廣州南沙區(qū)4種典型城市林業(yè)土壤質(zhì)量調(diào)查研究

崔誠(chéng), 李鋌, 冼卓慧, 張俊濤,*

廣州南沙區(qū)4種典型城市林業(yè)土壤質(zhì)量調(diào)查研究

崔誠(chéng)1,2, 李鋌1,2, 冼卓慧1,2, 張俊濤1,2,*

1. 廣州市林業(yè)和園林科學(xué)研究院, 廣州 510405 2. 廣東省計(jì)量認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室, 廣州 510405

為掌握廣州南沙區(qū)城市林業(yè)土壤養(yǎng)分及肥力整體狀況, 提高廣州南沙區(qū)城市林業(yè)土壤管養(yǎng)水平, 以廣州南沙區(qū)4種典型城市林業(yè)土壤(森林公園、濕地公園、生態(tài)景觀林帶、河涌防護(hù)林)為研究對(duì)象, 測(cè)定土壤pH值、電導(dǎo)率、容重、滲透率、非毛管孔隙度、有機(jī)質(zhì)、水解氮、有效磷、速效鉀等9項(xiàng)理化指標(biāo), 通過土壤理化性質(zhì)分析、土壤綜合肥力分析, 對(duì)廣州南沙區(qū)城市林業(yè)土壤養(yǎng)分及肥力進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明, 森林公園pH為6.4、濕地公園pH為6.8、生態(tài)景觀林帶pH為7.1、河涌防護(hù)林pH為7.3, 廣州南沙區(qū)林業(yè)土壤pH在中性(pH 7.0)上下波動(dòng)。土壤EC值除森林公園較低外, 其余生境類型處于正常范圍, 土壤有機(jī)質(zhì)含量為14.81—33.02 g·kg-1整體水平較好, 其中一半?yún)^(qū)域土壤水解氮含量為41.97—58.95 mg·kg-1、土壤速效鉀含量為48.29—52.61 mg·kg-1處于中下水平, 土壤有效磷含量為5.8—36.75mg·kg-1整體水平較充足。南沙區(qū)林業(yè)土壤整體綜合肥力較貧瘠, 其中森林公園、濕地公園、生態(tài)景觀林帶土壤綜合肥力指數(shù)(0.90—0.99)略高于貧瘠標(biāo)準(zhǔn)(<0.9%), 只有河涌防護(hù)林土壤綜合肥力指數(shù)為1.18達(dá)到一般標(biāo)準(zhǔn)(0.9%—1.8%)。土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)土壤水解氮含量影響較大, 土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)土壤有效磷含量影響小于對(duì)土壤速效鉀含量的影響。土壤整體容重偏低, 從總體看, 容重及土壤速效養(yǎng)分是南沙區(qū)城市林業(yè)土壤綜合肥力的突出性限制因子, 說明容重和土壤速效養(yǎng)分與南沙區(qū)土壤綜合肥力關(guān)系緊密。該研究可為廣州南沙區(qū)城市林業(yè)土壤養(yǎng)護(hù)、修復(fù)提供依據(jù)。

城市林業(yè)土壤; 土壤綜合肥力; 土壤養(yǎng)分含量

0 前言

城市林業(yè)土壤是指城市林地覆蓋下的土壤, 它們是城市土壤的核心領(lǐng)域。城市林業(yè)土壤的理化性質(zhì)與自然土壤差別較大, 其受人為干擾嚴(yán)重, 屬于人為新成土[1]。人為干擾程度的輕重決定了城市林業(yè)土壤理化性質(zhì)的差異性, 如人為踐踏、車輛碾壓以及不同程度的污染導(dǎo)致土壤退化嚴(yán)重, 土壤板結(jié)和土壤缺素現(xiàn)象比較普遍[2]。

城市林業(yè)土壤為林木的生長(zhǎng)提供養(yǎng)分, 是林木生長(zhǎng)賴以生存的直接載體, 土壤質(zhì)量的好壞直接影響林木的生長(zhǎng)和生態(tài)景觀的效果[3]。城市林業(yè)土壤偏堿, 有機(jī)質(zhì)含量分布不均, 不同的城市之間, 土壤有機(jī)質(zhì)含量差異顯著。即使是在相同的城市不同地區(qū), 也呈現(xiàn)某些地區(qū)貧瘠, 某些地區(qū)含量較高的現(xiàn)象[4-5]。如道路綠化帶的土壤中存在有機(jī)質(zhì)匱乏趨勢(shì), 而公園綠地、動(dòng)物園、郊區(qū)林地則出現(xiàn)相反情況[6-7]。城市林業(yè)土壤肥力偏低, 其主要原因?yàn)橥寥乐袇㈦s了大量人類活動(dòng)留下的廢棄物等雜質(zhì), 例如生活垃圾、建筑垃圾等。同時(shí), 人為活動(dòng)如機(jī)械施工、車輛行駛等因素, 嚴(yán)重影響土壤表層有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分的積累。某些地區(qū)土壤養(yǎng)分及肥力較好, 不是因?yàn)橥寥蕾|(zhì)量較好, 而是因?yàn)樯钗鬯陀袡C(jī)廢氣的排放以及污泥的覆蓋導(dǎo)致的[8-9]。

因此, 對(duì)城市林業(yè)土壤的研究有利于保障城市林業(yè)土壤健康, 有利于建立城市林業(yè)土壤數(shù)據(jù)庫(kù)?？梢酝卣钩鞘辛謽I(yè)土壤肥力的研究, 動(dòng)態(tài)跟蹤分析城市林業(yè)土壤肥力的分布與變化趨勢(shì), 可以充分發(fā)揮城市林業(yè)緩解城市環(huán)境壓力、維持城市生態(tài)平衡、為改善市民生活質(zhì)量的功能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 為城市林業(yè)土壤資源的合理利用和管理提供便捷[10]。廣州南沙區(qū)自然環(huán)境優(yōu)越, 擁有良好的城市生態(tài)基礎(chǔ), 近年來(lái)著重構(gòu)建集生態(tài)涵養(yǎng)、景觀保護(hù)、城市綠網(wǎng)組成的生態(tài)體系, 城市生態(tài)體系的構(gòu)建與城市林業(yè)土壤息息相關(guān)。本文通過研究廣州南沙區(qū)4種典型城市林業(yè)土壤質(zhì)量整體狀況, 以期為研究廣州南沙區(qū)城市林業(yè)土壤質(zhì)量提供基礎(chǔ), 進(jìn)而為南沙區(qū)城市綠地土壤修復(fù)與改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于中國(guó)南部沿海城市廣州南部三角洲中心南沙區(qū)。南沙區(qū)由珠江沖積平原、部分丘陵高原和島嶼組成。南沙區(qū)地處珠江口, 河流、河堤、航道眾多, 南沙區(qū)水流平緩, 但潮勢(shì)明顯, 平均潮差2.4 m。南沙區(qū)屬于南亞熱帶季風(fēng)性海洋氣候, 溫暖、多雨、濕潤(rùn), 夏長(zhǎng)冬短, 是一個(gè)典型亞熱帶熱帶過渡的大型濕地生態(tài)系統(tǒng)。南沙區(qū)年平均氣溫22.6 ℃, 最冷月平均氣溫14.3 ℃(1月), 最熱月平均氣溫28.9 ℃(7月), 雨量充沛, 分布不均, 雨量相對(duì)集中在汛期, 年平均雨量1673.1 mm, 其中4-9月降雨量1354.9 mm, 占全年降水量的81%。年平均相對(duì)濕度為77%, 最小相對(duì)濕度9%。全年日照1651.7 h, 年平均風(fēng)速為2.1 m·s-1, 最多風(fēng)向東南偏南風(fēng), 年蒸發(fā)量為1670.8 mm。南沙地區(qū)土壤為水稻土、赤紅壤、濱海鹽漬沼澤土三類[11]。

1.2 土壤樣品的采集與測(cè)定

參考廣州市地方標(biāo)準(zhǔn)《園林種植土》(DB4401/T 36—2019)、住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《綠化種植土壤》(CJ/T340—2016)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ/T85—2017)以及實(shí)地勘察數(shù)據(jù)等進(jìn)行取樣布點(diǎn)。采集工具為鐵鍬、鐵鏟、土壤采集器、削土刀、木鏟以及適合特殊取樣要求的工具。采集森林公園(3個(gè)樣地, 30個(gè)樣點(diǎn), 采樣時(shí)間: 4月—5月)、濕地公園(2個(gè)樣地, 20個(gè)樣點(diǎn), 采樣時(shí)間: 4月、6月)、生態(tài)景觀林(4個(gè)樣地, 14個(gè)樣點(diǎn), 采樣時(shí)間: 4月)、河涌防護(hù)林(45個(gè)樣地, 56個(gè)樣點(diǎn), 采樣時(shí)間: 5月—6月), 0—30 cm土層土壤。取樣密度大小主要根據(jù)綠化面積和土質(zhì)均勻度, 一般每2000 m2采集一個(gè)樣, 至少由5個(gè)樣點(diǎn)組成; 小于2000 m2按一個(gè)樣品計(jì); 綠化面積?30000 m2可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適當(dāng)放寬采樣密度, 樣品數(shù)量相應(yīng)減少, 每組樣品混合取樣點(diǎn)相應(yīng)增加, 土質(zhì)不均勻適當(dāng)增加采樣密度。采集森林公園樣點(diǎn)、濕地公園樣點(diǎn)、生態(tài)景觀林帶樣點(diǎn)、河涌防護(hù)林樣點(diǎn)。開展樣地調(diào)查, 記錄樣地的經(jīng)緯度、海拔、主要植被種類、砂礫含量、土壤濕度等, 具體詳見圖1。

土壤樣品在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自然風(fēng)干、剔出根系、>2 mm的石礫, 經(jīng)研磨后, 分別過10目(<2 mm)、100目(<0.149 mm)篩, 貯存?zhèn)溆?。土壤容?環(huán)刀法)、入滲率(環(huán)刀法)、pH(電位法)、電導(dǎo)率(電導(dǎo)法)、水解性氮(堿解-擴(kuò)散法)、有效磷(鹽酸-硫酸浸提法)、速效鉀(乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)法)的測(cè)定參照相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

1.3.1 土壤肥力單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)

本文參照表1全國(guó)第二次土壤普查及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)廣州市南沙區(qū)林業(yè)土壤有機(jī)質(zhì)、水解氮、有效磷、速效鉀、pH、容重等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)級(jí), 并比較4種林業(yè)土壤之間的差異。

1.3.2 土壤綜合肥力評(píng)價(jià)

要進(jìn)行綜合評(píng)價(jià), 首先對(duì)土壤各個(gè)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理以消除各參數(shù)之間的量綱差別, 對(duì)待養(yǎng)分標(biāo)準(zhǔn)化處理方法如下:

當(dāng)屬性值屬于差一級(jí)時(shí), 即c≤x時(shí),P=c/x(P1);

圖1 南沙區(qū)城市林業(yè)土壤樣點(diǎn)分布圖

Figure 1 Distribution map of urban forestry soil samples in Nansha district

表1 土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[12]

當(dāng)屬性值屬于中等一級(jí)時(shí), 即x<c≤x時(shí),P=1+(c-x)/(x-x), (1<P2)

當(dāng)屬性值屬于較好一級(jí)時(shí), 即x< c≤x時(shí),P=2+(c- x)/( x- x), (2< P3)

當(dāng)屬性值屬于好一級(jí)時(shí), 即c＞x時(shí),P=3

以上各式中,P代表分肥力系數(shù),c代表該屬性測(cè)定值,x,x,x代表分級(jí)指標(biāo)。

根據(jù)農(nóng)業(yè)上不同養(yǎng)分分解標(biāo)準(zhǔn)和園林綠化土壤標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)以及相關(guān)經(jīng)驗(yàn), 土壤各養(yǎng)分屬性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見下表2。

其它理化指標(biāo):

pH: pH>9.0或<4.5: 則=0; 8.5x/9.0; 8.0 x)/(9.0-8.5)或=1+(5.5- x)/(5.5-4.5);

7.5x)/(8.0- 7.5)或=2+(6.5-x)/(6.5-5.5); 6.5

EC值: EC>1.8: 則=0; EC<0.1: 則= x/0.1; 1.2x)/(1.8-1.2); 0.1x-0.1)/(0.35-0.1); 0.35x- 0.35)/(0.5-0.35); 0.5

容重: 容重>1.6: 則=0; 1.35<容重<1.60: 則=(1.6-x)/(1.6-1.35); 1.0<容重<1.30: 則=1+(1.30- x)/(1.30-1.0); 容重<1.0: 則=3。

通氣孔隙度: 0<通氣孔隙度<5: 則=X/5; 5<通氣孔隙度<8: 則=1+(x-5)/(8-5); 8<通氣孔隙度<15: 則=2+(x-8)/(15-8); 通氣孔隙度>15～25: 則=3。

通過標(biāo)準(zhǔn)化后, 同一級(jí)別的各屬性份肥力系數(shù)比較接近, 便于對(duì)比分析, 當(dāng)某屬性測(cè)定值超過好的標(biāo)準(zhǔn)時(shí), 分肥力指數(shù)不再提高, 真實(shí)反映出植物對(duì)某屬性的要求并不是越高越好, 正如實(shí)踐中一樣, 當(dāng)某有效養(yǎng)分達(dá)到豐富含量時(shí), 繼續(xù)施肥提高其含量對(duì)植物生長(zhǎng)并沒有好處, 相反即使土壤所有因子均很好, 但某種因子差, 即所謂的障礙因子其水平高低對(duì)土壤質(zhì)量起決定作用, 因此我們采用改進(jìn)的內(nèi)梅羅公式計(jì)算綜合肥力系數(shù):

表2 內(nèi)梅羅評(píng)價(jià)方法種土壤養(yǎng)分屬性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[12]

根據(jù)計(jì)算的土壤質(zhì)量綜合系數(shù)給出土壤的肥力評(píng)價(jià):≥2.7很肥沃; 1.8<≤2.7肥沃; 0.9≤≤1.8一般; <0.9貧瘠。

2 結(jié)果與分析

2.1 南沙區(qū)城市林業(yè)土壤理化性質(zhì)分析

由圖2可知, 森林公園(6.4)和濕地公園(6.8)土壤pH呈弱酸性, 生態(tài)景觀林帶(7.1)和河涌防護(hù)林(7.3)土壤pH值呈弱堿性, 這是由于森林公園、濕地公園土壤有機(jī)質(zhì)含量較高, 降雨后會(huì)產(chǎn)生有機(jī)酸使得土壤pH值下降。

土壤EC值呈濕地公園>河涌防護(hù)林>生態(tài)景觀林帶>森林公園趨勢(shì), 濕地公園(0.40 mS·cm-1)與森林公園(0.05 mS·cm-1)土壤EC值存在差異但不顯著。

南沙區(qū)典型林業(yè)土壤容重介于1.30—1.43 g·cm-3之間, 呈濕地公園>森林公園>生態(tài)景觀林帶>河涌綠地趨勢(shì), 其中濕地公園(1.43 g·cm-3)與河涌防護(hù)林(1.30 g·cm-3)土壤容重差異顯著(<0.05), 濕地公園人類活動(dòng)較頻繁, 土壤由于踩踏等原因較河涌防護(hù)林更高, 同時(shí)河涌防護(hù)林土壤有機(jī)質(zhì)含量較多, 對(duì)土壤結(jié)構(gòu)有所改善, 容重相應(yīng)減少。

南沙區(qū)典型林業(yè)土壤入滲率介于28.93—171.77 mm·h-1之間, 呈森林公園>河涌防護(hù)林>生態(tài)景觀林帶>濕地公園趨勢(shì), 其中森林公園(171.77 mm·h-1)土壤入滲率是濕地公園(28.93 mm·h-1)的5.94倍, 二者差異達(dá)到顯著水平(<0.05), 森林公園土壤有機(jī)質(zhì)含量較高, 土壤孔隙較之濕地公園更發(fā)達(dá), 加上濕地公園整體環(huán)境的供水速率較快, 導(dǎo)致濕地公園土壤滲透率較低。

南沙區(qū)典型林業(yè)土壤有機(jī)質(zhì)含量介于14.81—33.02 g·kg-1之間, 呈河涌防護(hù)林>森林公園>生態(tài)景觀林帶>濕地公園趨勢(shì)(圖3), 其中河涌防護(hù)林土壤有機(jī)質(zhì)含量(33.02 g·kg-1)是濕地公園(14.81 g·kg-1)的2.23倍, 兩者差異達(dá)到顯著水平(<0.05)。說明水流將上游含有豐富有機(jī)物質(zhì)的物質(zhì)沖刷至此, 導(dǎo)致河涌防護(hù)林土壤有機(jī)質(zhì)偏高。土壤水解氮含量呈森林公園>河涌防護(hù)林>生態(tài)景觀林帶>濕地公園趨勢(shì)(圖2), 其中森林公園土壤水解氮含量(81.90 mg·kg-1)是濕地公園(41.97 mg·kg-1)的1.95倍, 兩者差異顯著達(dá)到顯著水平(<0.05)。由于森林公園土壤植物殘?bào)w較多, 土壤腐殖質(zhì)層較厚導(dǎo)致土壤水解氮含量較高。土壤有效磷含量呈河涌防護(hù)林>濕地公園>森林公園>生態(tài)景觀林帶趨勢(shì), 其中河涌防護(hù)林土壤有效磷含量(36.75 mg·kg-1)是生態(tài)景觀林帶(5.80 mg·kg-1)的6.34倍, 兩者差異達(dá)到顯著水平(<0.05)。由于河涌防護(hù)林近水, 土壤pH有所下降可以增加磷酸鈣的溶解度, 導(dǎo)致河涌防護(hù)林土壤有效磷含量升高。土壤速效鉀含量呈河涌防護(hù)林>生態(tài)景觀林帶>濕地公園>森林公園趨勢(shì), 其中河涌防護(hù)林土壤速效鉀含量(100.16 mg·kg-1)是森林公園(48.29 mg·kg-1)的2.07倍, 兩者差異達(dá)到顯著水平 (<0.05)。由于河涌防護(hù)林土壤有機(jī)質(zhì)含量較高, 有機(jī)質(zhì)在轉(zhuǎn)化過程中會(huì)產(chǎn)生有機(jī)酸, 并促進(jìn)含鉀礦物的風(fēng)化導(dǎo)致土壤中速效鉀含量增多。

圖2 南沙區(qū)城市林業(yè)土壤pH、EC、容重、入滲率分布特征(森林公園: 3個(gè)樣地, 30個(gè)樣點(diǎn); 濕地公園: 2個(gè)樣地, 20個(gè)樣點(diǎn); 生態(tài)景觀林帶: 4個(gè)樣地, 14個(gè)樣點(diǎn); 河涌防護(hù)林: 45個(gè)樣地, 56個(gè)樣點(diǎn))

Figure 2 Distribution characteristics of pH, EC, bulk density and infiltration rate of urban forestry soil in Nansha district

圖3 南沙區(qū)城市林業(yè)土壤有機(jī)質(zhì)、速效養(yǎng)分含量分布特征(森林公園: 3個(gè)樣地, 30個(gè)樣點(diǎn); 濕地公園: 2個(gè)樣地, 20個(gè)樣點(diǎn); 生態(tài)景觀林帶: 4個(gè)樣地, 14個(gè)樣點(diǎn); 河涌防護(hù)林: 45個(gè)樣地, 56個(gè)樣點(diǎn))

Figure 3 Distribution characteristics of soil organic matter and available nutrients in urban forestry in Nansha district

2.2 南沙區(qū)城市林業(yè)土壤養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量關(guān)系

南沙區(qū)城市林業(yè)土壤養(yǎng)分含量之間存在一定的耦合關(guān)系(圖4)。其中, 南沙區(qū)城市林業(yè)土壤有機(jī)質(zhì)和水解氮、有效磷、速效鉀之間為顯著的線性函數(shù)關(guān)系; 南沙區(qū)區(qū)域綠地土壤pH和EC之間為顯著的指數(shù)函數(shù)關(guān)系, 其決定系數(shù)(2)分別為0.37529、0.10661、0.1659、0.33145。土壤水解氮含量隨有機(jī)質(zhì)的增加顯著增加, 土壤有效磷、速效鉀含量隨有機(jī)質(zhì)的增加而增加。土壤水解氮與土壤有機(jī)質(zhì)含量擬合模型的決定系數(shù)2(0.37529)高于土壤有效磷、土壤速效鉀與土壤有機(jī)質(zhì)含量擬合模型的決定系數(shù)2(0.10661、0.1659), 因此土壤土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)土壤水解氮含量影響相對(duì)較大, 且土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)土壤速效鉀含量影響高于對(duì)土壤有效磷含量的影響。土壤EC值與土壤pH值之間為顯著非線性關(guān)系, 并隨著土壤EC值的增加土壤pH值呈上升趨勢(shì)。

圖 4 南沙區(qū)城市林業(yè)土壤養(yǎng)分含量之間的相關(guān)關(guān)系

Figure.4 The correlation of soil nutrient content in urban forestry in Nansha area

2.3 南沙區(qū)城市林業(yè)土壤綜合肥力分析

土壤容重與其他土壤肥力因子之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系(表4), 說明土壤容重對(duì)土壤培肥能力影響較大。土壤有機(jī)質(zhì)與土壤容重、非毛管孔隙度、水解氮、有效磷、速效鉀之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系, 說明土壤有機(jī)質(zhì)含量是土壤提升肥力指標(biāo)的關(guān)鍵因素。由于, 土壤交換性鉀是土壤速效鉀的主體, 交換性鉀進(jìn)入溶液的量受土壤pH影響較大, 土壤pH與土壤速效鉀之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。

40%森林土壤綜合肥力指數(shù)處于貧瘠水平, 60%森林土壤綜合肥力指數(shù)處于一般水平(表6)。35%濕地土壤綜合肥力指數(shù)處于貧瘠水平, 65%濕地土壤綜合肥力指數(shù)處于一般水平。61.54%生態(tài)景觀林帶土壤綜合肥力指數(shù)處于貧瘠水平, 38.46%生態(tài)景觀林帶土壤綜合肥力指數(shù)處于一般水平。17.54%河涌防護(hù)林土壤綜合肥力指數(shù)處于貧瘠水平, 80.70%河涌防護(hù)林土壤綜合肥力指數(shù)處于一般水平, 1.75%河涌防護(hù)林土壤綜合肥力指數(shù)處于肥沃水平。

表4 南沙區(qū)城市林業(yè)土壤理化性質(zhì)相關(guān)系數(shù)

注: *表示差異達(dá)顯著(<0.05)水平; **表示差異達(dá)極顯著(<0.01)水平。

表5 南沙區(qū)城市林業(yè)土壤內(nèi)梅羅肥力指數(shù)分析

表6 南沙區(qū)城市林業(yè)土壤綜合肥力系數(shù)P分布頻率表

3 討論

3.1 南沙區(qū)城市林業(yè)土壤養(yǎng)分差異

土壤pH 值受凋落物影響較大, 植被凋落物屬于一種酸性土壤改良劑, 植被凋落物對(duì)土壤酸性的改良主要得益于凋落物中的堿性物質(zhì), 不同種類的凋落物所含堿性物質(zhì)不同, 土壤中不同凋落物所含堿性物質(zhì)之間相互影響, 使得土壤pH值出現(xiàn)波動(dòng)[13]。另一方面, 凋落物種類不同導(dǎo)致土壤中碳源種類豐富, 土壤微生物種類增加, 土壤微生物分泌的蛋白質(zhì)等物質(zhì)可以有效改善土壤酸性環(huán)境[14]。

土壤有機(jī)質(zhì)是組成土壤肥力的重要指標(biāo), 同時(shí)影響并制約著土壤的理化性質(zhì), 城市化對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)及肥力存在顯著影響[15]。南沙區(qū)河涌防護(hù)林土壤有機(jī)質(zhì)積累現(xiàn)象較明顯(33.02 g·kg-1), 森林公園中凋落物種類及數(shù)量較多, 導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量較高。濕地公園植被種類較少(以喬木為主), 土壤以紅壤為主, 土壤中有機(jī)質(zhì)消耗速率較高, 人為踩踏導(dǎo)致的土壤硬化、板結(jié)對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的積累產(chǎn)生了負(fù)面影響。生態(tài)景觀林帶中樹種單一(以澳洲鴨腳木為主), 裸露土壤面積較少, 嚴(yán)重阻礙了土壤有機(jī)質(zhì)的積累, 特殊的立地環(huán)境也使得植物對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的爭(zhēng)奪相對(duì)其他林業(yè)強(qiáng)度更大, 土壤有機(jī)質(zhì)得不到有效補(bǔ)充, 含量減少[16]。

水解氮、有效磷、速效鉀是土壤中可以被植物直接利用的氮、磷、鉀。土壤水解氮是氮肥轉(zhuǎn)化成植物可吸收利用的主要形式, 其含量高低表征氮素的豐缺和利用率狀況[17]。水解性氮在分解過程中釋放CO2和有機(jī)酸, CO2部分被植物吸收利用, 部分溶解于土壤產(chǎn)生各種酸, 加快土壤酸化進(jìn)程, 但促進(jìn)難溶物質(zhì)溶解, 增加土壤有效養(yǎng)分含量。南沙區(qū)森林公園和河涌防護(hù)林中處于中齡期或熟齡期林分較多, 林內(nèi)累積的有機(jī)物質(zhì)增多, 微生物活性也大幅度上升, 使得有機(jī)氮的分解速度加快, 土壤中的水解氮輸入增多。濕地公園和生態(tài)景觀林帶中處于幼齡期林分較多, 林業(yè)凋落物少, 微生物量少, 相應(yīng)地土壤中可礦化的有機(jī)氮和微生物的分解能力都處于低水平, 加上植物處于幼齡期, 由于生長(zhǎng)需要, 吸收利用的速效氮也多, 導(dǎo)致土壤中的水解氮含量較低[18]。

南沙區(qū)河涌防護(hù)林位于城區(qū)居民居住聚集地, 其土壤有效磷含量(36.75 mg·kg-1)受人類活動(dòng)影響較大, 而森林公園土壤有效磷含量(7.11 mg·kg-1)不足, 這與單奇華等[19]對(duì)南京市城郊天然林土壤有效磷含量研究的結(jié)果一致。在中國(guó)南方地區(qū), 紅壤是比較常見的土壤類型, 研究表明, 因紅壤獨(dú)特的理化性質(zhì)導(dǎo)致紅壤更容易缺乏有效磷, 進(jìn)而造成植物營(yíng)養(yǎng)性缺磷, 磷元素已成為南方林業(yè)中重要的養(yǎng)分限制因子[20]。土壤速效鉀的吸附性較差, 移動(dòng)性較強(qiáng), 導(dǎo)致土壤速效鉀受人為活動(dòng)影響較為顯著[21]。森林公園(48.29 mg·kg-1)和濕地公園(52.61 mg·kg-1)人為活動(dòng)較為頻繁, 同時(shí)森林公園和濕地公園地表徑流相較于生態(tài)景觀林帶與河涌防護(hù)林更加發(fā)達(dá)[22], 導(dǎo)致森林公園和濕地公園土壤速效鉀含量顯著低于生態(tài)景觀林帶(99.40 mg·kg-1)和河涌防護(hù)林(100.16 mg·kg-1)。

3.2 南沙區(qū)城市林業(yè)土壤化學(xué)計(jì)量關(guān)系指示作用

土壤速效養(yǎng)分可調(diào)節(jié)植物凋落物分解速率, 土壤速效養(yǎng)分含量較低通常會(huì)導(dǎo)致植物葉氮、磷、鉀含量和光合作用效率發(fā)生改變[23]。所以, 南沙區(qū)城市林業(yè)土壤有機(jī)質(zhì)含量(14.81—33.02 g·kg-1)與土壤速效養(yǎng)分含量之間表現(xiàn)出相互促進(jìn)協(xié)同增長(zhǎng)的關(guān)系。土壤水解氮(41.97—81.90 mg·kg-1)與土壤有機(jī)質(zhì)含量(14.81—33.02 g·kg-1)擬合的線性模型優(yōu)于有效磷和速效鉀擬合的線性模型, 說明南沙區(qū)土壤水解氮對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的含量影響更大。南沙區(qū)城市林業(yè)土壤pH值(6.41—7.33)與土壤EC(0.05—0.40 mS·cm-1)之間呈現(xiàn)指數(shù)函數(shù)關(guān)系, 是因?yàn)橥寥篮枯^高對(duì)土壤pH值和土壤EC值影響顯著, 土壤含水量較高時(shí), 地下鹽分可以通過蒸發(fā)而運(yùn)輸至地表導(dǎo)致地表土壤EC值升高。土壤含水量較高會(huì)導(dǎo)致土壤中形成厭氧環(huán)境, 土壤中產(chǎn)生二氧化碳和還原態(tài)物質(zhì), 厭氧環(huán)境下土壤中產(chǎn)生的物質(zhì)會(huì)進(jìn)一步影響土壤pH[24]。

3.3 南沙區(qū)城市林業(yè)土壤綜合肥力分析

內(nèi)梅羅綜合肥力指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明, 南沙區(qū)林業(yè)土壤肥力指數(shù)整體狀況較低。森林公園60%土壤綜合肥力指數(shù)在0.9—1.8之間, 表現(xiàn)為一般水平, 40%土壤綜合肥力指數(shù)小于0.9, 表現(xiàn)為貧瘠水平。從各養(yǎng)分的分肥力指數(shù)大小可以看出, EC、容重、有效磷指數(shù)較小, 是森林公園土壤綜合肥力的突出性限制因子。濕地公園65%土壤綜合肥力指數(shù)在0.9—1.8之間, 表現(xiàn)為一般水平, 35%土壤綜合肥力指數(shù)小于0.9, 表現(xiàn)為貧瘠水平。從各養(yǎng)分的分肥力指數(shù)大小可以看出, 容重、水解氮指數(shù)較小, 是濕地公園土壤綜合肥力的突出性限制因子。生態(tài)景觀林帶38.46%土壤綜合肥力指數(shù)在0.9—1.8之間, 表現(xiàn)為一般水平, 61.54%土壤綜合肥力指數(shù)小于0.9, 表現(xiàn)為貧瘠水平。從各養(yǎng)分的分肥力指數(shù)大小可以看出, 容重指數(shù)較小, 是生態(tài)景觀林帶土壤綜合肥力的突出性限制因子。河涌防護(hù)林1.75%土壤綜合肥力指數(shù)在2.7—1.8之間, 表現(xiàn)為肥沃水平, 80.70%土壤綜合肥力指數(shù)在0.9—1.8之間, 表現(xiàn)為一般水平, 17.54%土壤綜合肥力指數(shù)小于0.9, 表現(xiàn)為貧瘠水平。從各養(yǎng)分的分肥力指數(shù)大小可以看出, 容重、水解氮、速效鉀指數(shù)較小, 是河涌防護(hù)林土壤綜合肥力的突出性限制因子。

4 結(jié)論

廣州市南沙區(qū)城市林業(yè)土壤酸堿度在中性范圍波動(dòng)(6.4—7.3), 土壤EC值除森林公園(0.05mS·cm-1)較低, 其余生境類型處于正常范圍, 土壤有機(jī)質(zhì)含量水平(14.81—33.02 g·kg-1)整體較好, 有50%區(qū)域土壤水解氮整體含量(41.97—58.95 mg·kg-1)、土壤速效鉀含量(48.29—52.61 mg·kg-1)處于一般水平, 土壤有效磷含量較充足(5.8—36.75 mg·kg-1)。土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)土壤水解氮含量影響較大, 土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)土壤有效磷含量影響小于對(duì)土壤速效鉀含量的影響。其中, 土壤入滲率和土壤有效磷變異系數(shù)較大。

廣州市南沙區(qū)城市林業(yè)土壤整體綜合肥力較貧瘠, 其中森林公園、濕地公園、生態(tài)景觀林帶土壤綜合肥力略高于貧瘠標(biāo)準(zhǔn)(0.90—0.92), 只有河涌防護(hù)林土壤綜合肥力(1.18)達(dá)到一般標(biāo)準(zhǔn)。森林公園、河涌防護(hù)林土壤有機(jī)質(zhì)、土壤水解氮含量較高; 濕地公園、河涌防護(hù)林土壤有效磷含量較高; 生態(tài)景觀林帶、河涌防護(hù)林土壤速效鉀含量較高。地表凋落物、降雨、人類社會(huì)活動(dòng)是造成森林公園、濕地公園、生態(tài)景觀林帶土壤肥力較低原因。

綜上所述, 廣州市南沙區(qū)城市林業(yè)土壤整體容重偏低, 容重及土壤速效養(yǎng)分是南沙區(qū)城市林業(yè)土壤綜合肥力的突出性限制因子, 說明容重和土壤速效養(yǎng)分與南沙區(qū)土壤綜合肥力關(guān)系緊密。本文調(diào)查研究了廣州南沙區(qū)4種典型城市林業(yè)土壤養(yǎng)分及肥力整體狀況, 不僅為研究廣州南沙區(qū)城市林業(yè)土壤質(zhì)量提供了基礎(chǔ), 更可為城市綠地土壤修復(fù)與改良提供科學(xué)依據(jù)。

[1] STESSENS P, KHAN A Z, HUYSMANS M, et al. Analysing urban green space accessibility and quality: A GIS-based model as spatial decision support for urban ecosystem services in Brussels[J]. Ecosyst Serv, 2017, 28: 328–340.

[2] LU Ying, GAN Haihua, SHI Zhengjun, et al. Soil Fertility Quality Assessment and Managing Measures for Urban Green Space in Shenzhen City[J]. Soil Water Conserv, 2015, 19: 153–155.

[3] 王曦, 楊靖宇, 俞元春, 等. 不同功能區(qū)城市林業(yè)土壤黑炭含量及來(lái)源——以南京市為例[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2016, 36 (3): 837–843.

[4] REYNOLDS W D, Drury C F, Yang X M, et al. Landmanagement effects on the near-surface physical quality of a clay loam soil[J]. Soil Tillage Res, 2007, 96: 316–330.

[5] ALI B, FREDERIC C, BERNARD K. Improving the multi-functionality of urban green spaces: Relations between components of green space and urban services[J]. Sustain Cities Soc, 2018, 43: 1–10.

[6] RAIESI F, KABIRI V. Identification of soil quality indicators for assessing the effect of different tillage practices through a soil quality index in a semi-arid environment[J]. Ecol Indic, 2016, 71: 198–207.

[7] VASU D, SINGH S K, Ray S K, et al. Soil quality index (SQI) as a tool to evaluate crop productivity in semi-arid Deccan plateau[J]. India Geoderma, 2016, 282: 70–79.

[8] NORTCLIFF S. Standardisation of soil quality attributes[J]. Agric Ecosyst Environ, 2002, 88: 161–168.

[9] SPARLING G, SCHIPPER L. Soil quality monitoring in New Zealand: trends and issues arising from a broad-scale survey [J]. Agric Ecosyst Environ, 2004, 104: 545–552.

[10] 周偉, 王文杰, 張波, 等. 長(zhǎng)春城市森林綠地土壤肥力評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 37(4): 1211–1220．

[11] 劉衛(wèi). 廣州古城水系與城市發(fā)展關(guān)系研究[D]. 廣州: 華南理工大學(xué), 2015: 15—25.

[12] 方海蘭. 園林綠化土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用[M]. 北京:中國(guó)林業(yè)出版社, 2016.6:53—56.

[13] 宋蒙亞, 李忠佩, 劉明, 等. 不同林業(yè)凋落物組合對(duì)土壤速效養(yǎng)分和微生物群落功能多樣性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2014, 33(09): 2454–2461.

[14] 薛萐, 李占斌, 李鵬, 等. 不同土地利用方式對(duì)干熱河谷地區(qū)土壤酶活性的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 44(18) : 3768–3777.

[15] 李潔, 薛立. 氮磷沉降對(duì)森林土壤生化特性影響研究進(jìn)展. 世界林業(yè)研究, 2017, 30(2): 14–19.

[16] NOTTINGHAM A T, TURNER B L, Stott A W,et al. Nitrogen and phosphorus constrain labile and stable carbon turnover in lowland tropical forest soils[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2015, 80: 26–33.

[17] GUSEWELL S, FREEMAN C. Enzyme activity during N and P limited decomposition of wetland plant litter. Bulletin of the Geobotanical Institute ETH, 2003, 69: 95–106.

[18] 王紹強(qiáng), 于貴瑞. 生態(tài)系統(tǒng)碳氮磷元素的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2008(08): 3937–3947.

[19] 單奇華, 李衛(wèi)正, 俞元春, 等. 南京城市林業(yè)土壤的肥力特征分析[J]. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2008(01): 86–89+98.

[20] 韓天一, 張邦文, 金蘇蓉, 等. 江西紅壤丘陵區(qū)主要森林類型土壤養(yǎng)分特征及評(píng)價(jià)[J]. 南方林業(yè)科學(xué), 2017, 45(6): 1–4.

[21] 董琴, 李啟權(quán), 王昌全, 等. 成都平原不同土地利用方式對(duì)土壤剖面鉀素分布的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2019, 30(4): 1389–1396.

[22] 陳洋, 齊雁冰, 王茵茵, 等. 秦巴中部山區(qū)耕地土壤速效鉀空間變異及其影響因素[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2017, 30(2): 257–266.

[23] 楊家慧, 譚偉, 馮艷. 不同齡組柳杉人工林土壤肥力特征[J]. 森林與環(huán)境學(xué)報(bào), 2019, 39(5): 505–514.

[24] 安嬋, 喬建霞, 商建英, 等. 人造湖對(duì)毗鄰?fù)嘶莸赝寥篮?、電?dǎo)率和pH的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2018, 27(8): 21–29.

Soil nutrient analysis and fertility of urban forestry in Nansha District, Guangzhou

CUI Cheng1,2, LI Ting1,2, XIAN Zhuo Hui1,2, ZANHG Jun Tao1,2,*

1. Guangzhou Institude of Forestry and Landscape Architecture, Guangzhou 510405, China 2. Guangdong Metrology Certification Laboratory, Guangzhou 510405, China

In order to explore the overall status of urban forest soil nutrient and fertility and to improve the soil management level of urban forestry in Nansha District of Guangzhou, 4 typical urban forest soils (forest park, wetland park, ecological landscape forest belt, river shelter forest in Nansha district of guangzhou) were studied in this paper. Soil pH, conductivity, bulk density, permeability, non capillary porosity, organic matter, hydrolyzed nitrogen, available phosphorus, available potassium, the 9 physical and chemical indexes were measured. Through the analysis of physical and chemical properties of soil and soil comprehensive fertility, the soil nutrients and fertility of urban forestry in Nansha area were evaluated. The experiment results show that the pH value of forest park was 6.4, that of wetland park was 6.8, that of ecological landscape forest belt was 7.1, that of river shelter shelter forest was 7.3, and that of forestry soil in Nansha District of Guangzhou fluctuated in a neutral pH value (pH 7.0). The soil EC value was in the normal range except for the forest park, soil organic matter is 14.81-33.02 g·kg-1, hydrolyzed nitrogen in half of the soil was 41.97-58.95 mg·kg-1, available potassium in the soil was 48.29-52.61 mg·kg-1, and the available phosphorus content overall level is sufficient was 5.8-36.75 mg·kg-1. The comprehensive fertility of urban forestry soil in Nansha District of Guangzhou is relatively poor, forest park, wetland park, ecological landscape forest soil comprehensive fertility(0.90-0.99) slightly higher than the barren standard(<0.9%), only the soil comprehensive fertility of river shelter forest reached the general standard(0.9%-1.8%). Soil organic matter content has great influence on soil hydrolyzed nitrogen content. Soil organic matter content has less effect on soil available P content than on soil available K content. The overall bulk density of soil is low. On the whole, bulk density and soil available nutrients are prominent limiting factors for the comprehensive fertility of urban forest soil in Nansha area. The results show that bulk density and soil available nutrients are closely related to soil comprehensive fertility in Nansha area. This study can provide a basis for the conservation and restoration of urban forestry soil in Nansha District, Guangzhou.

urban forest soil; soil comprehensive fertility; soil nutrient content

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.01.021

崔誠(chéng), 李鋌, 冼卓慧, 等. 廣州南沙區(qū)4種典型城市林業(yè)土壤質(zhì)量調(diào)查研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2022, 41(1): 186–195.

CUI Cheng, LI Ting, XIAN Zhuo Hui, et al. Soil nutrient analysis and fertility of urban forestry in Nansha District, Guangzhou[J]. Ecological Science, 2022, 41(1): 186–195.

S731.2

A

1008-8873(2022)01-186-10

2020-06-09;

2021-09-02

廣東省科技項(xiàng)目(2013B030700001); 部門預(yù)算項(xiàng)目(2130206)

崔誠(chéng), 男, 初級(jí)研發(fā)員, 碩士, 土壤改良與修復(fù), E-mail: ykycuicheng@163.com

張俊濤, 男, 正高級(jí)工程師, 碩士, 土壤改良與修復(fù), E-mail: 350965652@qq.com