大連市城區(qū)綠地土壤質(zhì)量特征研究

伍海兵，李峰，梁晶*

(1.上海市園林科學規(guī)劃研究院，上海 200232；2.上海城市困難立地綠化工程技術(shù)研究中心，上海 200232；3.大連市城市管理局, 遼寧 大連 116000)

城市綠地作為城市生態(tài)基礎(chǔ)設施，是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，土壤作為綠地植物生長的介質(zhì)，土壤質(zhì)量不僅直接影響植物生長，也直接影響城市的氣候環(huán)境、生物多樣性和生態(tài)平衡[1-2]，對維持良好的城市生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展具有重要作用[3]。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對生活質(zhì)量的要求不斷提高，對城市生態(tài)環(huán)境也越來越關(guān)注，城市園林綠化在其中起著不可替代的作用[4]。土壤質(zhì)量的好壞直接決定城市綠化建設的成敗，因此，土壤對城市的可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。然而城市綠地土壤質(zhì)量不佳現(xiàn)象普遍存在，如城市的快速綠化導致綠化用土緊缺，土壤來源復雜，土壤中常摻雜著底層土、生土以及大量的建筑垃圾等，土體層次混亂，土壤結(jié)構(gòu)較差[5]。在施工過程中，由于園林植物直接體現(xiàn)綠化效果，植物的質(zhì)量易受重視，而對土壤質(zhì)量則往往考慮較少，因此，許多綠地土壤質(zhì)量較差是自綠化工程施工之時就“先天”存在，城市人口密度、土地利用等人為因素會直接影響城市綠地土壤質(zhì)量，使土壤性質(zhì)發(fā)生顯著改變，直接影響綠化植物的正常生長[5-6]。近年來，有關(guān)城市綠地土壤質(zhì)量的研究越來越受到重視，陳旭彤[7]對杭州城市綠地土壤肥力質(zhì)量及張明等[8]對合肥市城區(qū)不同類型綠地土壤肥力質(zhì)量進行分析評價，并提出了相應的改良措施。伍海兵等[9]利用幾種改良材料改善城市綠地土壤物理性質(zhì)。但有關(guān)于大連綠地土壤質(zhì)量研究鮮有報道，并且近幾年大連市廣泛種植的綠化植物開始出現(xiàn)提前黃化，甚至不同程度的死亡現(xiàn)象，城區(qū)綠化景觀效果不佳較為普遍[10]?；诖?，以大連市中心城區(qū)的主要公園、道路的公共綠地土壤為研究對象，對其土壤理化性質(zhì)進行現(xiàn)場調(diào)查和分析，分析影響大連市城市綠化植被生長因素中的土壤因子狀況，以期為大連城區(qū)綠地土壤的改良與養(yǎng)護管理提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 區(qū)域

大連市位于暖溫帶遼東半島最南端，三面環(huán)海，西北臨渤海，東南臨黃海，地理坐標120°58′ E～123°31′E、38°43′ N～40°10′N。具有海洋性特征的暖溫帶大陸性季風氣候，冬無嚴寒，夏無酷暑，氣候舒適宜人，四季分明，年日照時數(shù)3 000 h，年無霜期172～188 d，年平均氣溫10.5 ℃，年降水量550～950 mm，60%～70%降水集中在夏季。

1.2 方法

1.2.1 樣品采集

以大連市中山區(qū)、西崗區(qū)、沙河口區(qū)、甘井子區(qū)，以及高新園區(qū)5個區(qū)內(nèi)的主要道路、公園綠地土壤為研究對象，共設置30個監(jiān)測點，采集表層土壤(0～30 cm)和底層土壤(30～100 cm)樣品，共采集60個土壤樣品。

1.2.2 樣品測定

土壤pH采用電位法測定，土壤EC采用電導率法測定，土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定，土壤石礫含量采用篩分法測定，土壤容重、田間持水量、總孔隙度及非毛管孔隙度采用環(huán)刀法測定，土壤含水率采用烘干法測定，土壤機械組成采用密度計法測定，各指標具體分析方法均參照CJ/T 340—2016《綠化種植土壤》[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠地土壤理化性質(zhì)基本概況

2.1.1 pH

pH值是土壤許多化學性質(zhì)的綜合反映，直接影響土壤中養(yǎng)分元素的存在形態(tài)以及土壤動植物的群落特征[12]。大連綠地土壤pH為8.07～9.38(表1)，均值高達8.69，土壤pH較高，高于《綠化種植土壤》的最大限值要求(<8.3)；變異系數(shù)較小，為0.03，由此可見，各綠地土壤pH空間變異較小。而一般適宜綠地植物生長的土壤為酸性或微酸性，大連市綠地土壤pH過高在一定程度上阻礙了植物的生長。

表1 大連市綠地土壤的基本化學性質(zhì)

2.1.2 EC

土壤電導率通常作為土壤鹽漬化程度高低的指標，EC所反映的離子總量可作為土壤肥力的一個綜合性參考指標[13]。大連綠地土壤EC為0.03～0.26 mS·cm-1，均值僅為0.08 mS·cm-1，EC較低(表1)，遠低于《綠化種植土壤》的最低限值要求(>0.15 mS·cm-1)；EC變異系數(shù)較大，達0.50，即不同區(qū)域綠地土壤EC變化較大。由此可見，大連綠地土壤中可溶性養(yǎng)分離子含量普遍較低，是阻礙大連綠地植物生長的因素之一。

2.1.3 有機質(zhì)

土壤有機質(zhì)含有植物生長必需的各種營養(yǎng)元素，并影響?zhàn)B分循環(huán)及土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、保水能力、陽離子交換能力等理化和生物學特性。大連綠地土壤有機質(zhì)含量為9.02～38.70 g·kg-1，均值為21.20 g·kg-1，均值略高于標準最低限值要求(>20 g·kg-1)，但也有50.7%的土壤樣品低于標準限值要求，無法給綠地植物提供足夠的養(yǎng)分。其中，有機質(zhì)含量較高的土壤主要分布在公園綠地，這可能與公園經(jīng)常性的養(yǎng)護以及枯枝落葉未被清掃而長期覆蓋和分解有關(guān)。

2.1.4 速效養(yǎng)分

土壤速效養(yǎng)分是衡量土壤養(yǎng)分供給的強度指標，土壤速效氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)的含量直接影響植物的營養(yǎng)供應[14-15]。大連綠地土壤水解氮含量偏低(表1)，為12.60～138.30 mg·kg-1，均值為40.80 mg·kg-1，略高于標準的最低限值要求(>40 mg·kg-1)，有58.3%的土壤樣品低于標準限值要求，且水解含量氮的變異系數(shù)較大，達0.56，不同區(qū)域的水解氮差異較大。大連綠地土壤有效磷含量偏低(表1)，為0.44～90.10 mg·kg-1，均值為11.90 mg·kg-1，而中位數(shù)僅為6.94 mg·kg-1，略高于標準的最低限值要求(>5 mg·kg-1)，且變異系數(shù)大，達1.24。大連綠地土壤的速效鉀含量較豐富(表1)，為39.30～615.80 mg·kg-1，均值為144.70 mg·kg-1，95%的土壤速效鉀含量均符合標準要求。土壤速效鉀變異系數(shù)較大，達0.66，說明不同區(qū)域土壤速效鉀含量差異較明顯。由此可見，雖然大連綠地土壤的速效鉀含量較為豐富，而水解氮和有效磷含量普遍偏低，在一定程度上影響植物的正常生長。大連不同區(qū)域綠地土壤速效養(yǎng)分含量差異明顯，與文獻[4]的結(jié)果相一致，可能是不同區(qū)域綠地養(yǎng)護管理和方式不同所致。

2.1.5 石礫含量

土壤中大量礫石的存在，不僅會對土壤的容重、孔隙度和含水量等物理特性存在影響，并且也會影響土壤的入滲特性[16-17]。大連綠地土壤中石礫含量較高(表2)，為5.29%～66.10%，均值高達26.17%，超過標準要求的石礫含量(低于20%)，有68.3%的土壤樣品超過標準限值要求，公園綠地土壤石礫含量相對較少，道路土壤中石礫含量較高，部分區(qū)域還發(fā)現(xiàn)土壤中存在硬質(zhì)隔斷層，阻斷根系向下生長。由此可見，大連綠地土壤中石礫含量較高為普遍現(xiàn)象，石礫含量過高嚴重阻礙植物的正常生長和發(fā)育，并且降低了土壤的保水性，可能是大連行道樹植物長勢不佳的主要障礙因子之一。

表2 大連市綠地土壤的基本物理性質(zhì)

2.1.6 土壤質(zhì)地

土壤質(zhì)地對于土壤性質(zhì)和肥力有極為重要的影響，大多數(shù)植物適宜生長于壤土，不適宜生長于砂土、黏土。大連綠地土壤質(zhì)地以壤土為主，占70.0%；其次是砂質(zhì)壤土和黏壤土，占11.7%；壤質(zhì)砂土最少，占1.7%。土壤中各顆粒組成相對較好，但也有部分土壤質(zhì)地黏重或偏砂，這些區(qū)域的植物長勢均不佳。由此可見，部分區(qū)域綠地土壤過黏和過砂均不利于植物生長。

2.1.7 土壤容重

土壤容重的大小可以反映土壤的壓實程度，對土壤的透氣性、入滲和持水性能以及抗侵蝕能力都有很大影響[18]。大連綠地土壤容重一般(表2)，為1.14～1.65 g·cm-3，均值為1.34 g·cm-3，與標準限值要求相近，但部分區(qū)域土壤容重偏高，有41.7%的土壤超過標準限值要求。容重過大，反映土壤板結(jié)嚴重，直接阻礙植物根系在土壤穿透和生長，這也是當前城市綠地土壤普遍存在的現(xiàn)象[19]。

2.1.8 土壤水分

土壤水分是植物生長的物質(zhì)基礎(chǔ)，影響植物生長的各種物理、化學及生物過程[20]，也是土壤水分供應狀況以及土壤水源涵養(yǎng)能力評價的重要參數(shù)。大連綠地土壤含水率較低(表2)，為9.08%～23.24%，均值為15.67%，這可能與綠地土壤裸露，水分易被蒸發(fā)有關(guān)，土壤含水率低直接影響植物的正常生長。

土壤田間持水量反映土壤所能穩(wěn)定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持懸著水的最大量，是對植物有效的最高土壤水含量，田間持水量越大間接反映土壤中有效水含量越高。大連綠地土壤田間持水量偏低(表2)，為189.38～429.80 g·kg-1，均值為308.56 g·kg-1。由此可見，大連綠地土壤的供水和水分涵養(yǎng)能力較差。

2.1.9 土壤孔隙度

土壤孔隙度包括非毛管孔隙度、毛管孔隙度和總孔隙度，其數(shù)量和大小直接決定土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)移的形式和速率，是評價土壤貯水能力及肥力特征的重要因素之一[21]。大連綠地土壤非毛管孔隙度相對偏低(表2)，為2.41%～10.16%，均值為6.23%，只有29.2%的土壤高于8%，高達70.8%的土壤非毛管孔隙度小于8%，不適合植物健康生長；土壤毛管孔隙度較低，為31.92%～49.39%，均值為41.35%，土壤保肥和蓄水能力相對較弱；土壤總孔隙度相對較低，為39.76%～52.83%，均值為47.58%，僅有33.3%的土壤總孔隙度超過50%。大連綠地土壤的各孔隙度指標普遍偏低，影響植物的正常生長。

2.2 不同深度土壤理化性質(zhì)

2.2.1 pH

大連不同深度綠地土壤pH差異較小(圖1)，表層土壤pH略高于底層土壤，這可能主要是由于表層土壤受道路施影響，一些混凝土或瀝青混入土壤中，加劇了表層土壤的堿化[21]。

柱上無相同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖2、3、5同。

2.2.2 EC

不同深度土壤EC差異不大(圖2)，表層土壤和底層土壤EC均為0.08 mS·cm-1，土壤EC均偏低。

圖2 大連市綠地不同土壤深度EC的變化

2.2.3 有機質(zhì)

大連不同深度綠地土壤有機質(zhì)差異顯著(圖3)，表層土壤比底層土壤有機質(zhì)含量高30.0%，尤其是公園等公共綠地表層有機質(zhì)含量更高。

圖3 大連市綠地不同土壤深度有機質(zhì)的變化

2.2.4 速效養(yǎng)分

圖4看出，表層土壤有效磷、水解氮和速效鉀含量均顯著高于底層土壤，且較底層土壤分別高48%、35%和17%。表層土壤中的有效態(tài)營養(yǎng)含量相對較高可能是由于人工養(yǎng)護添加肥料以及枯枝落葉分解所致。

不同土壤深度柱上無相同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)。

2.2.5 物理性質(zhì)

由于道路土壤的特殊性和局限性，受采樣和檢測限制，不同深度的土壤物理指標僅對土壤石礫和土壤質(zhì)地進行分析。結(jié)果(圖5)表明，表層土壤石礫含量與底層土壤基本持平，分別為26.07%和26.27%。由此可見，不同深度土壤中的石礫含量過高問題普遍存在。

圖5 大連市綠地不同土壤深度石礫含量的變化

不同深度土壤顆粒組成差別不明顯(圖6)，表層土壤黏粒和粉砂粒含量略低于底層土壤，而表層土壤砂粒含量略高于底層土壤。表層土壤和底層土壤都以壤土為主，其次為砂質(zhì)壤土和粉砂壤土。

圖6 大連市綠地不同土壤深度顆粒含量的變化

3 小結(jié)與討論

通過對大連市各區(qū)綠地土壤的化學性質(zhì)分析可以看出，大連市綠地土壤化學性質(zhì)相對較差，主要體現(xiàn)在土壤EC、有機質(zhì)、水解氮、有效磷偏低，土壤pH過高，這些化學性質(zhì)均可能會影響植物的正常生長，尤其是土壤pH、有機質(zhì)可能是引起植物長勢不佳的關(guān)鍵障礙因子。由于受劇烈人為活動的影響，大連綠地土壤與國內(nèi)部分大中城市園林土壤同樣出現(xiàn)了堿化的趨勢[22]，并且由于道路施工或建筑施工的混凝土或渣石直接傾倒于土壤，部分街道綠地土壤呈強堿性，pH高達9.38。土壤EC普遍偏低，間接反映大連綠地土壤中可溶性養(yǎng)分離子含量較低。土壤養(yǎng)分指標中除速效鉀含量較豐富外，有機質(zhì)、水解氮、有效磷、全氮含量均偏低，在一定程度上制約了植物的正常生長。

土壤質(zhì)地以壤土為主，但也有部分土壤質(zhì)地黏重或偏砂；土壤容重一般，但部分道路綠地土壤容重過大，反映出土壤板結(jié)嚴重，直接阻礙植物根系在土壤的穿透和生長。土壤含水率、田間持水量及孔隙度整體均偏低，反映出土壤的水源涵養(yǎng)能力和保肥蓄水能力較弱。城市化后土壤壓實嚴重是普遍存在的共性問題[19,23]。大連綠地土壤容重過大，孔隙度偏低，均反映出在人為活動的干擾下當?shù)赝寥牢锢硇再|(zhì)的退化，對植物正常生長及城市生態(tài)系統(tǒng)都將產(chǎn)生不良影響[24]。

大連綠地土壤的EC以及水解氮、速效鉀、有效磷含量等化學性質(zhì)上具有明顯的空間變異性，可能與不同區(qū)域養(yǎng)護方式不同有關(guān)。而土壤容重、孔隙度、田間持水量等物理性質(zhì)的空間變異性較小，物理性質(zhì)普遍偏差，則反映出大連綠地土壤普遍存在壓實嚴重等問題。另外，大連綠地土壤不同深度土層之間的石礫含量、顆粒組成、pH、EC的差別不明顯，但不同深度的有機質(zhì)、有效磷、水解氮、速效鉀的差別顯著，底層的土壤相對表層土壤質(zhì)量較差。這可能是一方面由于人工養(yǎng)護添加肥料以及枯枝落葉分解所致，另一方面可能是調(diào)查地廣泛種植的綠化植物為深根系喬木，根系生長較深，對深層土中的養(yǎng)分吸收較大。由此可見，深層土壤中的有效態(tài)養(yǎng)分較低一定程度會阻礙植物根系的生長發(fā)育，從而阻礙了植物的健康生長。

從本次對大連綠地土壤理化特性的分析結(jié)果來看，想要改善大連市綠化景觀效果，還需改善植物健康生長所需的土壤環(huán)境。加強大連綠地土壤的日常養(yǎng)護，以本次土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)為施肥的參考數(shù)據(jù)，有針對性地科學配方施肥，在土壤改良的過程中注重有機改良材料的施加，提升土壤有機質(zhì)含量；疏松土壤，防止土壤板結(jié)和壓實，促進良好的土壤物理性質(zhì)的形成，并添加一些土壤保水和蓄水改良材料，以提升土壤保水蓄水能力；同時，注意排水措施，防止土壤積水。只有加強對土壤養(yǎng)護的投入，綜合改善土壤水、肥、氣、熱，才能有效改善大連綠地土壤質(zhì)量，從而促進植物的健康生長。