雖然升高緩慢，但并沒有出現(xiàn)負(fù)增長[17]；②三期小區(qū)周邊由于一直保持施工狀態(tài)，缺乏健康的植被體系，同時不斷施工產(chǎn)生的降塵等工業(yè)污染侵入土壤，破壞土壤孔隙結(jié)構(gòu)、沙化土壤，因此極易受到降雨的影響，在7～9月出現(xiàn)速效養(yǎng)分的負(fù)增長。

2.2 土壤肥力分級

按照土壤肥力分級指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)對閔行綠地文化公園二期、三期4～11月土壤進(jìn)行加權(quán)分級，結(jié)果表明，經(jīng)統(tǒng)一養(yǎng)護(hù)，已建設(shè)完成的二期從肥力極低狀態(tài)（20分）恢復(fù)到高狀態(tài)（80分），由于有機(jī)質(zhì)加權(quán)比例較高（0.3），因此對二期肥力提高有著重要的貢獻(xiàn)作用，這主要得益于二期已經(jīng)逐漸完善的紅運玉蘭人工植被體系及良好的土壤根圈環(huán)境。三期從極低狀態(tài)（20分）升高為低狀態(tài)（45分），其原因主要歸咎于上述兩段的分析討論。由此可見，雖然采用了相同的人工養(yǎng)護(hù)方式，但卻出現(xiàn)了差異明顯的結(jié)果，健康的綠地生態(tài)系統(tǒng)及良好的人工養(yǎng)護(hù)方式是發(fā)揮綠地土壤增效保肥能力的關(guān)鍵因素。綜合得分公式為：S=∑Fi×Wi（i=1，2，3，4……，n），式中，S為土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)；Fi為第i個指標(biāo)評分值；Wi為第i個指標(biāo)權(quán)重。

2.3 土壤碳通量

土壤碳通量大小可以間接從側(cè)面反映土壤生物（土壤動物和土壤微生物）活性，揭示其種群數(shù)量的變化，并且能夠作為土壤碳蓄能力的重要指標(biāo)之一[18，19]。采用原位監(jiān)測的方法對二期和三期各個小區(qū)進(jìn)行了碳通量水平檢測。結(jié)果表明，二期和三期土壤碳通量均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，同月相比，5～10月碳通量水平二期均顯著高于三期，在7月達(dá)到最大差值，為2 μmol/（m2·s）。造成以上結(jié)果的原因分析如下：①土壤微生物活性是導(dǎo)致土壤碳通量變化的重要原因，微生物活性受水熱條件影響較大，在氣候較為適生的5～7月，土壤微生物大量繁殖，活性較高，因此碳通量水平逐漸提高，隨著生命史的完成及溫度的逐漸降低，在8～11月又陸續(xù)降低；②養(yǎng)分含量的逐漸提高、地上部植被系統(tǒng)的不斷豐富、不斷完善的土壤微團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造出更適于土壤微生物生存繁衍的條件，種類與群落數(shù)量得到提高，因此在水熱條件良好的5～7月，二期碳通量水平明顯高于三期，并且在隨后降低的過程中也始終高于三期。

3 小結(jié)與討論

供試土壤初期肥力匱乏，經(jīng)園區(qū)統(tǒng)一方法養(yǎng)護(hù)后，已建設(shè)開園以紅運玉蘭為主要植被的二期土壤全氮和有機(jī)碳含量逐月提高，在大部分月份里均顯著高于三期土壤。施工中的三期土壤全氮含量穩(wěn)步提升，但有機(jī)碳含量一直處在匱乏水平，在4～5 g/kg之間波動。受降雨等客觀因素影響，二期土壤速效養(yǎng)分在保持逐月增長的同時，6～9月增速緩慢，三期土壤則在7～9月出現(xiàn)明顯的負(fù)增長；土壤速效養(yǎng)分在各期綠地系統(tǒng)中以第一季度、第三季度漲幅最高。按照土壤肥力分級指標(biāo)加權(quán)打分，經(jīng)過8個月的統(tǒng)一養(yǎng)護(hù)后，供試土壤由最初的極低肥力（20分）變化為高肥力（二期）和低肥力（三期）。有機(jī)碳含量由于擁有較高的加權(quán)比例（0.3），是土壤增效保肥的最關(guān)鍵指標(biāo)。

碳通量分析表明，在水熱條件較好的5～7月，各期土壤碳通量均呈現(xiàn)顯著的增高趨勢，隨即降低，5～10月二期土壤碳通量水平明顯高于三期。雖然建成后的二期土壤質(zhì)量（土壤肥力、土壤功能）恢復(fù)情況較三期效果更為顯著，但在一些苗木集中地區(qū)，依然存在部分移栽植株長勢不均的情況（部分玉蘭屬植物提前衰老凋謝），因此需要采用更加科學(xué)合理的人工養(yǎng)護(hù)措施，建立系統(tǒng)的土壤質(zhì)量監(jiān)測體系，及時調(diào)整使之適應(yīng)移栽植物各個生長期的養(yǎng)分需求，完善一系列綠地公園配套設(shè)施（立體噴灌體系、測土培肥體系、開溝引渠措施等），才能更好地發(fā)揮閔行綠地文化公園在虹橋地區(qū)的生態(tài)調(diào)節(jié)作用。

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