上海市楊浦區(qū)城市道路綠地土壤肥力分級及評價

裴 蓓

(上海市楊浦區(qū)綠化管理事務(wù)中心,上海 200093)

城市道路綠地是城市生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分，具有提升景觀效益[1]、凈化空氣[2]、豐富生物多樣性[3]、消減PM2.5總量[4]等重要作用。土壤是道路綠地的主體部分，能夠直接影響到城市道路綠地各種功能的正常實現(xiàn)，而土壤肥力作為土壤的核心，是城市道路綠地養(yǎng)護管理的基礎(chǔ)[5]。土壤養(yǎng)分是城市土壤肥力最重要的評價指標，受到栽培管理方式、植物種類、肥料施用量等外界因素的影響，其動態(tài)平衡的保持對于城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展意義重大[6]。近年來，人們逐漸認識到道路綠地土壤對城市發(fā)展發(fā)揮的重要作用，大量研究開始圍繞土壤肥力特征展開，其中多數(shù)集中在土壤養(yǎng)分狀況的研究[6-8]。

隨著上海市楊浦區(qū)城市建設(shè)的快速發(fā)展，道路綠化效益的提升逐漸成為評判政府工作成果的重要指標，為此政府逐年增加資金和人力投入，并取得了較明顯的綠化效果，但同時也存在不同地域間植物生長狀況迥異的現(xiàn)象，而這與土壤肥力差異關(guān)系密切。對城市道路綠地土壤肥力進行研究，有助于提升城市整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、增加居民對政府的滿意度。本研究對楊浦區(qū)道路綠地土壤進行實地調(diào)查取樣和室內(nèi)測定分析，以期為城市園林道路綠化工作提供一定的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 楊浦區(qū)概況

楊浦區(qū)位于上海中心城區(qū)東北郊，地處黃浦江下游西北岸，地勢平坦，成土母質(zhì)多為淺海相、河湖相沉積物。區(qū)域面積為60.61km2，現(xiàn)有常住人口 131.32萬人。楊浦區(qū)地處北亞熱帶南緣，屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫17.6℃，區(qū)內(nèi)南部年平均降水量為1 060mm，北部為1 040—1 060mm。截至2014年，楊浦區(qū)域內(nèi)公共綠地 465.54 hm2，附屬綠地 847.64 hm2，城區(qū)綠化覆蓋率24.59%，人均公共綠地面積達4.26 m2。

1.2 土壤樣品的采集與分析

1.2.1 樣品采集

于2018年6月中下旬在上海市楊浦區(qū)選取主要城市道路，采取線上和線下相結(jié)合的方法布設(shè)66個道路綠地樣點，每個樣點隨機選取3個5m×5m樣地，樣地間距離間隔20m以上，每個樣地內(nèi)按照“S”形取樣法采集0—20cm表層土壤，土壤樣品經(jīng)多點均勻混合，用四分法取舍后，除石礫和植物根系等，共獲得198個土壤樣品。土壤樣品于室內(nèi)自然風干15 d后，研磨并過孔徑2mm和0.149mm篩，于塑封袋中干燥保存，送樣。

1.2.2 樣品測定分析

土壤樣品測定的指標包括土壤pH、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷和速效鉀。具體方法為：土壤pH采用電位法測定；土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；采用凱氏定氮法、連續(xù)流動分析儀法和元素分析儀法測定土壤全氮含量,堿解擴散法測定土壤水解性氮含量；采用堿熔法和酸溶法測定土壤全磷含量，鹽酸-硫酸、氟化銨-鹽酸和碳酸氫鈉浸提，比色法、連續(xù)流動分析儀法和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定土壤有效磷含量；采用火焰光度法測定土壤全鉀；采用1mol/L乙酸銨浸提測定土壤速效鉀。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

原始數(shù)據(jù)用Excel 2010軟件初步整理后，用SPSS 22.0進行數(shù)據(jù)描述分析、K-S檢驗、相關(guān)性分析，并用Origin 9.0制圖。

1.3 土壤pH劃分與常規(guī)土壤養(yǎng)分分級

根據(jù)第二次全國土壤普查得出的土壤養(yǎng)分分級標準，對楊浦區(qū)土壤進行等級劃分(表1,表2)。

表1 土壤pH等級劃分

表2 常規(guī)土壤養(yǎng)分分級標準

Table 2 Standard for classification of conventional soil nutrients

2 結(jié)果與分析

2.1 楊浦區(qū)土壤pH狀況

楊浦區(qū)66個道路綠地樣點土壤pH為7.12—8.18，平均值為7.70，變異系數(shù)為2.98%(表3)。該區(qū)的土壤pH處于弱堿性水平(pH 7.0—7.5)的樣本數(shù)量占15.15%，處于堿性水平(pH 7.5—8.5)的樣品數(shù)量占84.85%，無酸性(pH 4.5—7.0)和強堿性(pH 8.5—9.0)水平土壤。由此可知，楊浦區(qū)土壤的pH變異程度極小，整體土壤pH處于弱堿性至堿性水平。

表3 土壤pH統(tǒng)計分析

2.2 楊浦區(qū)土壤養(yǎng)分含量及分級

表4和表5為土壤養(yǎng)分含量及其統(tǒng)計學(xué)描述。7種土壤養(yǎng)分的含量平均值及其對應(yīng)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準為：有機質(zhì)26.38g/kg(3級)； 全氮1.25g/kg(3級)； 全磷0.87g/kg(2級)； 全鉀7.27g/kg(5級)； 堿解氮99.52mg/kg(3級)； 有效磷23.35mg/kg(2級)； 速效鉀 231.66mg/kg(1級)。由此可初步判斷，研究區(qū)內(nèi)速效鉀、全磷、有效磷含量相對較高，有機質(zhì)、全氮、堿解氮含量處于中等水平，全鉀含量相對偏低。從圖2也可以看出，土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮含量主要集中在3級、4級水平，在1級、2級有少量分布；土壤全磷、有效磷在1級、2級、3級分布較為集中；土壤全鉀在5級分布最為集中，占比超過90%，而速效鉀則主要分布在1級和2級，3級和4級有少量分布，而在5級、6級無分布。這同樣對以上的初步判斷進行了補充說明。變異系數(shù)的大小可反映樣本個體之間的變異程度，其分級為：CV<10%為弱變異性，10%≤CV≤100%為中等變異性，CV>100%為強變異性[9]。7種土壤養(yǎng)分的變異系數(shù)在17.50%—73.73%，都屬于中等變異。經(jīng)K-S檢驗[10]，全鉀含量符合正態(tài)分布，有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷和速效鉀服從對數(shù)正態(tài)分布，而有效磷經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換后仍不服從正態(tài)分布。

表4 土壤養(yǎng)分極值與平均值

表5 土壤養(yǎng)分統(tǒng)計分析

Table 5 The statistics of soil nutrient

表6 土壤養(yǎng)分含量指標相關(guān)性分析

注：*表示在0.05水平上顯著；**表示在0.01水平上顯著

2.3 楊浦區(qū)城市道路綠地土壤養(yǎng)分含量相關(guān)性分析

表6的相關(guān)性分析表明，土壤pH與有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷含量之間都呈現(xiàn)極顯著負相關(guān)關(guān)系，說明隨著土壤堿性的增強，土壤的這4個養(yǎng)分指標含量逐漸減少，土壤pH與全鉀、速效鉀之間的關(guān)系不顯著。由于土壤中有機碳與全氮之間存在很強的空間一致性，所以有機質(zhì)與全氮存在極顯著相關(guān)關(guān)系，除此之外，土壤全磷、堿解氮與有機質(zhì)也呈現(xiàn)極顯著相關(guān)關(guān)系，而速效鉀與有機質(zhì)呈顯著相關(guān)關(guān)系。土壤全氮與全磷之間也呈現(xiàn)極顯著相關(guān)關(guān)系，土壤氮素含量增多對磷素的積累是有利的，這說明隨著土壤全氮含量的增加，全磷含量出現(xiàn)顯著增加。值得注意的是，土壤全氮與堿解氮、土壤全磷與有效磷之間都存在極顯著相關(guān)性，說明土壤氮磷庫相對充足，能夠產(chǎn)生足夠數(shù)量的堿解氮和有效磷，反映出楊浦區(qū)土壤質(zhì)量相對較好。土壤全鉀與速效鉀之間相關(guān)性不顯著，而全鉀含量普遍較低，速效鉀含量確偏高，這說明土壤供鉀潛力雖然較低，但是土壤對植物生長的即時提鉀水平卻偏高。總體來看，楊浦區(qū)土壤養(yǎng)分之間的空間相關(guān)性較強，這與賈樹海等[11]、陳桂香等[12]研究結(jié)論相似。

3 討論與結(jié)論

土壤酸堿度是土壤最重要的化學(xué)性質(zhì)，因為它是土壤各種化學(xué)性質(zhì)的綜合反映，它與土壤微生物的活動、有機質(zhì)的合成和分解、各種營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化與釋放及有效性、土壤保持養(yǎng)分的能力都有關(guān)系[13-15]。有研究表明植物種類和植物密度能夠顯著影響到土壤酸堿度[16-17]，楊浦區(qū)土壤pH變異系數(shù)僅為2.98%，這一方面是由于研究地區(qū)域相對較小，土壤母質(zhì)性質(zhì)變化不大，另一方面園林綠化應(yīng)用樹種相對單一，種植密度一致也是導(dǎo)致變異系數(shù)低的重要原因。楊浦區(qū)土壤總體呈現(xiàn)弱堿性-堿性，相關(guān)性分析同樣表明，研究區(qū)內(nèi)土壤堿性可能與土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷含量低存在關(guān)系。這可能是由于當土壤堿性過大時，會破壞土壤結(jié)構(gòu)，抑制土壤微生物活動，影響氮元素及其他養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和供應(yīng)，進而影響到植物的生長發(fā)育。因此，對楊浦區(qū)堿性土壤進行改良將成為提升土壤質(zhì)量的重要舉措，當前應(yīng)用最為廣泛的是在堿性土壤上施用過磷酸鉀和硫酸銨等酸性肥力的肥料，這樣既能提高土壤肥力，又能起到改良土壤的作用。

通過本研究區(qū)內(nèi)樣本的統(tǒng)計特征來看，全鉀在95%的置信度下服從正態(tài)分布，有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀在經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換后服從正態(tài)分布，并且這6種土壤養(yǎng)分指標的變異系數(shù)在17.50%—59.28%，都屬于中等變異，說明6種土壤養(yǎng)分在整個研究區(qū)空間內(nèi)分布相對均勻，“兩極分化”現(xiàn)象不明顯，與祝鑫海等[10]對北京核心區(qū)土壤養(yǎng)分空間變異特征研究結(jié)果相一致。在無外源營養(yǎng)成分輸入的前提下，土壤全鉀受土壤母質(zhì)影響，在小的地域范圍內(nèi)變化幅度不大[18]。楊浦區(qū)道路綠地土壤全鉀變異系數(shù)最低，僅為17.50%，未經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換即服從正態(tài)分布，說明外源鉀肥輸入并未導(dǎo)致土壤全鉀含量的大幅度變化。土壤速效磷含量變異系數(shù)為73.73%，雖仍屬于中等變異，但是在對數(shù)轉(zhuǎn)換后仍不服從正態(tài)分布。這說明楊浦區(qū)施肥管理措施改變了土壤速效磷的空間分布狀態(tài)，使得速效磷在整個空間內(nèi)分布極不均勻，出現(xiàn)點狀或者塊狀地區(qū)局部極多或者極少的現(xiàn)象。

根據(jù)第二次全國土壤普查分級標準對楊浦區(qū)土壤肥力進行歸類，發(fā)現(xiàn)土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮含量處于中等水平，且三者之間存在顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系，這是由于土壤有機質(zhì)含量是一種穩(wěn)定而長效的氮源物質(zhì)[19]，有機質(zhì)礦化能夠釋放出堿解氮[20]，而且有機質(zhì)中還含有植物和微生物生存所需要的各類營養(yǎng)元素[21]，這說明楊浦區(qū)土壤質(zhì)量總體上處于相對良好的狀況。磷素作為植物必需的元素，不僅是植物體內(nèi)化合物組分，還能參與植物體代謝，影響植物生長發(fā)育，被廣泛認為是植物生長的限制性元素[22]。土壤全磷作為潛在氮源，而有效磷則是緩效氮源，兩者的缺失都會對植物生長造成影響[23]，研究區(qū)內(nèi)土壤全磷和有效磷含量均較高，說明研究區(qū)植物生長并未受到缺磷限制，而土壤磷素高度富集后，容易導(dǎo)致土壤及環(huán)境污染問題，土壤全鉀和速效鉀在本研究區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)嚴重的兩極分化現(xiàn)象，全鉀含量偏低，說明土壤中潛在的鉀源較少，而速效鉀含量偏高，這可能是由于生長旺盛季節(jié)大量施加速效鉀肥導(dǎo)致的，但這種做法不利于土壤鉀素的積累，對土壤鉀素的良性循環(huán)造成影響。

本研究通過對楊浦區(qū)道路綠地土壤養(yǎng)分進行測定，并運用正態(tài)分布檢驗、土壤肥力分級劃分以及相關(guān)性分析，對楊浦區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺狀況進行了初步評價，得出土壤總體呈弱堿性-堿性，速效鉀含量高，全磷和有效磷含量較高，有機質(zhì)、全氮和堿解氮含量總體處于中等水平，而全鉀含量偏低等結(jié)論。針對楊浦區(qū)道路率土壤養(yǎng)分含量特征，結(jié)合實地施肥管理提出具體建議：(1)改良土壤堿性；(2)控制有機質(zhì)含量；(3)適當減少施磷；(4)生長季增施鉀肥，且不能只施加速效鉀肥。本研究將為上海市楊浦區(qū)道路綠地土壤施肥管理提供理論研究和數(shù)據(jù)支持，對城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。