長春市綠地土壤有效態(tài)中微量元素含量研究

秦 莉， 陳洪艷， 蔡麗艷

(1. 通化市白雞峰國有林保護(hù)中心， 吉林 通化 135321； 2. 白山市臨江市華山國營林場， 吉林 白山 134600；3. 吉林省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院， 吉林 長春 130022)

土壤中微量元素不但是樹木細(xì)胞物質(zhì)的組成成分，而且參與樹木細(xì)胞的生理生化活動(dòng)，對(duì)樹木生長發(fā)育具有重要意義[1-7]。國內(nèi)開展土壤中微量元素研究的城市主要有無錫、蘇州、常州、貴陽和攀枝花等，研究方向主要集中于土壤微量元素污染與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、土壤微量元素空間分布特征和城市土壤微量元素生物循環(huán)等幾個(gè)方面[8-11]，關(guān)于城市綠地土壤有效態(tài)中微量元素含量方面的研究至今鮮見報(bào)道。

長春市地處松遼平原腹地，有規(guī)劃地進(jìn)行城市綠地建設(shè)始于20世紀(jì)30年代。本文以長春市公園綠地、廣場綠地、道路綠地、學(xué)校綠地、工廠綠地和庭院綠地為研究對(duì)象，對(duì)土壤中Ca、Mg、Zn、Fe、Cu、Na和B等元素有效態(tài)含量進(jìn)行了測(cè)定和統(tǒng)計(jì)分析，以期為長春市綠地土壤養(yǎng)分評(píng)價(jià)和園林樹木養(yǎng)護(hù)管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

長春市地理位置124°18′～127°05′ E、43°05′～45°15′ N，屬溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫4.8 ℃，年降水量522～615 mm，年均日照時(shí)數(shù)2 688 h。地勢(shì)平坦，海拔250～350 m，主要土壤為黑土、草甸土和黑鈣土。長春市綠地率36.5 %，綠化覆蓋率41.5 %，人均公園面積11.6 m2，綠地總面積180 km2。

1.2 樣品采集與處理

2019年5月進(jìn)行土樣采集，采樣區(qū)綠地分為公園綠地、廣場綠地、道路綠地、學(xué)校綠地、工廠綠地和庭院綠地6大類，利用衛(wèi)星圖片在每類綠地隨機(jī)等量設(shè)置采樣點(diǎn)，在每個(gè)采樣點(diǎn)用取土器進(jìn)行梅花形采樣，采集0～30 cm土層深度的土壤樣品，按四分法取舍并裝袋1 kg左右。對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行GPS定位(見圖1)。土樣在室內(nèi)自然風(fēng)干，制成0.1 mm粒徑待測(cè)樣。采用火焰原子吸收法(AA6880原子吸收分光光度計(jì))測(cè)定土樣中Ca、Mg、Zn、Fe、Cu和Na有效態(tài)含量，采用熱水浸提、姜黃素比色法測(cè)定B有效態(tài)含量，土壤pH采用酸度計(jì)法測(cè)定(PHS-3E數(shù)字pH計(jì))，采用電導(dǎo)法(DDS-307型電導(dǎo)率儀)測(cè)定水溶性鹽(EC)總量，土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)含量采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定[12]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和SPSS 21.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，包括平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、單因素方差分析和相關(guān)顯著性檢驗(yàn)；采用ArcGIS 10.0繪制采樣點(diǎn)定位圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 長春市綠地土壤有效態(tài)中微量元素統(tǒng)計(jì)特征

長春市綠地土壤有效態(tài)中微量元素統(tǒng)計(jì)情況見表1，可以看出：土壤有效Ca的含量為4 635.53 ± 516.28 mg·kg-1，最大值為6 254.92 mg·kg-1，出現(xiàn)在林園綠地，最小值為3 195.80 mg·kg-1，出現(xiàn)在新民主大街中間分車帶綠地；有效Mg的含量為563.42 ± 63.36 mg·kg-1，最大值為725.23 mg·kg-1，出現(xiàn)在793廠綠地，最小值為287.51 mg·kg-1，出現(xiàn)在南湖賓館綠地；有效Zn的含量為0.78 ± 0.27 mg·kg-1，最大值為2.23 mg·kg-1，出現(xiàn)在南湖公園湖邊綠地，最小值為0.42 mg·kg-1，出現(xiàn)在461醫(yī)院綠地；有效Fe的含量為2.55 ± 0.28 mg·kg-1，最大值為3.17 mg·kg-1，出現(xiàn)在南湖賓館綠地，最小值為1.88 mg·kg-1，出現(xiàn)在迎賓路路側(cè)綠地；有效Cu的含量為5.42 ± 1.20 mg·kg-1，最大值為8.75 mg·kg-1，出現(xiàn)在東北師范大學(xué)綠地，最小值為2.87 mg·kg-1，出現(xiàn)在長春市客車廠綠地；有效Na的含量為49.24 ± 11.28 mg·kg-1，最大值為81.02 mg·kg-1，出現(xiàn)在人民廣場綠地，最小值為32.50 mg·kg-1，出現(xiàn)在動(dòng)植物公園綠地；有效B的含量為0.38 ± 0.10 mg·kg-1，最大值為0.62 mg·kg-1，出現(xiàn)在南湖公園綠地，最小值為0.22 mg·kg-1，出現(xiàn)在松苑賓館綠地。根據(jù)變異程度劃分標(biāo)準(zhǔn)[13]，有效Ca、有效Mg、有效B、有效Cu、有效Na和有效Fe為中等變異(10 % < CV < 30 %)，有效Zn為強(qiáng)變異(CV > 30 %)。從表1中峰度和偏度數(shù)據(jù)來看，都偏離正態(tài)分布，表明外界因素對(duì)長春市綠地土壤有效態(tài)中微量元素含量影響較大[14，15]。

表1 長春市綠地土壤有效態(tài)中微量元素統(tǒng)計(jì)特征

2.2 長春市不同類型綠地土壤有效態(tài)中微量元素含量

土壤有效態(tài)中微量元素含量在不同類型綠地之間具有明顯變化(見表2)，有效Ca的含量表現(xiàn)為公園綠地(5 243.72 ± 665.17 mg·kg-1) > 學(xué)校綠地(4 739.64 ± 675.03 mg·kg-1) > 工廠綠地(4 671.85 ± 602.43 mg·kg-1) > 廣場綠地(4 541.77 ± 497.15 mg·kg-1) > 庭院綠地(4 252.57 ± 492.32 mg·kg-1) > 道路綠地(4 245.99 ± 684.86 mg·kg-1)。庭院綠地土壤有效Mg的含量(523.88 ± 92.91 mg·kg-1)最小，與道路綠地(564.75 ± 30.31 mg·kg-1)、廣場綠地(560.68 ± 54.79 mg·kg-1)、工廠綠地(561.22 ± 53.20 mg·kg-1)、學(xué)校綠地(589.18 ± 58.45 mg·kg-1)和公園綠地(577.92 ± 67.68 mg·kg-1)之間差異顯著(P< 0.05)，其他綠地之間有效Mg的含量無顯著差異(P> 0.05)。有效Cu的含量表現(xiàn)為道路綠地(6.19 ± 1.13 mg·kg-1) > 廣場綠地(5.69 ± 1.00 mg·kg-1) > 工廠綠地(5.65 ± 1.11 mg·kg-1) > 公園綠地(5.28 ± 1.60 mg·kg-1) > 學(xué)校綠地(4.75 ± 1.24 mg·kg-1) > 庭院綠地(4.58 ± 0.69 mg·kg-1)，這種變化結(jié)果與一些學(xué)者研究認(rèn)為城市土壤中的Cu主要來源于交通污染和工業(yè)生產(chǎn)的結(jié)論相一致[16，17]。有效Fe含量表現(xiàn)為公園綠地(2.62 ± 0.21 mg·kg-1) > 廣場綠地(2.51 ± 0.19 mg·kg-1) > 道路綠地(2.48 ± 0.25 mg·kg-1) > 學(xué)校綠地(2.28 ± 0.27 mg·kg-1) > 工廠綠地(2.21 ± 0.25 mg·kg-1) > 庭院綠地(1.92 ± 0.33 mg·kg-1)。公園綠地土壤有效Zn的含量(1.00 ± 0.53 mg·kg-1)最大，與其他綠地之間差異顯著(P< 0.05)，道路綠地(0.77 ± 0.12 mg·kg-1)、廣場綠地(0.73 ± 0.11 mg·kg-1)、工廠綠地(0.70 ± 0.09 mg·kg-1)、學(xué)校綠地(0.69 ± 0.08 mg·kg-1)和庭院綠地(0.67 ± 0.10 mg·kg-1)之間差異不顯著(P> 0.05)。有效B的含量表現(xiàn)為學(xué)校綠地(0.44 ± 0.11 mg·kg-1) > 公園綠地(0.42 ± 0.10 mg·kg-1) > 庭院綠地(0.39 ± 0.10 mg·kg-1) > 廣場綠地(0.35 ± 0.08 mg·kg-1) > 工廠綠地(0.34 ± 0.09 mg·kg-1) > 道路綠地(0.32 ± 0.07 mg·kg-1)。有效Na的含量表現(xiàn)為廣場綠地(55.25 ± 12.66 mg·kg-1) > 道路綠地(54.91 ± 8.67 mg·kg-1) > 公園綠地(51.71 ± 12.54 mg·kg-1) > 學(xué)校綠地(48.65 ± 9.98 mg·kg-1) > 工廠綠地(43.05 ± 8.81 mg·kg-1) > 庭院綠地(41.38 ± 5.71 mg·kg-1)，有效Na含量的變化基本與融雪劑的用量密切相關(guān)，廣場為主要交通節(jié)點(diǎn)，其周圍道路融雪劑用量大，行駛車輛對(duì)道路上的融雪有很大濺擊作用，使廣場綠地污染較重，長春市所用的融雪劑主要是以氯鹽為主要成分的無機(jī)融雪劑，因此，廣場綠地中有效Na含量最高。

表2 長春市不同類型綠地土壤有效態(tài)中微量元素含量

2.3 長春市綠地土壤中微量元素有效態(tài)含量影響因素

為探討影響土壤中微量元素有效態(tài)含量的主要因素，對(duì)有效Ca、有效Mg、有效Zn、有效Fe、有效Cu、有效Na、有效B含量及土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量(SOM)、導(dǎo)電率(EC)進(jìn)行Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)(n=155)，分析結(jié)果表明(見表3)：土壤基本化學(xué)性質(zhì)是影響中微量元素有效態(tài)含量的主要因素，土壤有機(jī)質(zhì)含量與有效Ca、有效Zn、有效Fe、有效Cu、有效B的含量之間呈極顯著正相關(guān)(P< 0.01)，與有效Mg含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P< 0.05)；pH與有效Zn、有效Fe、有效B的含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P< 0.05)；EC與中微量元素有效態(tài)含量之間相關(guān)不顯著，但對(duì)有效Ca、有效Mg、有效Zn、有效Fe、有效B、有效Na的含量有正影響，對(duì)有效Cu含量有負(fù)影響。土壤有效態(tài)中微量元素之間也存在較強(qiáng)相互作用，有效Ca與有效B呈極顯著負(fù)相關(guān)(P< 0.01)，與有效Fe含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P< 0.05)，這可能因?yàn)橥寥乐锈}離子可導(dǎo)致pH升高，使B和Fe有效性降低[18，19]；有效Mg與有效Zn、有效Zn與有效Cu、有效Zn與有效Fe、有效Zn與有效B、有效 Fe與有效B含量之間都呈現(xiàn)出極顯著正相關(guān)(P< 0.01)，有效Mg與有效Na含量呈顯著正相關(guān)(P< 0.05)，這與國內(nèi)一些相關(guān)研究結(jié)果基本一致[20，21]。

表3 長春市綠地土壤有效態(tài)中微量元素相關(guān)分析

3 討論

根據(jù)全國農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤有效態(tài)元素含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(見表4)[22]，長春市綠地土壤有效Ca和有效Mg的含量處于很高水平，有效Cu的含量屬于高水平，這些元素含量過高，可增強(qiáng)土壤離子之間的拮抗作用，對(duì)植物可能產(chǎn)生毒害作用[23]。各類綠地土壤有效Zn的含量都處于很低水平，公園、廣場綠地土壤有效Fe含量低，其他4種綠地土壤有效Fe含量也都處于很低水平，土壤有效B的含量在各類綠地都處于低水平。所有采樣點(diǎn)有效Na的含量都明顯高出長春市土壤背景值(8.07 mg·kg-1)[24]，文化廣場的一個(gè)采樣點(diǎn)高達(dá)105.00 mg·kg-1，這說明長春市綠地融雪劑污染已經(jīng)很嚴(yán)重，需引起高度重視。

表4 全國農(nóng)業(yè)系統(tǒng)土壤有效態(tài)元素含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

由于關(guān)于研究區(qū)域綠地土壤有效態(tài)中微量元素含量的研究未見報(bào)道，本研究以郊區(qū)農(nóng)田土壤有效態(tài)中微量元素含量為參照進(jìn)行對(duì)比。李志斌等對(duì)長春市郊區(qū)農(nóng)田土壤有效態(tài)中微量元素含量研究表明，農(nóng)田土壤有效Ca、有效Mg、有效Cu、有效B、有效Zn的含量分別為3 100.22 mg·kg-1、48.23 mg·kg-1、2.18 mg·kg-1、1.64 mg·kg-1、1.34 mg·kg-1[25]，可以看出農(nóng)田土壤有效Ca、有效Mg和有效Cu的含量低于綠地土壤，這與綠地土壤有機(jī)質(zhì)含量、城市土壤污染和農(nóng)作物的消耗有關(guān)[26，27]。由于農(nóng)田大量施用化肥、農(nóng)藥和地膜，造成農(nóng)田土壤有效B和有效Zn的含量明顯高于綠地土壤。

本研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)有效態(tài)中微量元素含量影響最大，土壤有機(jī)質(zhì)與有效Ca、有效Zn、有效Fe、有效Cu和有效B含量之間呈顯著正相關(guān)，馮盼等對(duì)東北闊葉紅松林土壤微量元素研究也表現(xiàn)出基本相同結(jié)果，這是因?yàn)橥寥栏迟|(zhì)生成的有機(jī)酸可以與這些元素結(jié)合成可溶性絡(luò)合物，從而增加土壤中這些元素有效態(tài)含量[28]。本研究結(jié)果顯示，土壤有機(jī)質(zhì)與有效Mg含量呈顯著負(fù)相關(guān)，這與已有研究結(jié)果不同，林萬樹等對(duì)福建省古田縣土壤有效態(tài)鎂含量進(jìn)行研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)與有效Mg含量呈顯著正相關(guān)(P< 0.05)[29]。胡小東等研究楚雄土壤交換性鎂和土壤有機(jī)質(zhì)含量之間關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，兩者之間存在弱相關(guān)關(guān)系，有效Mg含量與土壤理化性質(zhì)關(guān)系比較復(fù)雜，還有待進(jìn)一步研究[30]。本研究發(fā)現(xiàn)土壤pH對(duì)有效Mg含量具有正影響，pH與有效Zn、有效Fe、有效Cu、有效B含量之間呈顯著負(fù)相關(guān)(P< 0.05)，這也和有關(guān)研究報(bào)道不完全相同。張巧萍等研究信陽茶園土壤鎂含量時(shí)發(fā)現(xiàn)，土壤pH與有效Ca、有效Zn、有效B、有效Mg含量之間呈顯著正相關(guān)(P< 0.05)[31]。鄒慶鵬等研究信陽茶園土壤時(shí)發(fā)現(xiàn)，pH與有效Zn含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與有效Cu、有效B含量呈顯著正相關(guān)[32]。王芳等研究認(rèn)為pH小，容易造成土壤有效Mg淋失[33]。

4 結(jié)論與建議

長春市綠地土壤有效Ca和有效Mg的含量處于很高水平，有效Cu的含量屬于高水平，有效Zn含量總體屬于很低水平，有效Fe和有效B的含量低，土壤表層有效Na的含量平均為長春市土壤背景值的6.1倍，已經(jīng)對(duì)長春市街路樹木造成了較重生理傷害。土壤有效Ca、有效Mg、有效Zn、有效Fe、有效Cu、有效Na和有效B含量在不同類型綠地之間具有明顯變化。Pearson相關(guān)顯著性(雙側(cè))檢驗(yàn)結(jié)果顯示，土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH是影響土壤有效態(tài)中微量元素含量的主要因素，各中微量元素之間也存在較強(qiáng)相互作用。

為了科學(xué)進(jìn)行綠地養(yǎng)護(hù)和管理，保證園林樹木正常生長發(fā)育，根據(jù)本次研究結(jié)果，建議采取以下措施：第一，保護(hù)好綠地上枯枝落葉，因?yàn)榭葜β淙~是土壤有機(jī)質(zhì)的主要來源，土壤有機(jī)質(zhì)可以改善土壤理化性質(zhì)，提高中微量元素有效性，降低土壤污染程度；第二，對(duì)于銅富集嚴(yán)重綠地要進(jìn)行土壤修復(fù)，以免對(duì)園林樹木造成嚴(yán)重生理傷害，可通過使用土壤修復(fù)劑、換土和栽培凈化植物來降低重金屬元素富積；第三，可施含F(xiàn)e和B的肥料，補(bǔ)充長春市綠地土壤這2種元素的缺乏，保證園林樹木正常生長發(fā)育；第四，在綠地周圍應(yīng)該嚴(yán)禁使用氯鹽融雪劑，目前長春市區(qū)融雪劑污染嚴(yán)重，造成綠地土壤表層Na+超標(biāo)已達(dá)6倍以上，必須立即采取控制措施。