長(zhǎng)治市城區(qū)道路綠地表層土壤理化性質(zhì)研究

郭 佩，米美霞，郭昕懿，張蕓香，郭晉平

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西太谷030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，山西太谷030801）

城市土壤是指在城區(qū)和城郊區(qū)域、受強(qiáng)烈人為活動(dòng)影響的土壤[1]。隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市人口比例不斷增加，城市土壤和人類的相互作用不斷加強(qiáng)。城市綠地土壤作為城市生態(tài)環(huán)境的物質(zhì)基礎(chǔ)，其質(zhì)量直接影響植物的健康生長(zhǎng)、生態(tài)效益和景觀功能的發(fā)揮，從而在一定程度上決定著城市綠地質(zhì)量[2-3]。由于近年來(lái)城市化加劇，人類活動(dòng)對(duì)土壤的影響強(qiáng)烈，土壤的理化性質(zhì)發(fā)生變化，如土壤壓實(shí)、pH值升高、有機(jī)質(zhì)含量下降、缺氮和富磷等[4]。這些土壤性狀的改變降低了土壤肥力，對(duì)城市綠化帶產(chǎn)生了一定影響。因此，針對(duì)城市綠地土壤性質(zhì)進(jìn)行研究，對(duì)于提高綠地質(zhì)量、改善城市生態(tài)環(huán)境具有重要意義[5]。

長(zhǎng)治市是我國(guó)園林城市，2018年長(zhǎng)治市主城區(qū)綠地覆蓋率已達(dá)47.18%，綠地率達(dá)到42.43%。有關(guān)長(zhǎng)治市城市濕地公園土壤的碳氮特征、植物群落和土壤的關(guān)系等已有研究報(bào)道[6-7]，但有關(guān)城市綠地土壤的特性尚未見報(bào)道。

本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)城市道路綠地土壤的理化性質(zhì)進(jìn)行研究，對(duì)城市土壤質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在為長(zhǎng)治市城市綠地土壤改良和管理、綠化植物種類的選擇和配置及城市生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)治位于山西東南部、太行山南段，東部與河北邯鄲、河南安陽(yáng)交界，西部與臨汾交界，南部與晉城交界，北部與晉中交界。地理坐標(biāo)為北緯35°49′～37°08′，東經(jīng) 111°58′～112°44′。長(zhǎng)治市被太行山、太岳山所環(huán)繞，構(gòu)成高原地形，通稱“沁潞高原”，又稱“上黨盆地”。平均海拔高度為1 000 m。

長(zhǎng)治屬典型暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，全年冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，雨熱同季。年平均溫度9.7℃，年平均降水549.2 mm，年平均濕度61%，年日照時(shí)數(shù)2 311.5～2 664.5 h，年平均無(wú)霜期156.8～181.9 d，年平均風(fēng)速為1.1～2.3 m/s。

1.2 樣品采集與處理

選擇長(zhǎng)治市城區(qū)23條道路作為研究對(duì)象，研究區(qū)位置及樣帶選取基本覆蓋了整個(gè)長(zhǎng)治市城區(qū)。綜合考慮道路綠地綠化帶長(zhǎng)度、植被和土壤特征來(lái)確定采樣點(diǎn)的位置與數(shù)量，樣帶長(zhǎng)度在100～120m，寬度為綠化帶寬度，在2.5～7.5 m。將樣帶長(zhǎng)度三等分確定各采樣點(diǎn)，取綠化帶橫向中間部分土壤作為樣本。

分別用環(huán)刀取表層原狀土，土鉆取0～15 cm擾動(dòng)土樣。將擾動(dòng)土樣進(jìn)行混合，充分混勻后裝袋標(biāo)記帶回實(shí)驗(yàn)室，23條城區(qū)主干道共采集207個(gè)擾動(dòng)土樣和69個(gè)原狀土樣。采回的擾動(dòng)土樣剔除草根、碎石等雜物后自然風(fēng)干。土壤pH和顆粒分析直接取樣測(cè)定。全量分析所用土樣經(jīng)研缽磨細(xì)過(guò)0.149 mm篩待用。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

土壤顆粒分析采用馬爾文激光粒度儀2000測(cè)定，按國(guó)際制標(biāo)準(zhǔn)劃分土粒分級(jí)，土壤粒徑分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分為 3級(jí)：黏粒（＜0.002 mm）、粉粒（0.002～0.02 mm）和砂粒（＞0.02 mm）[8]，結(jié)合國(guó)際制土壤質(zhì)地三角形，確定土壤質(zhì)地。容重和孔隙度采用環(huán)刀取樣進(jìn)行測(cè)定。pH和電導(dǎo)率測(cè)定方法分別為電位法和電極法；土壤總有機(jī)碳測(cè)定采用TOC分析儀（Multi N/C2100，Jena，德國(guó)）1 000℃高溫燃燒法測(cè)定；全氮采用凱氏定氮儀測(cè)定；全磷采用HClO4-H2SO4消煮，鉬銻抗比色法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行制圖。

1.5 土壤肥力評(píng)價(jià)方法

土壤肥力評(píng)價(jià)采用改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法。修正的內(nèi)梅羅指數(shù)公式如下。

式中，P是土壤肥力綜合指數(shù)；Pi是土壤各項(xiàng)肥力指數(shù)；Pi平均是指土壤中各項(xiàng)肥力指數(shù)的均值；Pi最小是指土壤中各單項(xiàng)肥力指數(shù)中的最小值；n是參評(píng)土壤影響因子的個(gè)數(shù)。

通過(guò)修正的內(nèi)梅羅指數(shù)公式計(jì)算出的土壤肥力指數(shù)，根據(jù)P值定量評(píng)價(jià)土壤肥力，將土壤肥力劃分為4個(gè)等級(jí)（表1）。

表1 土壤質(zhì)量等級(jí)劃分[9]

屬性值的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（xa，xc，xp）參照第二次全國(guó)土壤普查標(biāo)準(zhǔn)（表2）。

表2 土壤各屬性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值[10]

土壤質(zhì)地為非數(shù)量化參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)化的方法為：中壤土、重壤土：Pi＝3；輕（砂）壤土、輕（砂）黏土：Pi＝2；砂土、黏土：Pi＝1。

土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和pH值（＜7）與土壤質(zhì)量正相關(guān)。當(dāng)屬性值 ci≤xa 時(shí)，Pi＝ci/xa（Pi≤1）；當(dāng) xa＜ci≤xc時(shí)，Pi＝1＋（ci－xa）/（xc－xa）（1＜Pi≤2）；當(dāng)xc＜ci≤xp 時(shí)，Pi＝2＋（ci－xc）/（xp－xc）（2＜Pi＜3）；當(dāng) ci＞xp 時(shí)，Pi＝3。

土壤容重和pH（＞7）與土壤質(zhì)量負(fù)相關(guān)。當(dāng)屬性值 ci≤xp 時(shí)，Pi＝3；當(dāng) xp＜ci≤xc 時(shí)，Pi＝2＋（xc－ci）/（xc－xp）；當(dāng)xc＜ci≤xa時(shí)，Pi＝1＋（xaci）/（xa－xc）；當(dāng)ci＞xa時(shí)，Pi＝xa/ci。

2 結(jié)果與分析

2.1 道路綠地土壤物理特性分析

2.1.1 土壤粒度組成和質(zhì)地 長(zhǎng)治市23條道路綠地土壤顆粒組成分析結(jié)果列于表3。

由表3可知，23條道路中有17條道路綠地的土壤為黏土，超過(guò)73%，道路主要位于長(zhǎng)治市城區(qū)南部和北部；有6條道路（英雄南路、五一街、解放東街、東大街、解放西街、西大街）土壤質(zhì)地為壤土（表3），道路均處于長(zhǎng)治市城區(qū)的中部。

表3 長(zhǎng)治市各道路綠地土壤顆粒組成百分比及質(zhì)地

2.1.2 土壤容重 長(zhǎng)治市道路綠地土壤容重結(jié)果如圖1所示，土壤容重值變幅為0.9～1.87 g/cm3（最大值出現(xiàn)在豐祥路），平均值為1.29 g/cm3，標(biāo)準(zhǔn)差為0.31 g/cm3，變異系數(shù)為24%，屬于中等變異。有超過(guò)30%（7條）的道路綠地土壤容重超過(guò)理想容重（1.40 g/cm3），分別為五一街、西環(huán)路、豐祥路、潞陽(yáng)門南路、東大街、南二環(huán)路和后府東街，其中，豐祥路和東大街的土壤容重超過(guò)1.80 g/cm3。

2.1.3 土壤孔隙度 長(zhǎng)治市道路綠地土壤的孔隙度變幅為29%～66%，平均值為51%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.12%，變異系數(shù)為24%。有超過(guò)30%的道路綠地土壤孔隙度低于50%，分別為西環(huán)路、豐祥路、潞陽(yáng)門南路、南二環(huán)路、后府東街、五一街和東大街（圖2），一般適于植物生長(zhǎng)發(fā)育的表層土壤孔隙度為50%～56%[11]，可見，這些土壤已有壓實(shí)現(xiàn)象。

2.2 道路綠地土壤化學(xué)特性分析

2.2.1 土壤酸堿性及電導(dǎo)率 長(zhǎng)治市道路綠地土壤整體呈堿性。

23條道路綠地土壤0～15 cm土層的土壤pH值分布在7.58～8.72，均在7.5以上，且隨著土層變深，pH值增大，解放東路10～15 cm深度的pH值達(dá)到8.72（圖3）。長(zhǎng)治市的道路綠地表層（0～10 cm）土壤電導(dǎo)率超過(guò)60%（14條路）高于200 μS/cm，最大可達(dá)482 μS/cm（西大街）。另外，土壤電導(dǎo)率隨土層深度增加而降低（圖4）。

2.2.2 土壤有機(jī)質(zhì)含量 長(zhǎng)治市道路綠地0～15 cm表層土壤有機(jī)質(zhì)含量變幅為4.55～42.63 g/kg，均值為24.94 g/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為10.81 g/kg，變異系數(shù)為43%，屬于中等變異。不同深度土壤有機(jī)質(zhì)含量變化表現(xiàn)為0～5 cm＞5～10 cm＞10～15 cm（表4）。

根據(jù)全國(guó)第二次土壤肥力狀況分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)治市土壤有機(jī)質(zhì)含量為1～3級(jí)（大于20 g/kg）的頻率占56%（13條路），土壤有機(jī)質(zhì)含量為4～6級(jí)（小于20 g/kg）的頻率占44%（10條路），其中，有2條路（德化門東路、后府東街）綠地表層土壤低于園林植物所需土壤有機(jī)質(zhì)含量臨界值（10 g/kg）（圖5）。

表4 長(zhǎng)治市道路綠地土壤各層有機(jī)質(zhì)含量

2.2.3 土壤氮、磷含量 土壤養(yǎng)分水平是反映土壤供給植物必需的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)能力的重要指標(biāo)，不同地區(qū)各類型城市綠地土壤中氮、磷含量變異性較大[12]。

由表5可知，長(zhǎng)治市道路綠地表層土壤全氮含量變幅為0.13～2.09 g/kg，且在0～15 cm的土層中，不同深度土壤全氮含量變化表現(xiàn)為0～5 cm＞5～10cm＞10～15cm，其中，0～5cm土壤深度全氮含量顯著高于 10～15 cm，5～10，10～15 cm 2個(gè)深度的全氮含量之間差異不顯著。根據(jù)土壤表土全氮含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，＜0.5 g/kg為1級(jí)，≥0.5＜1.0 g/kg為2級(jí)，≥1.0＜1.5g/kg為3級(jí)，≥1.5＜2.0g/kg為4級(jí)，≥2.0 g/kg為5級(jí)。長(zhǎng)治市道路綠地0～15 cm表層土壤全氮含量處于1級(jí)狀態(tài)的樣本占48%（11條路），有35%（8條路）的土壤樣本全氮含量處于2級(jí)（圖6）?？傮w來(lái)看，長(zhǎng)治市道路綠地表層土壤存在缺氮現(xiàn)象。

表5 長(zhǎng)治市道路綠地土壤各層全氮、全磷含量

在對(duì)長(zhǎng)治市道路綠地土壤樣本進(jìn)行全磷含量的測(cè)定時(shí)發(fā)現(xiàn)，全磷變幅為0.29～2.05 g/kg，極大值出現(xiàn)在土層0～5 cm土壤深度中，且隨著土層深入全磷含量逐漸降低，其均值分別為0.74，0.63，0.45 g/kg，0～5 cm土壤深度的全磷含量顯著高于10～15cm（表5）。根據(jù)土壤表土全磷含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，＞1.20 g/kg為 1級(jí)，＞1.00～1.20 g/kg為 2級(jí)，＞0.80～1.00 g/kg為3級(jí)，＞0.60～0.80 g/kg為4級(jí)，＞0.40～0.60 g/kg為5級(jí)，≤0.40 g/kg為6級(jí)。根據(jù)研究結(jié)果（圖7），長(zhǎng)治市有78%道路綠地土壤全磷含量處于4～6級(jí)；13%的樣本土壤磷含量適宜植物生長(zhǎng)；另有9%的道路綠地土壤出現(xiàn)富磷現(xiàn)象，磷含量超過(guò)1.20 g/kg。

2.3 土壤肥力綜合評(píng)價(jià)

內(nèi)梅羅指數(shù)法的應(yīng)用，在較大程度上避免主觀判斷對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，提高了評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。土壤肥力是影響植物生長(zhǎng)的重要因素，是土壤多方面性質(zhì)的綜合反映。由表6可知，長(zhǎng)治市道路綠地土壤綜合肥力指數(shù)變幅為0.54～1.93，平均值為1.11；土壤肥力等級(jí)長(zhǎng)治市道路綠地等級(jí)為“良”的占4.3%，等級(jí)為“中”的占78.3%，等級(jí)為“差”的占17.4%?？傮w上來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)治市道路土壤肥力處在中等水平，各條道路間的差異顯著。

表6 長(zhǎng)治市道路土壤綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

3 結(jié)論與討論

自然土壤平均容重為1.35 g/cm3，根據(jù)美國(guó)農(nóng)業(yè)部自然資源保護(hù)局土壤質(zhì)量研究所編撰的《Soil quality test kit guide》中指出，對(duì)于質(zhì)地較輕的土壤（砂土、壤砂土），當(dāng)土壤容重大于1.63 g/cm3時(shí)，將影響植物根系生長(zhǎng)；當(dāng)土壤容重大于1.80 g/cm3時(shí)，將嚴(yán)重阻礙植物生長(zhǎng)；一般來(lái)說(shuō)，綠化土壤容重＜1.40 g/cm3時(shí)最為理想[13]。長(zhǎng)治市道路綠地土壤容重大、孔隙度低，說(shuō)明綠地土壤存在壓實(shí)的問(wèn)題，土壤保水和通氣性能差，不利于植物的生長(zhǎng)，而且還會(huì)影響雨水和灌概水的入滲及其在土體中的分布。

土壤酸堿性能夠影響土壤營(yíng)養(yǎng)元素的賦存形態(tài)及它們對(duì)植物的有效性、微生物的數(shù)量、組成和活性。植物適宜生長(zhǎng)的pH值一般為6.5～7.5，pH值過(guò)低會(huì)增加土壤淋溶作用，造成土壤中Mg，P，Ca，K等元素的流失；pH值過(guò)高則易導(dǎo)致土壤微量元素Fe，Mn，B變?yōu)橹参镫y以吸收的狀態(tài)，而高pH值正是城市綠地土壤的共性[14]。綠地植物能正常生長(zhǎng)的土壤EC范圍為35～200 μS/cm。長(zhǎng)治市道路綠地土壤樣本pH值較高，均超過(guò)8，城市道路綠地土壤趨于石灰化。在對(duì)長(zhǎng)治市其他利用類型的園林綠地土壤pH值測(cè)量資料中發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)治市整體土壤都偏堿性，例如，長(zhǎng)治市濕地公園土壤pH值在7.8左右。而道路綠地受人為因素影響，pH值增高，還有一部分城市綠地土壤為建筑回填土，其中混有建筑廢棄物、水泥、磚塊或其他堿性混合物，以及大量含碳酸鹽灰塵的沉降，土壤中碳酸鹽與碳酸反應(yīng)形成重碳酸鹽，也會(huì)導(dǎo)致土壤石灰化。建議在城市綠化中選擇喜堿的園林植物，或者在園林植物的移栽中，應(yīng)添加酸性客土[14]。

土壤電導(dǎo)率（EC）對(duì)土壤質(zhì)地、土壤孔隙、有機(jī)質(zhì)含量及土壤養(yǎng)分可利用性等具有指示作用[15]。長(zhǎng)治市土壤電導(dǎo)率偏高，有鹽漬化現(xiàn)象，且隨土層深入，電導(dǎo)率降低，由此猜想，是因?yàn)楸韺油寥乐谢烊胼^多的生活垃圾及建筑垃圾，使土壤中可溶性鹽分含量增加，導(dǎo)致電導(dǎo)率增大，而電導(dǎo)率值過(guò)高容易造成土壤生理干旱，從而導(dǎo)致植物長(zhǎng)勢(shì)差或死亡。

城市綠地土壤中?；祀s著底土或生土，其有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分（尤其速效養(yǎng)分）含量一般都很低。相較于其他園林綠地有機(jī)質(zhì)含量的研究，長(zhǎng)治市道路綠地土壤有機(jī)質(zhì)含量比自然土壤高。根據(jù)長(zhǎng)治市道路綠化植物物種分析，落葉大喬木占多數(shù)，秋天落葉回歸土壤，經(jīng)一系列物理化學(xué)反應(yīng)增加土壤中的有機(jī)質(zhì)；其次道路綠化植物還有一（多）年生草本，比如鳶尾、萱草，死亡之后覆蓋在土壤表層，也會(huì)成為土壤肥料，使土壤中有機(jī)質(zhì)含量升高；另外，道路綠化管理通常會(huì)不定時(shí)給植物施加有機(jī)肥料。這些方面的影響均會(huì)導(dǎo)致道路綠地土壤有機(jī)質(zhì)含量高于自然土壤。

與大部分城市綠地土壤一樣，長(zhǎng)治市道路綠地土壤整體亦處于缺氮狀態(tài)。因此，適當(dāng)施加氮肥，保證植物較優(yōu)生長(zhǎng)。

土壤磷素含量高低在一定程度反映了土壤中磷素的貯量和供應(yīng)能力。當(dāng)全磷含量低于0.80 g/kg時(shí)，土壤會(huì)出現(xiàn)磷供應(yīng)不足的現(xiàn)象，不利于植物的生長(zhǎng)；而高濃度的磷素對(duì)環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生很大威脅，當(dāng)磷素的含量超過(guò)某一警戒值時(shí)，磷素向環(huán)境的釋放量就會(huì)驟增，從而會(huì)對(duì)城市水體造成潛在的風(fēng)險(xiǎn)[16]。長(zhǎng)治市道路綠地土壤磷含量較低，可能是由于土壤呈現(xiàn)堿性導(dǎo)致土壤對(duì)磷的固定能力差。長(zhǎng)治市道路綠地土壤中應(yīng)適當(dāng)施加磷肥以促進(jìn)植物更好地生長(zhǎng)。施用磷肥是生產(chǎn)上調(diào)控土壤供磷水平的重要途徑，長(zhǎng)期施加不但能提高土壤有效磷水平，還能進(jìn)一步促進(jìn)多種植物的生長(zhǎng)，增加干物質(zhì)的量及促進(jìn)氮素的吸收[17-18]。

土壤綜合肥力指數(shù)表明，長(zhǎng)治市土壤肥力處在中等偏下水平，建議在今后的道路綠地養(yǎng)護(hù)時(shí)，應(yīng)合理地施加肥料，以滿足植物的生長(zhǎng)需要。