上海辰山植物園綠化種植土壤修復效果研究

代琦 葉子易 蔡云鵬

摘要通過對上海辰山植物園土壤修復一期工程前后各區域土壤主要化學性狀、養分及物理性質的調查，探討土壤修復對植物園土壤理化性質的影響，以期為今后辰山植物園的土壤修復工程提供科學依據，并為未來新建植物園和有效改良現有植物園提供科學借鑒。

關鍵詞土壤修復;理化性質;效果評價

中圖分類號S156文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2019）03-0050-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.03.017

2000年，BGCI發布的《植物園保護國際議程》明確要求，植物園在植物多樣性保護工作中的全球使命包括：“防止全世界植物物種及其遺傳多樣性的流失;注重防止世界自然環境的進一步退化;使公眾認識到植物多樣性的價值以及他們所面臨的威脅;以實際行動改善全球自然環境;為了我們的子孫后代，努力實現世界自然資源的可持續利用”。在此現狀下，植物園成為世界各國共同關注的機構和積極支持建設的重點，許多新的植物園在世界各地不斷興起，并成為當地植物種質資源的保護中心，植物園的建設和發展也成為一個國家文明發展、科技進步的重要標志，其功能和作用比以往任何時期都備受關注，它不僅是人類面對生物多樣性衰退和全球氣候變化采取的一項應對措施，更是人類通過科學手段構建的一個多樣性的植物生存空間，在如今全球生態系統受到嚴重威脅的環境下，它體現了當代社會人類對待植物與自然的態度和方式，彰顯了人與自然之間和諧共存的關系與智慧。

上海辰山植物園是由上海市人民政府、中國科學院、國家林業局以及中國林業科學研究院于2005年合作共建，占地面積207 hm2，是一座融科研、科普、景觀和休憩為一體的國家級綜合性植物園。自開園以來，辰山植物園始終緊跟國家戰略，圍繞地方需求，充分利用現代生物技術，合理挖掘資源潛力，不斷開發新資源、探索新技術、培育新品種;充分利用現代信息技術，深度挖掘社會需求，不斷開拓市場資源，創新科普形式、提升文化內涵;充分利用現代服務理念，探索創新機制，強化社會服務功能，提升服務品質。

隨著辰山植物園自身的發展和國際影響力的提升，植物收集展示和保育研究的種類逐漸增多，但由于辰山植物園綠化種植土質較差，板結現象嚴重，及規劃、建設時期的歷史遺留原因，土壤中磚頭、石塊等建筑垃圾較多，機械碾壓現象嚴重[1]，不少區域內發生積水，導致植物發根不好甚至死亡。為了能夠給來自世界各地的植物提供一個良好的生長環境，更好地發揮辰山植物園在全球生物多樣性保護中的作用，同時提升我國植物園事業在國際上的影響力，進一步推動上海生態之城的建設步伐[2]，在此背景下，結合園區現狀以及土壤初步研究結果，擬對植物園相關區域綠化種植土壤進行有針對性地改良修復工作[3]。為此，辰山植物園已于2015年開始分區塊對園區綠化種植土壤進行一期改良與修復工作，并取得初步成效，為全球植物多樣性保護奠定基礎。筆者通過對土壤修復一期工程前后各區域土壤主要化學性狀、養分及物理性質的調查[4]，探討土壤修復對植物園土壤理化性質的影響，以期為今后辰山植物園的土壤修復工程提供科學依據，并為未來新建植物園和有效改良現有植物園提供科學借鑒。

1采樣與方法

1.1概況

上海辰山植物園（圖1）綠化種植土壤修復一期工程主要涉及南入口區、礦坑花園和巖石藥用園及周邊區、展覽溫室周邊區共26.5 hm2，是辰山植物園內深受游客喜愛的重點游覽區域，包含平地、山體、溫室建筑等多種類型，全園80%的游客會集中在此。但自建園以來，三區植物長勢較差，尤其是入口區的廣玉蘭數量逐年遞減。2015年經專家評審，開始實施上海辰山植物園綠化種植地下部分改良修復一期工程[5]。

1.2土樣采集

項目組分別在土壤修復工程前后，即2014年9月27—29日、2017年6月14—20日進行土樣采集。共采樣點數為60個，樣品79個，符合《CJ/T 340-2016綠化種植土壤》驗收規范的取樣頻率要求。樣品分為表層樣品及分層樣品2類。表層樣品定位采樣點共設60個，采樣深度為0～30 cm，代號為“A”，每個采樣點按連續“S”形采樣法用土鉆采集0～30 cm土樣，將多點土樣混合成1個樣品，共60個表層土樣;除表層樣品外，再用土鉆采集30～60 cm（代號為“B”）和60～100 cm（代號為“C”）的分層樣品，分別鉆取5～6個剖面組成混合樣品，其中，心土層（B層）采集18個土樣，底土層（C層）采集1個土樣，合計采集19個土壤樣品，3層總計79個土樣[6]。

1.3測定項目與方法

土壤修復工程前主要測定pH、電導率（EC）、有機質（O.M）、土壤密度、土壤非毛管孔隙度等5項指標，測定方法按CJ/T 340—2016[7]規定的方法操作。隨著土壤修復工程的不斷深入，項目組發現，園區土壤現狀比原設想更為惡劣，考慮到土壤入滲率和土壤質地指標對該次修復工程的重要性，故在修復工程后的測定項目中增設此兩項內容。

1.4數據處理

分析所用的藥品和試劑均為AR級，試劑配制、樣品稀釋和蒸餾等一律用雙重蒸餾水，以免引入離子導致誤差;每個樣品各測試項目均做2個平行值，以消除偶然誤差。

在數據處理過程中，用Excel對測試所得的原始數據進行統計分析，應用模糊數學方法確定土壤質量單因子評價的隸屬度、權重，建立隸屬函數和綜合評價模型，確立上海辰山植物園土壤修復一期工程土壤質量等級。

2結果與分析

2.1土壤主要化學性狀變化

2.1.1pH整體降低。

土壤pH的大小，對植物及生活于土壤中的有益微生物有很大的影響，而不同的植物對土壤pH的反應是不同的，對多數植物來講，適宜的土壤環境，一般是中性到微酸性和微堿性。土壤pH是影響土壤肥力的重要因素之一，它與土壤養分的存在性及有效性有密切關系。因此，土壤酸堿度是土壤化學性質的綜合表現。根據測試結果，上海辰山植物園綠化種植地下部分改良修復工程（一期）土壤改良修復后的pH整體降低。68.80%為pH>7.5～8.0的弱堿性土壤，pH>8.0～8.3的堿性土壤占22.80%，最適宜大多數植物生長的中性土壤pH 6.5～7.5占13.90%，無強堿性土壤。按國家住房和城鄉建設部頒布的城鎮建設行業標準《綠化種植土壤CJ/T 340-2016》規定土壤pH≤8.3為合格，則上海辰山植物園綠化種植地下部分改良修復工程（一期）土壤的合格率為100%。改良修復后3個區域的土壤pH的合格率提高，平均值分別降低5.54%～8.79%，其中礦坑花園及周邊的降低效果最好。

2.1.2土壤EC值在正常值范圍內。

據測試結果，土壤EC主要分布在2個區間，其中，土壤EC在0.15～0.30 mS/cm較適宜范圍的為64.60%，無土壤EC在0.05～0.15 mS/cm較低范圍內，說明改良修復后土壤的可溶性養分離子明顯增加，有利于植物對養分的吸收;土壤EC在0.3～0.9 mS/cm稍高范圍的為35.4%，無EC >0.9 mS/cm的土壤，表明土壤無明顯的鹽分積累。按國家住房和城鄉建設部頒布的城鎮建設行業標準《綠化種植土壤CJ/T 340—2016》規定土壤EC值0.15～0.90 mS/cm為合格，則上海辰山植物園綠化種植地下部分改良修復工程（一期）土壤的整體合格率為100%，總體而言，土壤的可溶性離子在正常值范圍內。改良修復前土壤EC的平均值均低于合格值的下限，改良修復后平均值分別提高了82.2%～146.6%，但均能控制在適宜的范圍內，一般不會導致次生鹽漬化，其中礦坑花園及周邊提高的幅度最大。

2.2土壤主要養分變化

土壤有機質是土壤中各種營養元素特別是氮、磷的重要來源。它還含有刺激植物生長的胡敏酸類等物質。由于它具有膠體特性，能吸附較多的陽離子，因而使土壤具有保肥力和緩沖性。它還能使土壤疏松和形成結構，從而改善土壤的物理性質。它也是土壤微生物必不可少的碳源和能源。因此，除低洼地土壤外，一般來說，土壤有機質含量是土壤肥力高低的重要指標。通過改良修復，上海辰山植物園綠化種植地下部分改良修復工程（一期）區域土壤的有機質含量大幅度地提高，很肥沃的土壤占優勢，達45.60%;肥沃的土壤達24.10%;較肥沃的為21.50%。按國家住房和城鄉建設部頒布的城鎮建設行業標準《綠化種植土壤CJ/T 340—2016》規定植物園的土壤有機質≥20～80 g/kg為合格，則上海辰山植物園綠化種植地下部分改良修復工程（一期）土壤的合格率為100%，土壤有機質含量>20 g/kg高達91.10%。這保證了上海辰山植物園綠化種植地下部分改良修復工程（一期）的大多數植物正常生長，有利于土壤理化性質的改善。改良修復前土壤有機質的平均值均在一般的區間內，改良修復后不同區域的土壤有機質平均值分別提高197.0%～291.9%，平均值均屬于很肥沃的水平，其中溫室及周邊提高的幅度最大。

2.3土壤主要物理性質變化

2.3.1土壤密度合格。

土壤密度會影響土壤中各元素、空氣、水以及溫度等，從而影響植物的生長發育。對于同一質地的土壤，土壤密度過大，會直接影響植物根系的生長;密度小，說明土壤疏松，非常適宜種植一些草本和小灌木，但太低的密度不利于固定高大植物，因此土壤密度并非越低越好。通過改良修復，在土壤密度1.20～1.35 mg/m3 的適宜范圍內土壤占絕對優勢，高達84.80%;土壤密度<0.75 mg/m3 占比僅為3.80%。按國家住房和城鄉建設部頒布的城鎮建設行業標準《綠化種植土壤CJ/T 340—2016》密度<1.35 mg/m3 為合格，則整體合格率為100%。改良修復前土壤密度的平均值均在很緊實的區間內，改良修復后不同區域的土壤密度平均值分別降低了14.4%～29.0%，平均值均屬于適宜的范圍，其中礦坑花園及周邊改善的效果最大。

2.3.2土壤非毛管孔隙度平均值增大。

毛管水不能占據的大孔隙被稱為通氣孔隙，也被稱為非毛管孔隙。蓄水能力低下和營養物質匱乏。通氣孔隙度直接關系到植物根系的呼吸和生長，直接關系到園林植物的成活率，是評價園林綠化土壤質量的重要指標。通過改良修復前后對比，改良修復前各區域土壤非毛管孔隙度的平均值均不合格且極低，改良修復后不同區域的土壤非毛管孔隙度平均值分別增大27500%～341.18%（表1），平均值均屬于合格以上，其中溫室及周邊改善的效果最明顯。

2.3.3土壤質地獲得明顯改善。

上海辰山植物園所在地區土壤質地偏黏，通過改良修復，最適宜園林植物生長的砂壤土和壤土高達87.3%，改良修復效果十分明顯。按國家住房和城鄉建設部頒布的城鎮建設行業標準《CJ/T 340—2016綠化種植土壤》規定土壤質地壤土類、黏壤土類為合格，則整體合格率達100%。溫室及周邊的土壤質地改善最為明顯，其次是南入口及周邊，經過改良礦坑花園及周邊雖然均合格，但有33.30%的土壤稍偏黏。

2.3.4土壤入滲率得到有效提高。

土壤入滲率是土壤質量的重要評價指標之一，一般用飽和導水率來表示，其好壞直接關系到地表徑流量大小和對土壤水分的補給強弱，也是評價土壤水分調節能力的重要指標之一。經過改良修復，無土壤入滲率在5 mm/h以下的極差土壤，在100～360 mm/h的土壤入滲率優的土壤僅有6.3%。入滲率良好的土壤占241%。按國家住房和城鄉建設部頒布的城鎮建設行業標準《CJ/T340—2016綠化種植土壤》規定土壤入滲率≥5 mm/h為合格，則整體合格。該項目的3個改良修復區域中，礦坑花園及周邊的土壤入滲率提高幅度最大，有19%的土壤達到優的水平，其次是溫室及周邊土壤，有40%的土壤達良好的水平。

2.4土壤綜合質量變化

用Excel對測試所得的原始數據進行統計分析，將測定各項目作為土壤質量評價的單因子，應用層次分析法劃分各測定指標的權重，用模糊數學方法確定土壤質量單因子評價的隸屬度，確立上海辰山植物園土壤質量等級，將綜合評價指數0.8～1.0、0.6～0.8、0.4～0.6、0.2～0.4、≤0.2分別定為1、2、3、4、5類土壤，該項目5類土壤均有分布。整體而言，改良修復前土壤質量等級主要為4類土，而改良修復后，土壤質量等級明顯提升，以2類土為主，而且出現質量最好的1類土（10.10%）。該項目的3個區域中，改良修復前各區域土壤均以4類土為主，改良修復后不同區域的土壤質量均上升為2類土為主，分別提升8790%～103.20%，平均值均屬于合格以上，其中提升幅度最大的是礦坑花園及周邊的土壤。

3結論

從土壤修復前后的檢測指標看，通過改良修復，土壤pH整體降低;土壤的EC明顯增加;有機質含量大幅提高;土壤密度合格;土壤非毛管孔隙度平均值增大。修復后的土壤質地獲得明顯改善，土壤入滲率整體合格，土壤質量等級獲得較大幅度改善，其中提升幅度最大的是礦坑花園及周邊的土壤。其原因是建園后該區域為辰山植物園的特色景觀區域，全年布置花境，深受廣大游客喜愛，園區自身養護、投入較大，且因地形條件多以人工操作為主，不需要機械壓實，利于植物生長。

綜上所述，上海辰山植物園土壤非毛管孔隙度小、土壤密度大、入滲率低等是造成植物長勢不良的主要障礙因子。為建設世界一流植物園，辰山園區必須對土壤進行大規模修復與治理，保障植物健康生長。上海辰山植物園通過一期的工程實踐，取得了較好的效果，通過土壤修復措施不斷增強

植物園土壤對外界環境脅迫的抵抗力（resistance）和恢復力（resilience）[4]，構建以土壤修復為主的自我演替、循環發展的生態系統。有效的土壤改良不僅是解決植物園現狀問題的最好途徑，也是推動其可持續發展的重要原動力，這客觀驗證了土壤修復工程是有效的、可行的，對提升辰山植物園區土壤質量及植物的生長發育會產生良好的效果。

上海辰山植物園綠化種植土壤修復工程有利于實現將辰山植物園建設成世界一流植物園的發展目標，不僅能夠提升我國在植物多樣性保護及資源植物的利用與研究領域的綜合實力，加快上海建設全球卓越城市的步伐。同時，也為城市綠化建設過程中土壤修復提供參考和借鑒。

安徽農業科學2019年

參考文獻

[1] 陳智坤，叢曉峰，馬延康，等.機械碾壓對新建城市綠地土壤理化性質的影響：以西安植物園新園區為例[J].中國農學通報，2016，32（26）：109-113.

[2] 伍海兵，方海蘭，彭紅玲，等.典型新建綠地上海辰山植物園的土壤物理性質分析[J].水土保持學報，2012，26（6）：85-90.

[3]? 胡永紅.植物園建設的幾個要點[J] .中國園林，2014（11）：88-91.

[4]? 謝維垣.華南植物園土壤肥力特征及其利用改良研究[J].土壤學報，1986（1）：89-92.

[5]? 上海市園林工程有限公司.上海市辰山植物園綠化種植地下部分改良修復一期工程可行性研究報告[R].2015.

[6]? 上海惠浦工程檢測有限公司.上海辰山植物園綠化種植地下部分改良修復工程一期園林綠化土壤檢測報告[R].2017.

[7]? 上海市園林科學規劃研究院.綠化種植土壤：CJ/T 340—2016[S].北京：中國標準出版社，2016.

[8] 上海辰山植物園.上海辰山植物園綠化種植地下部分改良修復工程一期工程項目后評估報告[R].2017.