不同改良劑對綠化種植土改良效果研究

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(廣州市林業(yè)和園林科學研究院，廣東 廣州 510405)

0 引 言

綠化土壤作為城市綠地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是園林植物的生長介質和養(yǎng)分的供給者，是土壤微生物的棲息地，更是城市污染物的匯集地和凈化器，對維持良好的城市生態(tài)環(huán)境以及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[1]。受各種外在和內在因素影響，城市綠化土壤物理性質較差，特別是壓實比較嚴重，壓實導致城市土壤容重變大，土壤滲透性、透氣性變差，已嚴重影響到植物的生長發(fā)育，阻礙和限制了城市綠化的發(fā)展。

在大多研究關注農作物土壤修復改良的同時，城市綠化土壤改良也越來越成為園林綠化行業(yè)的研究熱點，雖然大部分報道集中在土壤養(yǎng)分、酸堿度改良以及改良材料篩選和研發(fā)方面，但城市綠化土壤物理性質方面的改良技術以及改良劑對綠化植被生長發(fā)育的影響研究也備受關注。目前，有關物理性質改良材料方面的研究較多，例如伍海兵等[2]發(fā)現(xiàn)，有機材料和脫硫石膏混合使用對典型城市綠地土壤物理性質改良效果最佳。園林廢棄物堆肥產品對提高城市土壤肥力，改善土壤結構，增加土壤水分蓄積，降低土壤侵蝕和地表徑流等都有重要作用[3-6]。秦玲等[7]認為，草炭可有效改善土壤結構，降低土壤容重，改善土壤孔隙分布，提高土壤持水能力，對植物生長有良好的促進作用。王健鵬等[8]研究發(fā)現(xiàn)，有機肥可以增加砂質土壤有機質和腐殖質含量，增加土壤孔隙度和田間持水量，改善土壤通氣和水分狀況，提高農作物產量。也有研究發(fā)現(xiàn)，不同炭類材料和秸稈腐熟物能夠顯著影響土壤團聚體的數(shù)量分布和穩(wěn)定性，從而改善土壤理化性質[9-12]。

簕杜鵑(Bougainvlleaglabra)是珠三角地區(qū)多個城市的市花，在街頭、綠化帶、立交橋上、人行天橋上、公園、小區(qū)院落及住戶陽臺上，常常能看到一簇簇、一叢叢嬌艷奪目，三個花瓣喇叭似地張開的紫色小花朵綴滿枝頭的簕杜鵑花，別名“三角梅”。簕杜鵑原產于南美巴西、秘魯和阿根廷，為常綠木質大藤本植物，枝條常拱形下垂。喜溫暖濕潤、陽光充足的環(huán)境，不耐寒，中國除南方地區(qū)可露地栽培越冬，其它地區(qū)都需盆栽和溫室栽培，喜土壤以排水良好的砂質壤土。簕杜鵑作為廣州市立交橋和人行天橋常見綠化植物，十幾年來，形成了極具特色的城市空中綠廊、花廊，美化了生活空間，增加了廣州市特色，有效改善了城市居民的生活環(huán)境。然而，隨著城市的發(fā)展，城市綠化種植土甚至橋面簕杜鵑種植土化學性質退化，土壤物理結構變差等問題逐漸顯現(xiàn)。為更好地改善綠化種植土質量，本研究利用綠化廢棄物堆肥、泥炭、生物炭混合物(木質生物炭與稻殼灰)、醋渣、微生物菌劑及磷礦粉等材料，按一定比例配制改良劑，通過簕杜鵑栽培試驗探究自主配制的改良劑對綠化種植土的實際改良效果，以期能為改良劑研發(fā)和城市綠化土壤改良修復提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試植物：紫花簕杜鵑(Bougainvlleaglabra)扦插苗，株高30 cm，冠幅10 cm。

種植土pH 7.16， EC 0.26 mS·cm-1，有機質21.6 g·kg-1，全氮1.06 g·kg-1，全磷0.64 g·kg-1，全鉀4.46 g·kg-1，速效氮126 mg·kg-1，速效磷84 mg·kg-1，速效鉀368 mg·kg-1。復合肥含N、P2O5、K2O各15%，總養(yǎng)分為45%的三元復混肥料。

改良劑：由廣州市林業(yè)和園林科學研究院利用泥炭、生物炭混合物(木質生物炭與稻殼灰)、醋渣、微生物菌劑、磷礦粉及綠化廢棄物堆肥產品等原料，按不同比例配制而成。依據(jù)配方不同分別標記為：改良劑A(已在規(guī)?；a應用，下同)、改良劑B、改良劑C、改良劑D、改良劑E、改良劑F、改良劑G和改良劑H。

簕杜鵑扦插苗：試驗前，在廣州市林業(yè)和園林科學研究院白云苗圃內，剪取多年生簕杜鵑向陽帶葉老枝，保證徑粗和長度一致，利用沙壤土進行扦插生根，待扦插苗成活后，選取生長一致幼苗備用。

種植盆：高22 cm，口徑28 cm，底部直徑19 cm。

1.2 試驗設計

本試驗以種植土為對照1(CK0)、以改良劑A按體積比1∶1添加到種植土混勻為對照2(CK1)，同時使用其他7種改良劑(改良劑B-H)分別與種植土按體積比1∶1混勻，依次設置為7個處理(T1、T2、T3、T4、T5、T6和T7)，詳見表1。利用種植盆進行紫花簕杜鵑栽培試驗，每個處理種植20盆，每盆栽植1株簕杜鵑幼苗。生長期內各處理保持相同的水肥管理：分別在簕杜鵑定植30 d、60 d和120 d時施用20 g復合肥，每天上午9點向每個種植盆淋水1 L左右。

表1 試驗設計Table 1 The experiment design

注：各改良劑均按體積比1∶1添加到種植土中混勻。

Note:Each amendment is added to the planting soil in a volume ratio of 1∶1.

1.3 測試指標

盆栽試驗140 d后，測量簕杜鵑葉片葉綠素(SPAD值)、株高、冠幅、根系活力以及根系體積等生理生態(tài)指標；同時，檢測種植土理化性質(pH、EC、有機質、養(yǎng)分含量、土壤容重、非毛細管孔隙度及入滲率等)。

1.4 測試方法

采用卷尺測定簕杜鵑株高及縱、橫向冠幅，冠幅(W) =(縱向冠幅+橫向冠幅)/2[13]；采用烘干稱量法測定葉片生物量[14]；

采用TTC氧化還原方法測定根系活力[15]，公式如下：

TTC還原強度(mg·g-1(根鮮重)×h) =TTC還原量(mg)/根重(g)×時間(h)(時間為1 h)；

采用便攜式葉綠素儀測定葉片葉綠素含量(SPAD-502Plus，美國產)，采用量筒用排水法測量根系總體積[16]。

參考魯如坤[17]方法檢測土壤pH、EC、有機質、養(yǎng)分含量、土壤容重、非毛細管孔隙度及入滲率等理化指標。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用EXCEL軟件進行數(shù)據(jù)記錄和整理，利用SPSS 20.0數(shù)據(jù)分析軟件進行數(shù)據(jù)處理，運用最小顯著差數(shù)法(LSD)進行顯著性分析，運用OriginPro7.5軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 簕杜鵑地上部生理指標

2.1.1 簕杜鵑株高的變化。株高是植物形態(tài)學調查工作中最基本的指標之一，能客觀表示植物生長的優(yōu)劣[18]。定植140 d時，添加改良劑的處理簕杜鵑株高均高于未添加改良劑的對照(CK0)，增幅為1.42%～19.7%；其中T5處理(添加改良劑F)顯著高于未添加改良劑的對照(CK0)(P<0.05)，但與另一對照(CK1)差異不顯著，見圖1。生長期內，各處理保持了相同的水肥管理，但各處理簕杜鵑株高不同，說明各改良劑不同程度地改善了土壤質量，促進了簕杜鵑的縱向生長。

2.1.2 簕杜鵑冠幅與葉綠素含量的變化。冠幅是用來衡量植物長勢的參考標準[19]。簕杜鵑在定植140 d時，添加改良劑的處理簕杜鵑冠幅都高于未添加改良劑的對照(CK0)，增幅為2.53%～40.0%，其中CK1和T3、T4、T5處理顯著高于CK0(P<0.05)，且T5處理(添加改良劑F)也顯著高于另一對照(CK1)，見圖2。簕杜鵑定植后140 d時，各處理簕杜鵑冠幅不同，說明各改良劑不同程度地改善了土壤質量，促進了簕杜鵑的橫向生長。

注：不同小寫字母代表處理在0.05水平上差異顯著，下同。

2.1.3 簕杜鵑葉片葉綠素含量的變化。簕杜鵑定植后140 d時，添加改良劑的處理簕杜鵑葉片葉綠素含量(SPAD值)都高于未添加改良劑的對照(CK0)，增幅為6.79%～33.3%，而且各處理葉片葉綠素含量(SPAD值)也都顯著高于另一對照(CK1)(P<0.05)，其中以T1處理(添加改良劑B)為最優(yōu)，其次為T4處理(添加改良劑E)、T5處理(添加改良劑F)，見圖3。

2.2 簕杜鵑地下部根系指標

根系活力是反映植株吸收功能的綜合指標，影響著根系的生長、代謝和吸收功能，進而影響地上部的生長發(fā)育[20]。簕杜鵑定植后140 d時，添加改良劑的處理簕杜鵑根系活力最高為0.593 mg·g-1·h-1、最低為0.278 mg·g-1·h-1，都顯著高于未添加改良劑的對照(CK0)(P<0.05)，增幅為17.3%～113%，其中尤以CK1、T3、T4和T5處理較好，見圖4，說明添加改良劑能增強簕杜鵑根系活力，這與李偉明等[20]與孫延國等[21]研究結果類似。

2.3種植土理化性質分析

試驗結束后(簕杜鵑定植140 d后)，采集了種植土樣品測定其理化性質。結果表明，添加改良劑的處理種植土有機質含量在60.5～77.5 g·kg-1之間，有機質含量顯著高于未添加改良劑的對照(CK0)(P<0.05)，見表2，改良劑大幅增加了種植土有機質含量，這與改良劑的主要原料為綠化廢棄物堆肥產品有關；同時，添加改良劑的處理種植土中全氮、全磷、全鉀、速效氮、有效磷和速效鉀含量也均得到顯著提高，一方面應該與改良劑自身含有一定量養(yǎng)分有關，另一方面應該也與改良劑的加入提高了種植土養(yǎng)分涵養(yǎng)能力，減少了養(yǎng)分流失有關。

圖3 簕杜鵑定植后140天時各處理葉片葉綠素含量Fig.3 The chlorophyll content of Bougainvillea glabra on 140th day after planting

圖4 簕杜鵑定植后140天時各處理簕杜鵑根系活力Fig.4 The root activity of Bougainvillea glabra on 140th day after planting

表2 種植土養(yǎng)分含量Table 2 Nutrient contents of the planting soil

T5處理(添加改良劑F)種植土中有機質、全氮、全磷、全鉀、速效氮、有效磷和速效鉀含量等指標均低于對照CK1(添加改良劑A)，但其簕杜鵑株高、冠幅、葉片葉綠素含量及根系體積等指標均高于對照CK1，這說明在保證養(yǎng)分供應的前提下，土壤其他性狀可能成為其主要限制因子。土壤物理性質是土壤質量評價重要指標，在一定程度上制約土壤肥力水平，進而影響植物生長[22]。改良劑提高了種植土的通氣度、非毛管孔隙度及入滲系數(shù)，同時降低了土壤容重，其中T3處理(添加改良劑D)、T4處理(添加改良劑E)和T5處理(添加改良劑F)變化幅度較大，這與改良劑配制過程中加入了一定量的生物炭混合物有關，見圖5。

利用Pearson對簕杜鵑生理指標和土壤理化指標相關性進行分析。結果表明，簕杜鵑株高與根系活力、有機質含量、入滲率以及容重等呈顯著正相關關系，而與其他指標相關性不顯著，見表3；根系活力與有機質含量、全磷含量、通氣度和入滲率呈顯著正相關關系，而與容重呈顯著負相關關系。綜上所述，植物長勢與其生長的土壤有機質含量、物理性質(通氣度、入滲率及容重等)密切相關。

圖5 各處理種植土物理性質Fig.5 The soil physical properties with different treatments

3 討論

廣州市綠地種植土質量參差不齊，特別是道路綠化帶種植土多為客土，長期踩踏壓實，土壤板結，物理性質劣化[23]，在一定程度上會影響土壤養(yǎng)分的存在形態(tài)、轉化和有效性，進而直接影響植物的生長發(fā)育[24]。伍海兵等[25]研究報道以綠化植物廢棄物、草炭、有機肥和脫硫石膏等為主的改良劑，能有效改善土壤各項物理指標，提高土壤含水量、非毛管孔隙度、毛管孔隙度及總孔隙度等。十幾年來，多類土壤無機改良劑研究多集中在農田土壤改良以及提高農作物產量方面[26-27]。張生田[28]發(fā)現(xiàn)，增施生物有機肥+改良劑對蔬菜地上部分和地下根系生長發(fā)育、產量及病蟲害等有顯著影響，而循環(huán)利用的環(huán)保有機改良劑在城市綠化種植土改良方面的報道卻較少。于丹丹等[29]、吳志莊等[30]發(fā)現(xiàn)，園林廢棄物腐熟物與生物有機肥進行綜合利用，顯著改善土壤孔隙狀況、蓄水能力以及養(yǎng)分質量分數(shù)。

本研究利用綠化廢棄物堆肥、生物炭混合物、醋渣、微生物菌劑及磷礦粉等材料配制土壤改良劑，結果表明不同配方的改良劑對土壤有不同的改良效果，相比未添加改良劑的種植土，添加堆肥產品或是生物炭混合物的栽培基質能提升簕杜鵑株高1.42%～19.7%；另外，添加炭類物質的栽培基質，簕杜鵑冠幅顯著提高40.1%，簕杜鵑葉片SPAD值顯著提高25.2%，簕杜鵑地下部根系活力提升113%，這是由于生物炭混合物的施加，大大提高了土壤的保水保肥能力以及土壤的透氣性，有利于簕杜鵑對土壤養(yǎng)分的吸收和地下根系的發(fā)育。

表3 植物生理指標與種植土理化指標主要特征相關性分析Table 3 The correlation analysis between plant physiological parameters and soil physicalchemical properties

注：*代表相關性在0.05水平上顯著(雙尾)。

Note:*means significant correlation at 0.05 level(2-tailed).

整體而言，改良劑D、E、F對簕杜鵑生長具有較好的促進作用，而改良劑B、C、H對簕杜鵑生長的促進作用卻不明顯，這是否與選用的供試植物有關有待進一步研究，同時改良劑的配方仍需進一步優(yōu)化，并且應該重視改良劑產品的市場接受程度，努力開發(fā)出性價比高的改良劑產品。本研究利用綠化廢棄物作為主料開發(fā)土壤改良劑產品，符合廢棄物循環(huán)利用的理念，并通過添加一些生物炭混合物、微生物菌劑來強化其功能，能夠改善城市綠地種植土存在的養(yǎng)分流失及物理性質退化等問題，可以提升城市綠化景觀及其生態(tài)功能，并可以提高土壤入滲率，為“海綿城市”建設提供支持。

4 結論

(1)不同改良劑可以不同程度地改善種植土理化性質，其中添加了生物炭混合物的改良劑E與改良劑F改良效果較優(yōu)。

(2)添加不同改良劑可以不同程度地促進簕杜鵑生長，株高、冠幅、葉片葉綠素含量、根系活力及根系體積等均有所提高。

(3)簕杜鵑長勢與其生長的土壤有機質含量、物理性質(通氣度、入滲率及容重等)密切相關。

(4)改良劑中添加一定量的生物炭混合物可以提升其改良土壤物理性狀的能力。