上海市行道樹土壤肥力特征及其空間分布

賀 坤,王俊潔,王本耀,朱海軍,奉樹成

(1.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)生態(tài)技術(shù)與工程學(xué)院,上海 201418;2.上海市綠化管理指導(dǎo)站,上海 201020;3.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院,江蘇 南京 210014)

行道樹是城市綠地系統(tǒng)的重要組成部分,具有提升城市道路景觀、調(diào)節(jié)城市氣候、凈化街區(qū)空氣等功能,是重要的城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施[1-2]。城市綠化帶土壤在城市生態(tài)系統(tǒng)中具有極為重要的媒介作用,其性質(zhì)優(yōu)劣直接影響生態(tài)效益的發(fā)揮,進而影響樹木生長以及區(qū)域生物多樣性[3]。但由于密集的人類活動,行道樹土壤受到的人為擾動往往強于其他綠地土壤,更易發(fā)生板結(jié)、污染等土壤退化現(xiàn)象,土壤質(zhì)量問題日益突出[4-6]。作為城市土壤研究的重要組成內(nèi)容,南京[7]、蘭州[8]、北京[9]、廣州[10]、長春[11]等城市綠地土壤肥力研究均顯示行道樹土壤相較于公園、街頭、居住區(qū)等綠地土壤綜合肥力低,具有主要養(yǎng)分元素變異性強、壓實嚴重、土壤呈堿性等特點[12-13]。目前,關(guān)于公園綠地土壤理化性質(zhì)、土壤肥力與重金屬污染特征的研究較多,但針對行道樹土壤的系統(tǒng)性研究較少。行道樹土壤肥力綜合評價涵蓋的指標(biāo)也不夠豐富,相關(guān)研究多關(guān)注土壤物理性質(zhì)、pH及主要養(yǎng)分元素含量的分布[8,11],忽略了行道樹生長必不可少的中量營養(yǎng)元素,不能全面反映行道樹土壤肥力特征的總體狀況。

開展行道樹土壤肥力特征研究,對于科學(xué)管理行道樹健康,促進行道樹精確施肥和保證城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。上海市由于城市化程度高、人口眾多、建筑密度大、交通污染排放量大,對行道樹土壤肥力造成的影響更為顯著。為全面評價上海市行道樹土壤質(zhì)量,本研究測定了土壤 pH、電導(dǎo)率、主要養(yǎng)分元素含量,結(jié)合GIS 技術(shù)對行道樹土壤綜合肥力指標(biāo)和影響因子進行空間分析與評價,探究影響土壤綜合肥力的關(guān)鍵因子,從困難立地改良的角度為上海市行道樹土壤改良及綠化建設(shè)提供科學(xué)依據(jù),為建立長效的行道樹土壤質(zhì)量監(jiān)測、管理體系提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

上海市(120°52′～122°12′E,30°40′～31°53′N)位于中國東部長三角地區(qū),地處黃棕壤地帶,與非地帶性水稻土復(fù)式組合。上海郊區(qū)大部分土壤類型為水稻土,沿江沿海區(qū)域多為濱海鹽土和潮土,西部郊區(qū)多為黃棕壤土,總地勢西南高東北低,屬平原地貌。上海年均氣溫17.9 ℃,年均降水量約為1 178.2 mm,屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候。本研究包含的行道樹有樟 (Cinnamomumcamphora)、三球懸鈴木(Platanusorientalis)、欒樹(Koelreuteriapaniculata)、銀杏(Ginkgobiloba)和無患子(Sapindussaponaria)等,多數(shù)行道樹種植于2013年前。

1.2 土壤樣品采集及測定

根據(jù)城市道路等級和空間分布,選擇上海16個區(qū)136條街道的行道樹土壤,采用系統(tǒng)抽樣法(又稱順序采樣法,即在每段道路上隨機選擇連續(xù)的5棵行道樹)進行土壤表層樣品采集(圖1)。

底圖審圖號:GS(2021)6026號。

使用土鉆在每個采樣點的行道樹周邊4個方位,各采集1份表層(0～30 cm)土壤,充分混合后去除石塊、植物根系等雜物帶回實驗室風(fēng)干,共計采集680個土壤樣品。土壤質(zhì)地顆粒的測定采用密度計法,粒級劃分采用國際制土壤質(zhì)地分類的分級標(biāo)準(zhǔn)[14]。土壤容重、土壤孔隙度測定采用環(huán)刀法[10]。土壤pH 和電導(dǎo)率分別采用電位法和電導(dǎo)法進行測定[12],有機質(zhì)含量(OM)使用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測定,全氮含量(TN)使用凱氏定氮法測定,堿解氮(AN)含量采用堿解擴散法測定,有效磷(AP)含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法,速效鉀含量(AK)采用中性乙酸銨溶液浸提法[15]。有效鈣(ACa)和有效鎂(AMg)含量采用原子吸收分光光度計法測定,有效硫(AS)含量采用氯化鈣浸提-硫酸鋇比濁法測定。

1.3 土壤肥力指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)

行道樹土壤主要養(yǎng)分含量評價根據(jù)第2次全國土壤普查土壤肥力分級標(biāo)準(zhǔn)[16],土壤基本理化性質(zhì)以及中量元素含量標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心對全國土壤中量元素含量等級劃分相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[17],以及上海市《園林綠化工程種植土壤質(zhì)量驗收規(guī)范》[18](以下簡稱《規(guī)范》),具體評價標(biāo)準(zhǔn)見表1。

參與綜合評價的指標(biāo)各自對于行道樹土壤肥力影響的程度不同,且在數(shù)值上具有連續(xù)性和模糊性,因此基于模糊數(shù)學(xué)的隸屬度和隸屬函數(shù)來對各指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理[19]。土壤肥力評價指標(biāo)選擇容重(BD)、pH及有機質(zhì)(OM)、全氮(TN)、堿解氮(AN)、有效磷(AP)、速效鉀(AK)、有效鈣(ACa)、有效鎂(AMg)、有效硫(AS)含量。

其中容重、pH采用梯形型隸屬函數(shù)測算。

F(x)=

(1)

式中:x為指標(biāo)值,容重拐點x1、x2、x3、x4值分別為0.90、1.00、1.35及1.60;pH拐點x1、x2、x3、x4值分別為4.5、6.5、7.5及8.5。

有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有效鈣、有效鎂、有效硫含量在一定范圍內(nèi)增大對土壤綜合肥力有正向影響,低于或超過一定范圍將產(chǎn)生負面影響,因此使用S型隸屬函數(shù)測算。

(2)

以上隸屬函數(shù)中養(yǎng)分指標(biāo)和中量元素指標(biāo)拐點值(x1—x4)參考表1標(biāo)準(zhǔn)確定。OM、TN、AN、AP、AK、ACa、AMg和AS含量拐點x1值分別為10、0.75、60、5、50、400、100及15;拐點x2值分別為30、1.50、120、20、150、1 200、200及30。

采用主成分分析法提取各指標(biāo)代表性因子,基于指標(biāo)間相關(guān)性計算各指標(biāo)公因子方差占所有指標(biāo)總公因子方差和的百分比,以此作為土壤肥力綜合評價中的權(quán)重值,具體見文獻[20]。本研究各指標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)KMO檢驗得出KMO取樣適切性量數(shù)為0.741,巴特利特球形度檢驗顯著性為0,可做因子分析。土壤綜合肥力指標(biāo)值(integrated fertility index,以下簡稱IFI)可以較為全面地反映土壤的綜合肥力情況,運用加法模型計算所有指標(biāo)的綜合指數(shù)IFI[21](式中記為IFI):

IFI=∑FiWi(i=0,1,2,…,n)。

(3)

式中:Fi表示第i個指標(biāo)的隸屬函數(shù)值,Wi表示第i個指標(biāo)的權(quán)重。研究表明,IFI值越高則代表該土壤綜合肥力越高,通常分為低(0

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 26.0、JASP 0.16、Origin 2019b和Excel進行描述統(tǒng)計、樣本檢驗、主成分分析和相關(guān)性分析(Pearson’s correlations),采用 AcrGIS 10.4對土壤采樣點和土壤肥力指標(biāo)空間分布作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 上海市行道樹土壤單項肥力指標(biāo)評價

2.1.1 行道樹土壤基本理化性質(zhì)

上海市行道樹土壤中黏粒(粒徑<0.002 mm)占比3.65%,粉粒(0.002 mm≤粒徑<0.02 mm)占比85.49%,砂粒(粒徑≥0.02 mm)占比10.84%,上海的行道樹土壤主要以粉砂壤土為主(表2)。

由表2可知,土壤類型中砂粒變異系數(shù)最大,為強變異程度,含量較高的區(qū)域多集中于郊區(qū)。上海市行道樹土壤容重平均值為1.38 g/cm3,高于DB31/T 769—2013《規(guī)范》要求(1.35 mg/kg)[18]。土壤總孔隙度平均值為47.92%,高于上海市廣場用地(46.5%),但低于公園用地(50.4%)[22]。通氣孔隙度的平均值為24.53%,存在較大變幅(3.61%～49.18%)。行道樹土壤pH平均值為8.43,變幅為5.97～8.91,僅有1%的行道樹土壤屬于非堿性,63.3%為堿性土壤,36%呈強堿性。土壤電導(dǎo)率為102.40～971.00 μS/cm,平均為198.99 μS/cm,電導(dǎo)率整體偏小,變異系數(shù)51.7%為中等變異強度,一定程度上說明上海行道樹土壤含鹽量在各區(qū)域分布不均。

2.1.2 行道樹土壤養(yǎng)分含量特征

上海市行道樹土壤有機質(zhì)含量為15.92 g/kg,變幅為7.72～32.30 g/kg,中等強度變異(表2,圖2A)。有機質(zhì)含量僅有16.2%達到《規(guī)范》[18]要求(20 g/kg)。土壤全氮含量平均為0.86 g/kg,變異強度中等,全氮含量在4級標(biāo)準(zhǔn)以下分布達75.7%。堿解氮、有效磷、速效鉀的含量變幅分別為22.93～147.60、0.51～61.93、81.26～662.68 mg/kg,平均含量分別為56.10 mg/kg、13.01 mg/kg、187.93 mg/kg。堿解氮為中等變異強度,含量在3級標(biāo)準(zhǔn)以下分布占比為94.1%,絕大部分行道樹土壤氮肥含量較少。有效磷含量變異系數(shù)最大,為強變異程度,不同標(biāo)準(zhǔn)均有分布且沒有明顯集中分布。速效鉀平均含量較高,也為中等變異強度,其中含量在4級標(biāo)準(zhǔn)的僅有8.1%,其余均在3級及以上水平(圖2B),說明絕大部分行道樹土壤鉀肥含量充足。除速效鉀外各主要土壤養(yǎng)分指標(biāo)含量均處于中下水平。

圖2 行道樹土壤養(yǎng)分含量分級頻率圖Fig.2 The classification frequency map of soil nutrients contents of street trees

中量元素中有效鈣、有效鎂和有效硫平均含量分別為3 851.50、129.40和20.90 mg/kg。其中有效鈣變異程度較低,含量處于1級標(biāo)準(zhǔn)的占99.3%,遠遠高于《規(guī)范》要求的最高水平。有效鎂含量絕大部分處于3級標(biāo)準(zhǔn),中度變異,沒有土壤樣品的有效鎂含量低于標(biāo)準(zhǔn)下限(50 mg/kg)(圖2C)。說明有效鎂含量可以滿足樹木生長需求。有效硫含量中等偏低,屬于強變異程度,空間分布不均,含量在3級標(biāo)準(zhǔn)以下分布的占比為86.8%,說明大部分行道樹土壤缺硫。

2.2 上海市行道樹土壤肥力指標(biāo)空間分布特征

利用 ArcGIS繪制上海市土壤肥力指標(biāo)的空間分布圖。上海市中心城區(qū)的行道樹土壤容重高、孔隙度低,南部地區(qū)及東南部地區(qū)的行道樹土壤也存在相同現(xiàn)象(圖3A、3B)。行道樹土壤pH整體較高,其中,中心城區(qū)的部分道路pH相對較低,而東部、南部沿海和北部沿江地區(qū)土壤pH較高?？傮w來說,上海市行道樹土壤的電導(dǎo)率較低,大部分區(qū)域為數(shù)值稍高的藍色區(qū)域,數(shù)值略小的淺黃色區(qū)域呈斑塊狀分布,數(shù)值最小的紅色和黃色區(qū)域僅有零星分布(圖3C、3D)。

圖3 上海行道樹土壤各指標(biāo)空間分布Fig.3 The spatial distribution map of each indices of street tree soil

行道樹土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀等營養(yǎng)物質(zhì)的含量分布不均,圖像呈斑塊狀。營養(yǎng)物種空間分布差異說明行道樹土壤的營養(yǎng)物質(zhì)分布空間變異大,這一特征在中心城區(qū)、南部區(qū)域和崇明等地表現(xiàn)最為明顯(圖3E—3H),也是行道樹土壤類型和質(zhì)量管理差異的重要表現(xiàn)。行道樹土壤有效鈣和有效鎂與pH分布趨勢相似,中心城區(qū)含量相較其他區(qū)域低(圖3J、3K)。除了零星區(qū)域,有效鈣含量遠遠高于《規(guī)范》[18]中有效鈣>300 mg/kg 即符合較優(yōu)水平的要求。土壤有效硫含量普遍較低,僅有崇明地區(qū)的零星區(qū)域有效硫含量較高,其余絕大部分區(qū)域行道樹土壤缺乏有效硫。

2.3 上海市行道樹土壤肥力綜合評價

2.3.1 土壤綜合肥力指數(shù)分析

通過計算得到136條道路的行道樹土壤綜合肥力指數(shù)IFI在0.098～0.459之間,平均值為0.236,變異系數(shù)為3.01%,屬于較低變異,土壤綜合肥力指數(shù)相較于上海公園綠地(0.49～0.75)的低[22]。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn),上海市行道樹土壤IFI值有31.6%處于低水平,66.2%處于較低水平,僅有2.2%處于中等水平?？傮w來說,上海市行道樹土壤肥力較差,大部分土壤質(zhì)量處于較低水平。

由于行道樹立地條件、土壤來源以及受外部干擾程度在一定范圍內(nèi)相似,且不同區(qū)域的行道樹土壤在上述因素中均存在差異,可以看作周邊環(huán)境對距離在一定范圍內(nèi)的行道樹土壤影響水平相等,而在超出該距離閾值時影響幾乎為零,故選擇Fixed-Distance做空間自相關(guān)分析。結(jié)果表明,上海市行道樹土壤綜合肥力指數(shù)在空間格局上隨全市各地區(qū)的環(huán)境條件差異表現(xiàn)為隨機分布(P>0.5,z=0.45),Moran’I指數(shù)為0.002 9,因此,所有區(qū)域的IFI值在空間上不存在明顯的相關(guān)性。

進一步利用ArcMap分析各區(qū)域行道樹土壤的綜合肥力空間分布,結(jié)果可知上海市行道樹土壤綜合肥力整體表現(xiàn)出中間低、周邊高的總體趨勢(圖3L)。西部區(qū)域、南部區(qū)域以及崇明區(qū)域的行道樹土壤IFI值相對較高,北部、外環(huán)以內(nèi)以及浦東部分區(qū)域的行道樹土壤IFI值相對較低。其中IFI值小于0.2的采樣點主要集中與東北部區(qū)域,IFI值大于0.4的區(qū)域在全域零星分布。結(jié)合空間自相關(guān)分析可進一步證實上海市各區(qū)域土壤肥力差異顯著且關(guān)聯(lián)不明顯,土壤肥力分布的隨機性較強。

2.3.2 行道樹土壤肥力指標(biāo)相關(guān)性分析

通過土壤肥力值與各肥力指標(biāo)之間的相關(guān)性分析可知(表3),行道樹土壤肥力IFI值與有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和有效硫含量等呈極顯著正相關(guān)(P<0.001),與pH和有效鈣含量呈極顯著和顯著負相關(guān)(P<0.001,P<0.05),可見以上因子是上海市行道樹土壤肥力指數(shù)的限制性因子。此外,土壤pH與有機質(zhì)、有效磷、全氮、堿解氮的含量均存在極顯著負相關(guān),與有效鈣含量極顯著正相關(guān),與有效硫含量呈顯著負相關(guān),而植物多喜在中性土壤中生長,堿性或強堿性土壤還會降低土壤結(jié)構(gòu)的通透性,降低植物對其他營養(yǎng)物質(zhì)的吸收[12]。

表3 行道樹土壤理化指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)及顯著性水平

3 討 論

城市綠地土壤肥力受土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)等綜合作用的同時也受到自然因素和人類活動的影響。行道樹土壤多為客土,導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分特征等變異性較大,土壤肥力空間分布存在不確定性。

行道樹土壤多為搬遷土壤,理化性質(zhì)和土壤養(yǎng)分含量受到區(qū)域成土母質(zhì)和人類活動的共同影響,不同城市的行道樹土壤理化性質(zhì)存在差異。上海市行道樹土壤多為粉砂壤土,粉粒占比高,平均容重大,平均總孔隙度低于上海的公園綠地[12]。土壤砂粒的變異系數(shù)較大,通常郊區(qū)的行道樹土壤砂粒含量更高,這與郊區(qū)新建道路較多、受干擾程度高及土壤中混有建筑垃圾有關(guān)。通氣孔隙受到土壤中砂粒含量影響,砂粒含量較低的土壤顆粒間隙較小、通氣孔隙偏低[23]。容重過大、通氣性能差等物理性質(zhì)惡化是行道樹長勢不良的重要原因[24-25]。上海城市綠地土壤,長期存在土壤pH偏高、電導(dǎo)率空間變異較大的問題[26],大多數(shù)行道樹土壤呈堿性或強堿性,這與蘭州市[8]、北京市[9]、長春市[11]等地的行道樹土壤 pH 結(jié)果較為接近,可見由樹穴裸露[12]、建筑垃圾回填以及碳酸鹽沉降等問題導(dǎo)致的 pH 偏高已成為我國行道樹土壤普遍面臨的重要問題。上海市的行道樹土壤電導(dǎo)率遠高于同為沿海城市的深圳市南山區(qū)(100 μS/cm)[27],南山區(qū)多為人工填海造地,而上海市屬于長江沖積形成,受此影響后者水溶性鹽濃度更高。由于行道樹土壤通常裸露或被樹池蓋板覆蓋,很難通過植物及其凋落物覆蓋所產(chǎn)生的一系列生化反應(yīng)來自然調(diào)控pH和電導(dǎo)率[24],這也是行道樹土壤與城市公共綠地和林地土壤在理化性質(zhì)上產(chǎn)生差異的重要原因。

本研究以上海市為例,開展行道樹土壤綜合肥力特征和空間分布的研究,希望研究結(jié)果可為改良行道樹土壤質(zhì)量提供指導(dǎo)性和可操作性更強的信息和啟示。

1)有機質(zhì)含量是衡量土壤肥力的重要指標(biāo),直接影響土壤理化性質(zhì)及植物生長[28-29]。土壤有機質(zhì)及全氮等主要來源于地上凋落物分解及養(yǎng)分輸入,但行道樹周邊大多被硬化,難以做到養(yǎng)分自循環(huán)或參與外界土壤循環(huán)調(diào)節(jié),導(dǎo)致有機質(zhì)和氮素含量普遍較低[25]。研究表明,上海市行道樹土壤有機質(zhì)的平均含量低于南京(19.35 g/kg)[30]和青島(29.30 g/kg)[31]的道路綠地,除了土壤本底的影響,還可能是由于上海的城市化水平更高,人類活動更加集中、建設(shè)強度更大,從而區(qū)域熱量產(chǎn)出高、地表溫度更高,導(dǎo)致表層土壤有機碳更易分解,使得有機質(zhì)整體積累量較低[32]。除速效鉀外,上海行道樹土壤的堿解氮、有效磷等主要養(yǎng)分含量均處于中下水平,主要原因應(yīng)該在于行道樹施肥管理較為粗放,人為供給不足,加之道路日常清掃減少了土壤養(yǎng)分的自然積累[33]。行道樹土壤速效鉀含量較高,主要受上海成土母質(zhì)中水云母含量的影響[34]。土壤有效鈣含量遠高于全國土壤中量元素含量等級劃分[17]上限(2 500 mg/kg),有效鈣含量受區(qū)域土壤母質(zhì)發(fā)育和城市建設(shè)中的石灰富集影響較大。由于行道樹土壤回填時混入建筑廢棄物、石灰、水泥、磚塊或其他堿性混合物,不斷釋放鈣離子;大量含有碳酸鈣和碳酸鎂灰塵的沉降;雨水沖刷建筑物和路面后帶有鈣離子等堿性物質(zhì)流入樹穴等都會增加行道樹土壤中的鈣含量。在成都市[35]、武漢市[36]等地的道路土壤中均存在類似問題,有效鈣含量過高會增加土壤溶液的游離態(tài)鈣離子數(shù)量,從而導(dǎo)致土壤pH升高,影響如鐵、鋅、錳、硼、銅和磷等其他元素的有效吸收。上海的大部分行道樹土壤普遍缺硫,使用含硫肥料既能增加土壤有效硫含量,也可以起到降低土壤pH的作用。

2)行道樹的綜合土壤肥力狀況和分布差異與城市化進程和各個區(qū)域的綠地管養(yǎng)水平相關(guān)。此外,行道樹土壤質(zhì)地的分布差異也反映出各區(qū)域均使用了客土用于行道樹種植,而客土多來源于各區(qū)域周邊的鄰近地區(qū),由于土地資源緊張,導(dǎo)致質(zhì)量不等的客土和大量建筑廢物被混入種植土壤。研究表明,上海中心城區(qū)與南部區(qū)域行道樹土壤容重大、總孔隙度較低,中心城區(qū)土壤容重高與城市建設(shè)強度高和密集的人類活動導(dǎo)致表層土壤壓實有關(guān),而南部區(qū)域的行道樹土壤相較于中心城區(qū)受到的人為干擾少,可能是由土壤內(nèi)在因素引發(fā),如上文中提到的土壤砂礫含量高及有機質(zhì)含量低也會導(dǎo)致土壤容重高且孔隙度較低。有機質(zhì)、堿解氮、有效磷以及速效鉀含量分布不均,呈斑塊狀,空間變異大,這4類指標(biāo)的空間分布呈現(xiàn)一定共性,中心城區(qū)、浦東臨港地區(qū)、崇明以及西側(cè)與江浙接壤的區(qū)域以上營養(yǎng)元素含量均較低,這與上海市的土壤類型有著密切關(guān)系,此外行道樹綠地的利用年限也是導(dǎo)致這一差異的原因,新開發(fā)區(qū)域相較于老城區(qū)對土壤質(zhì)量的要求更為嚴格。由于行道樹土壤的營養(yǎng)物質(zhì)與水肥管理、落葉清理等人為干擾關(guān)系較大,近年來隨著城市綠地精細化管理政策的實施,部分區(qū)域的行道樹土壤施肥更加精準(zhǔn)和細致,但日常管理中各區(qū)域并未采取相同標(biāo)準(zhǔn)的管理體系,大部分區(qū)域的行道樹土壤還需要更科學(xué)的養(yǎng)分管理方案。

中心城區(qū)土壤pH低于其他區(qū)域,有效鈣和有效鎂分布與pH分布趨勢相似。中心城區(qū)的部分區(qū)域pH相對較低,可能與市中心各區(qū)日常開展的土壤改良有關(guān)。而沿海、沿江地區(qū)土壤pH較高,從第二次上海市土壤普查結(jié)果可知這些區(qū)域多為濱海鹽土,含鹽堿量高而有機質(zhì)積累少。有效鈣含量普遍較高說明上海各個區(qū)域的行道樹土壤都存在由建筑垃圾等堿性材料堆積及灰塵中碳酸鈣沉降富集所導(dǎo)致的碳酸鈣含量過高問題。

3)上海市行道樹土壤肥力水平較差,大部分土壤綜合肥力指數(shù)IFI處于較低水平。行道樹土壤綜合肥力整體表現(xiàn)出中間低、周邊高的趨勢。各個區(qū)域的行道樹土壤肥力差異顯著,除了受各區(qū)域土壤類型的內(nèi)在影響因素,也與行道樹的日常施肥管理等外界干擾相關(guān)。中心城區(qū)及浦東部分區(qū)域的肥力較低可能是由該區(qū)域較快的城市化發(fā)展伴隨的人為活動、汽車尾氣及生活垃圾排放量較大造成;北部區(qū)域的pH較高、有機質(zhì)和氮含量相對較低;上海西部地區(qū)多為黃棕壤土,養(yǎng)分含量低;北部地區(qū)、東南沿海區(qū)域多為滲育性水稻土,有機質(zhì)和全量養(yǎng)分較低;西南部地區(qū)土壤肥力偏低的原因除了土壤類型的因素影響,可能還受到當(dāng)?shù)鼐G化的投資力度較小、綠化管理難度較大等人為因素的影響。此外,由于上述幾個主要因素的影響,相同區(qū)域內(nèi)的不同行道樹土壤綜合肥力也不一致,如中心城區(qū)多數(shù)道路的行道樹土壤綜合肥力低下,而部分道路較高,應(yīng)該與近年來行道樹管理養(yǎng)護的投資力度增大有關(guān)。上海的行道樹土壤肥力IFI值與有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和有效硫含量呈極顯著正相關(guān),與pH和有效鈣含量呈現(xiàn)極顯著負相關(guān)。多數(shù)植物更喜在中性土壤中生長,堿性或強堿性土壤會降低土壤結(jié)構(gòu)的通透性,因此pH高會降低土壤主要營養(yǎng)物質(zhì)的含量,進而影響土壤綜合肥力,較高的土壤鈣含量是制約行道樹土壤pH和其他營養(yǎng)元素吸收的主要障礙因子,降低土壤有效鈣含量,并增加土壤有效硫含量可以顯著降低土壤pH,改善行道樹土壤肥力。為了提高行道樹土壤的質(zhì)量,緩解土壤pH和有效鈣含量高導(dǎo)致的植物生長不良等問題,必須從源頭解決種植土的質(zhì)量問題,同時要對現(xiàn)有的行道樹土壤改良修復(fù)技術(shù)進行深入研究,理論與實踐結(jié)合以保證綠化種植土壤的質(zhì)量。

影響行道樹土壤綜合肥力的因子不止本研究提出的各項指標(biāo)。研究表明,不同行道樹種類也會影響到土壤肥力狀況[15],比如種植懸鈴木的土壤有機質(zhì)和土壤氮的維持能力就高于其他樹種,因此在未來的研究應(yīng)將生物因素[37]也納入評價體系中。此外,在肥力指標(biāo)的空間分析上,可按照更小的空間尺度劃分區(qū)域,從而更為精準(zhǔn)地反映當(dāng)?shù)匦械罉渫寥赖姆柿μ卣?在開展行道樹土壤的改良行動中做到有的放矢。同時,可以結(jié)合城市建設(shè)強度、城市熱島效應(yīng)、韌性城市建設(shè)要求以及行道樹健康評價[38]等進一步分析行道樹對土壤的質(zhì)量需求。綜上,上海市行道樹土壤多為粉砂壤土,粉粒占比高,土壤平均容重大,通氣孔隙度變異程度大,且土壤pH普遍較高,整體成堿性;行道樹土壤養(yǎng)分含量除速效鉀外均較低,氮磷等平均含量處于中下水平,且空間分布不均,土壤有效鈣含量較高,有效硫含量中等偏低;上海市行道樹土壤的綜合肥力指數(shù)整體處于較低水平,在空間上呈中間低周邊高的整體趨勢,各區(qū)域土壤肥力分布的隨機性較強、關(guān)聯(lián)不明顯;行道樹土壤肥力與有機質(zhì)含量、全氮含量、堿解氮含量、有效磷含量和有效硫含量等極顯著正相關(guān),與pH和有效鈣含量呈極顯著負相關(guān)。

上海市行道樹土壤管理和改良需要結(jié)合空間分布特征,因地制宜地采取以下3個措施:①從源頭改善,制定行道樹土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),盡量使用表土回填,嚴格控制土壤中建筑垃圾的混入;②針對行道樹土壤理化性質(zhì)和營養(yǎng)元素分布現(xiàn)狀,有針對性地開展土壤改良研究,通過綠化有機廢棄物循環(huán)利用、土壤植被或有機物覆蓋等措施來增加土壤孔隙度,施用酸性肥料或者改良劑進行土壤pH調(diào)控,提高土壤有效態(tài)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)換。通過精準(zhǔn)施肥增加土壤有機質(zhì)含量,提高整體養(yǎng)分含量;③結(jié)合行道樹樹種選擇和健康管理等統(tǒng)籌行道樹土壤的管理,構(gòu)建“樹池管理-樹種選擇-土壤調(diào)配-種植技術(shù)-科學(xué)管養(yǎng)”的一體化行道樹土壤管理體系。近年來,結(jié)合綠化特色街區(qū)建設(shè)和重點區(qū)域行道樹改良工程,上海先后開展了行道樹健康質(zhì)量評價、優(yōu)良行道樹樹種選擇、模塊化樹池種植技術(shù)等探索,并采取樹池內(nèi)種植地被植物、增加樹池連接帶、拓展樹池空間等具體措施,顯著提高了城市行道樹土壤的質(zhì)量,促進了行道樹的健康生長。