園林廢棄物覆蓋對北京市林地土壤養(yǎng)分和團聚體的影響

劉景海，張　萍，吳春水，周　郁

(北京市林業(yè)工作總站，北京 100029)

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園林廢棄物覆蓋對北京市林地土壤養(yǎng)分和團聚體的影響

劉景海，張萍，吳春水，周郁

(北京市林業(yè)工作總站，北京 100029)

[摘要]在北京市延慶縣(現(xiàn)延慶區(qū))和海淀區(qū)研究了園林廢棄物覆蓋對林地土壤養(yǎng)分和團聚體的影響，結果表明：園林廢棄物覆蓋2年后能夠增加林下土壤的有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量，海淀區(qū)覆蓋園林廢棄物的效果優(yōu)于延慶縣；同時，覆蓋也增加了延慶縣和海淀區(qū)的土壤大團聚體數(shù)量，減少了延慶縣的土壤侵蝕。因此，園林廢棄物覆蓋能有效增加林地土壤養(yǎng)分并且改善土壤結構。

園林廢棄物是園林綠化過程中產(chǎn)生的有機廢棄物，包括枯枝落葉和修剪下的樹枝、葉片及雜草等[1]。隨著我國城市綠化的快速發(fā)展，園林廢棄物的產(chǎn)量逐年增加。傳統(tǒng)的處理方法是填埋和焚燒，不僅污染環(huán)境，而且浪費資源。近年來，一些城市開始將園林廢棄物粉碎后覆蓋綠地[2]。覆蓋不僅能夠調(diào)節(jié)土壤溫度，保持水分，增加養(yǎng)分[3]，還能夠減少侵蝕，降低鹽分，控制雜草，減少病蟲害，提高樹木成活率和生長量，吸滯與降解污染物，降低綠地維護成本[2]。

目前，國內(nèi)關于園林廢棄物覆蓋對林下土壤影響的研究主要集中在水分和養(yǎng)分方面[4-5]，對土壤結構的關注較少。組成土壤結構的基本單元是土壤團聚體[5]。根據(jù)多級團聚理論，土壤的微團聚體(直徑<0.25 mm)聚合形成大團聚體，大團聚體破碎形成小團聚體。大團聚體也稱為土壤團粒結構體，其數(shù)量與土壤肥力成正相關[6]。作為土壤的重要組成部分，土壤團聚體的水穩(wěn)定性與土壤可蝕性密切相關[7]。

我們以北京市延慶縣(現(xiàn)延慶區(qū))、海淀區(qū)的人工林為研究對象，分析園林廢棄物粉碎覆蓋對林下土壤養(yǎng)分和團聚體的影響，以期為城市森林建設中園林廢棄物的處理提供科學依據(jù)。

1研究方法

2014年4月，分別在延慶縣東大橋和海淀區(qū)東升八家郊野公園選擇園林廢棄物覆蓋示范區(qū)人工林地采集土壤樣品，并以各示范區(qū)附近的無覆蓋林地為對照。其中，延慶縣的示范區(qū)整體為杜仲、檜柏、槭樹、油松等塊狀混交林，園林廢棄物覆蓋面積大約2 000 m2，厚度為5 cm，覆蓋時間為2年；海淀區(qū)的示范區(qū)整體為刺槐、圓柏、丁香、欒樹等混交林，園林廢棄物覆蓋面積在3 000 m2左右，厚度為8 cm，覆蓋時間為2年。園林廢棄物皆粉碎成1～5 cm的小段后覆蓋。

試驗所選小塊樣地呈純林或混交狀態(tài)，土壤按0～10、10～20和20～30 cm分層采樣。土壤樣品用自封袋帶回實驗室，在室內(nèi)自然干燥后，一部分過20目篩，用堿解擴散法測定堿解氮含量，用鉬藍法測定速效磷含量，用火焰光度法測定速效鉀含量；一部分過100目篩，用外加熱-重鉻酸鉀容量法測定有機質(zhì)含量。

分別用干篩法和濕篩法測定土壤微團聚體含量，計算水穩(wěn)性團聚體含量和團聚體破壞率[7]。

2結果與分析

2.1土壤有機質(zhì)含量

在延慶縣，與對照相比，覆蓋園林廢棄物后，杜仲林下0～10 cm土層的土壤有機質(zhì)含量增加44.08%，檜柏林下0～10和10～20 cm的土壤有機質(zhì)含量分別增加13.45%和17.34%，槭樹林下0～10 cm的土壤有機質(zhì)含量增加27.32%，油松林下0～10和10～20 cm的土壤有機質(zhì)含量分別增加81.43%和12.31%，4種覆蓋園林廢棄物的林地其余土層有機質(zhì)含量與對照無顯著差別(表1)。

在海淀區(qū)，與對照相比，覆蓋園林廢棄物后，圓柏林下0～10和10～20 cm土層的土壤有機質(zhì)含量分別增加53.37%和65.19%，20～30 cm的土壤有機質(zhì)含量無顯著變化；刺槐林下0～10和10～20 cm的土壤有機質(zhì)含量分別增加11.35%和26.11%，20～30 cm的土壤有機質(zhì)含量無顯著變化；刺槐-圓柏林下0～10、10～20和20～30 cm的土壤有機質(zhì)含量分別增加24.75%、72.86%和79.36%；刺槐-圓柏-丁香林下0～10、10～20和20～30 cm的土壤有機質(zhì)含量分別增加40.26%、55.90%和18.51%(表1)。

表1　不同林地的土壤有機質(zhì)含量

注：不同小寫字母標記表示同一列不同林地之間數(shù)據(jù)差異顯著；刺-圓指刺槐-圓柏林，刺-圓-丁指刺槐-圓柏-丁香林，下同。

2.2土壤堿解氮含量

在延慶縣，與對照相比，覆蓋園林廢棄物后，杜仲林下0～30 cm土層內(nèi)土壤堿解氮含量沒有顯著變化，檜柏林下0～10和10～20 cm土層的土壤堿解氮含量分別增加37.31%和24.41%，槭樹林下分別增加36.53%和16.83%，油松林下分別增加42.05%和37.24%，檜柏、槭樹、油松林下20～30 cm的土壤堿解氮含量與對照無顯著差別(表2)。

表2　不同林地的土壤堿解氮含量

在海淀區(qū)，與對照相比，覆蓋園林廢棄物后，圓柏林下0～10 cm土層的土壤堿解氮含量增加31.76%，10～20 cm的含量無顯著變化，20～30 cm的含量降低12.50%；刺槐林下3個深度土層的土壤堿解氮含量分別增加40.85%、24.76%和25.00%；刺槐-圓柏林下0～10和10～20 cm的土壤堿解氮含量分別增加23.01%和35.02%，20～30 cm的含量無顯著變化；刺槐-圓柏-丁香林下0～10和10～20 cm的土壤堿解氮含量分別增加13.58%和21.61%，20～30 cm的含量無顯著變化(表2)。

2.3土壤速效磷含量

在延慶縣，與對照相比，覆蓋園林廢棄物后杜仲林下3個層次的土壤速效磷含量分別增加120.95%、27.99%和79.15%，檜柏林下分別增加76.82%、22.49%和50.21%，槭樹林下分別增加58.94%、12.20%和33.62%，油松林下分別增加117.60%、49.28%和136.60%(表3)。

表3　不同林地的土壤速效磷含量

在海淀區(qū)，與對照相比，覆蓋園林廢棄物后圓柏林下3個層次的土壤速效磷含量分別增加21.36%、61.09%和37.21%；刺槐林下0～10和10～20 cm的土壤速效磷含量分別增加18.73%和18.91%，20～30 cm的含量無顯著變化；刺槐-圓柏林下3個層次的土壤速效磷含量分別增加22.54%、27.13%和101.55%；刺槐-圓柏-丁香林下3個層次的土壤速效磷含量分別增加46.82%、25.12%和79.84%(表3)。

2.4土壤速效鉀含量

在延慶縣，與對照相比，覆蓋園林廢棄物后杜仲林下0～10和10～20 cm土層的土壤速效鉀含量分別增加18.69%和13.12%，檜柏林下分別增加18.49%和33.32%，槭樹林下分別增加24.40%和23.82%，油松林下分別增加10.69%和20.71%，4種覆蓋園林廢棄物的林地20～30 cm土層的土壤速效鉀含量與對照無顯著差別(表4)。

在海淀區(qū)，與對照相比，覆蓋園林廢棄物后圓柏林下3個層次的土壤速效鉀含量分別增加30.30%、12.12%和115.93%；刺槐林下10～20和20～30 cm的土壤速效鉀含量分別增加36.36%和109.09%，0～10 cm的含量無顯著變化；刺槐-圓柏林下3個層次的土壤速效鉀含量分別增加44.32%、81.82%和100.00%；刺槐-圓柏-丁香林下10～20和20～30 cm的土壤速效鉀含量分別增加15.15%和172.73%，0～10 cm的含量無顯著變化(表4)。

表4　不同林地的土壤速效鉀含量

2.5土壤團聚體含量

從表5可知，在干篩法中，與對照相比，延慶縣覆蓋園林廢棄物的4種林下土壤表層0～20 cm中直徑>0.25 mm的團聚體含量(R0.25)沒有顯著變化，但是杜仲、槭樹和油松林下20～30 cm土層的R0.25分別增加14.71%、19.08%和19.65%。在濕篩法中，與對照相比，延慶縣覆蓋園林廢棄物的4種林下土壤表層0～20 cm土層的R0.25沒有顯著變化，但是杜仲、槭樹和油松林下20～30 cm土層的R0.25分別增加21.11%、40.45%和24.37%。濕篩處理下4種覆蓋園林廢棄物的林地水穩(wěn)性團聚體的R0.25最高值為44.48%，遠小于干篩處理下的最低值79.12%，說明其土壤團聚體大部分為非水穩(wěn)性團聚體。

表5　不同林地直徑>0.25 mm團聚體含量(R0.25)

從表5可知，在干篩法中，與對照相比，海淀區(qū)覆蓋園林廢棄物的圓柏林下0～10和20～30 cm土層的R0.25分別增加11.58%和18.50%，10～20 cm土層的R0.25沒有顯著變化；刺槐林下0～10和10～20 cm土層的R0.25分別增加11.39%和12.80%，20～30 cm土層的R0.25沒有顯著變化；刺槐-圓柏林下10～20 cm土層的R0.25增加10.73%，0～10和20～30 cm土層的R0.25沒有顯著變化；刺槐-圓柏-丁香林下10～20和20～30 cm土層的R0.25分別增加14.37%和11.85%，0～10 cm土層的R0.25沒有顯著變化。在濕篩法中，與對照相比，海淀區(qū)覆蓋園林廢棄物的圓柏林下0～10 cm土層的R0.25增加14.77%，刺槐林下0～10 cm土層的R0.25增加11.74%，刺槐-圓柏林下0～10 cm土層的R0.25沒有顯著變化，刺槐-圓柏-丁香林下0～10 cm土層的R0.25增加12.81%，4種覆蓋園林廢棄物的林地10～30 cm土層的R0.25均沒有顯著變化。濕篩處理下水穩(wěn)性團聚體的R0.25最高為25.80%，遠小于干篩處理下的最小值79.75%。

從表6可知，在0～10 cm土層，與對照相比，延慶縣杜仲林下土壤的直徑>2和0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別增加84.97%和10.68%；檜柏林下土壤的直徑>2、1～2和0.5～1 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別降低20.27%、25.10%、13.36%，而直徑0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性團聚體含量增加48.06%；槭樹林下直徑0.5～1 mm的水穩(wěn)性團聚體含量降低10.96%，而直徑0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性團聚體含量增加58.74%；油松林下土壤的直徑>2和1～2 mm 的水穩(wěn)性團聚體含量分別降低71.48%和20.24%，而直徑0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性團聚體含量增加74.27%。在10～20 cm土層，與對照相比，杜仲林下直徑1～2和0.5～1 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別增加14.04%和26.06%；檜柏林下直徑>2 mm的水穩(wěn)性團聚體含量增加44.08%，而其他3種直徑的水穩(wěn)性團聚體含量分別降低26.32%、21.82%和14.86%；槭樹林下直徑>2和1～2 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別降低12.50%和15.79%；油松林下直徑>2和1～2 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別降低66.45%和26.32%，而直徑0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性團聚體含量增加22.10%。在20～30 cm土層，與對照相比，杜仲林下直徑>2、1～2和0.5～1 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別降低25.81%、64.52%和28.57%；檜柏林下直徑>2 mm的水穩(wěn)性團聚體含量增加141.94%，而其他3個直徑的水穩(wěn)性團聚體含量則分別降低54.84%、35.24%和43.68%；槭樹林下直徑>2、0.5～1和0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別增加103.32%、40.95%和19.49%，而直徑1～2 mm的水穩(wěn)性團聚體含量降低72.58%；油松林下直徑>2和1～2 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別降低51.61%和56.45%，而直徑0.5～1和0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別增加20.95%和17.69%。因此，覆蓋園林廢棄物顯著增加了延慶縣的杜仲林下表層0～10 cm、檜柏林下10～30 cm和槭樹林下20～30 cm的直徑>2 mm的水穩(wěn)性團聚體含量。

表6　延慶縣不同林下土壤水穩(wěn)性團聚體含量

從表7可知，在0～10 cm土層，與對照相比，海淀區(qū)圓柏林下直徑>2、1～2和0.5～1 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別增加53.42%、106.25%和33.08%，而直徑0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性團聚體含量降低10.09%；刺槐林下直徑>2 mm的水穩(wěn)性團聚體含量降低52.05%，而直徑1～2、0.5～1和0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別增加18.75%、26.15%和19.57%；刺槐-圓柏林下直徑>2和1～2 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別增加12.33%和59.38%，而直徑0.5～1 mm的水穩(wěn)性團聚體含量降低16.15%；刺槐-圓柏-丁香林下直徑>2和0.5～1 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別降低28.77%和25.38%，而直徑0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性團聚體含量增加38.30%。在10～20 cm土層，與對照相比，圓柏林下直徑1～2和0.5～1 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別降低31.67%和11.89%； 刺槐林下直徑>2、1～2和0.5～1 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別降低48.19%、35.00%和40.56%，而直徑0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性團聚體含量增加40.19%； 刺槐-圓柏林下直徑>2和0.5～1 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別降低34.94%和13.99%，而直徑0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性團聚體含量增加25.23%；刺槐-圓柏-丁香林下直徑>2、1～2和0.5～1 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別降低26.51%、41.67%和47.55%，而直徑0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性團聚體含量增加52.80%。在20～30 cm土層，與對照相比，圓柏林下直徑>2 mm的水穩(wěn)性團聚體含量增加57.35%，而直徑1～2和0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別降低10.12%和16.47%；刺槐林下直徑>2和1～2 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別增加25.49%和11.31%，而直徑0.5～1和0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別降低16.71%和14.39%；刺槐-圓柏林下直徑>2和1～2 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別增加84.31%和38.10%，而直徑0.5～1 mm的水穩(wěn)性團聚體含量降低34.25%；刺槐-圓柏-丁香林下>2和1～2 mm的水穩(wěn)性團聚體含量分別增加64.22%和25.00%，而直徑0.5～1 mm的水穩(wěn)性團聚體含量降低49.45%。因此，覆蓋園林廢棄物顯著增加了海淀區(qū)的圓柏和刺槐-圓柏林下表層0～10 cm，以及4種林分下20～30 cm土壤的直徑>2 mm的水穩(wěn)性團聚體含量。

表7　海淀區(qū)不同林下土壤水穩(wěn)性團聚體含量

從表8可知，與對照相比，延慶縣的杜仲和槭樹林下0～10 cm土層的團聚體破壞率分別降低15.45%和11.94%，10～30 cm土層的團聚體破壞率變化不顯著；檜柏和油松林下土壤各層的團聚體破壞率變化均不顯著。海淀區(qū)4種林下土壤各層的團聚體破壞率變化均不顯著。

表8　不同林下土壤的團聚體破壞率

3討論與結論

3.1園林廢棄物覆蓋對土壤養(yǎng)分的影響

目前國內(nèi)關于覆蓋對土壤養(yǎng)分的研究多以農(nóng)田和果園為主。覆蓋植物材料能夠增加土壤養(yǎng)分，特別是增加有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量。例如，在北京順義雙青林場，覆蓋生態(tài)墊(油棕果架纖維制品)3年后楊樹林下0～5 cm土壤的全氮、堿解氮、硝態(tài)氮和速效鉀含量顯著增加[8]。

本研究表明：覆蓋園林廢棄物能夠明顯提高延慶縣4種林下土壤0～10 cm土層的有機質(zhì)含量，特別是油松林和杜仲林；能夠明顯提高海淀區(qū)4種林下土壤0～20 cm土層的有機質(zhì)含量，特別是圓柏林、刺槐-圓柏林、刺槐-圓柏-丁香林。土壤有機質(zhì)的提高主要來自覆蓋的園林廢棄物的分解；覆蓋園林廢棄物對海淀區(qū)的林下土壤效果更好，是因為海淀區(qū)樣地的土壤表層有機質(zhì)含量的本底值較高。

覆蓋園林廢棄物能夠明顯提高延慶縣的檜柏林、槭樹林和油松林下0～20 cm深土壤的堿解氮含量；能夠明顯提高海淀區(qū)的刺槐林、刺槐-圓柏林、刺槐-圓柏-丁香林下0～20 cm深土壤和圓柏林下表層0～10 cm深土壤的堿解氮含量。

覆蓋園林廢棄物能夠明顯提高延慶縣4種林下的土壤速效磷含量，而且杜仲林和油松林土壤表層速效磷的改善效果較好；能夠明顯提高海淀區(qū)的圓柏林、刺槐-圓柏林和刺槐-圓柏-丁香林下0～30 cm深土壤的速效磷含量，但是只提高了刺槐林下0～20 cm深土壤的速效磷含量。另外，海淀區(qū)4種林下土壤的表層速效磷含量均高于延慶縣的4種林分，這是因為海淀區(qū)的土壤表層速效磷含量的本底值較高。

覆蓋園林廢棄物后，明顯提高了延慶縣的杜仲林、檜柏林、槭樹林和油松林下0～20 cm深土壤的速效鉀含量，明顯提高了海淀區(qū)的圓柏林和刺槐-圓柏林下0～30 cm深土壤的速效鉀含量，也提高了刺槐林和刺槐-圓柏-丁香林下10～30 cm深土壤的速效鉀含量。

本研究的結果與其他地區(qū)的類似。例如，覆蓋植物廢棄物能顯著增加浦東新區(qū)楊樹林帶的土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、速效磷和速效鉀含量，覆蓋量與這些土壤肥力指標成極顯著正相關[3]。覆蓋樹皮和園林有機廢棄物對重慶市的綠地土壤具有一定的增肥作用，包括有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀，且隨著覆蓋厚度的增加，其作用也隨之增加[4]。

3.2園林廢棄物覆蓋對土壤團聚體的影響

目前國內(nèi)關于覆蓋對土壤團聚體的研究多以農(nóng)田、果園等為主，這些研究表明，覆蓋植物材料能夠增加土壤養(yǎng)分和大團聚體數(shù)量，并且改善水穩(wěn)性團聚體比例。例如，在河北欒城，覆蓋增加了團聚體的穩(wěn)定性；旋耕處理也有類似效果，但增幅較小[9]。

本研究表明：覆蓋園林廢棄物能夠在一定程度上增加延慶縣的杜仲林、檜柏林、槭樹林和油松林下不同深度土壤的大團聚體數(shù)量和水穩(wěn)性大團聚體數(shù)量。覆蓋園林廢棄物在一定程度上增加了海淀區(qū)的圓柏林、刺槐林、刺槐-圓柏林和刺槐-圓柏-丁香林下不同深度土壤的大團聚體數(shù)量和水穩(wěn)性大團聚體數(shù)量。同時，覆蓋園林廢棄物降低了延慶縣的杜仲林和槭樹林下表層團聚體破壞率，改善了表層土壤結構，能夠減緩土壤侵蝕。在延慶縣上辛莊小流域，不同土地利用方式下土壤團聚體破壞率為玉米地>杏林>側柏林>刺槐-酸棗-荊條混交林，林地土壤團聚體結構破壞率顯著低于玉米地[7]。

總之，園林廢棄物覆蓋2年后增加了林下土壤的有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量，改善了土壤養(yǎng)分，且海淀區(qū)覆蓋園林廢棄物的效果優(yōu)于延慶縣。同時，覆蓋也增加了兩個示范區(qū)的土壤大團聚體數(shù)量，減少了延慶縣的土壤侵蝕。因此，今后可以在全市范圍內(nèi)的林地大面積推廣園林廢棄物覆蓋。

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(責任編輯徐素霞)

[基金項目]北京市財政專項

[中圖分類號]S157；S714.6

[文獻標識碼]A

[文章編號]1000-0941(2016)06-0054-05

[作者簡介]劉景海(1966—)，男，北京市人，高級工程師，學士，主要從事森林培育研究；通信作者張萍(1975—)，女，北京市人，高級工程師，碩士，主要從事城市森林生態(tài)研究。

[收稿日期]2015-04-25

[關鍵詞]園林廢棄物；土壤團聚體；土壤有機質(zhì)；堿解氮；速效磷；速效鉀；北京