園林綠化用搬遷地土壤肥力綜合評(píng)價(jià)

伍海兵，何小麗，梁 晶

（1. 上海市園林科學(xué)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）

隨著城市人口不斷增加，人民生活要求逐步提高，可持續(xù)發(fā)展理念逐步深入，改善城市環(huán)境質(zhì)量和提升城市生態(tài)功能已成為城市更新的重要目標(biāo)[1]。城市園林綠化作為改善城市環(huán)境質(zhì)量和提升城市生態(tài)功能的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，越來越受重視。但由于城市園林綠化需求快速增加與城市土地資源緊缺的矛盾日益嚴(yán)重，越來越多的城市搬遷地被用于園林綠化建設(shè)[2]。對(duì)于城市搬遷地用于園林綠化建設(shè)的研究主要集中在體現(xiàn)城市綠化景觀效果的植物[3]。對(duì)于土壤，學(xué)者們更多關(guān)注的是搬遷地土壤污染現(xiàn)狀及特征[4?5]、修復(fù)技術(shù)[6?7]研究，而對(duì)影響其景觀效果表達(dá)的土壤肥力研究較少。實(shí)際上，城市中由于土壤肥力質(zhì)量退化而影響植物的正常生長，從而導(dǎo)致其綠化景觀不能充分發(fā)揮的現(xiàn)象較為普遍[8]。隨著城市生態(tài)文明建設(shè)要求的提高，城市搬遷地用于園林綠化將是未來的主要發(fā)展趨勢(shì)，而搬遷地土壤肥力質(zhì)量的優(yōu)劣直接決定園林綠化的成敗。為此，本研究以上海市城中村搬遷地和工業(yè)企業(yè)搬遷地為研究對(duì)象，在對(duì)上海搬遷地土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等單項(xiàng)肥力指標(biāo)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，對(duì)搬遷地土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，探討不同類型搬遷地土壤肥力質(zhì)量特征，分析評(píng)估搬遷地用于園林綠化的潛力，以期為搬遷地用于城市園林綠化提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)域和方法

1.1 研究區(qū)域概況

上海市地處 30°40′～31°53′N，120°52′～122°12′E，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)，年均氣溫為 17.6 ℃，年均日照為1 886 h，年均降水量為1 173 mm，全年60%以上的降水量集中在5?9月，四季分明，光照充足，氣候溫和濕潤，春秋較短，冬夏較長。上海位于長江入海口、太湖流域東緣，成土母質(zhì)多為淺海相、河湖相沉積物，地勢(shì)平坦。

1.2 樣品采集和測(cè)定

1.2.1 樣品采集和處理 選擇上海中心城區(qū)和郊區(qū)典型搬遷地，以城中村和工業(yè)企業(yè)搬遷地為研究對(duì)象，共選取了10塊搬遷地36個(gè)樣地，其中城中村搬遷地20個(gè)樣地，工業(yè)企業(yè)搬遷地16個(gè)樣地，采集0～30 cm的表層土，每個(gè)樣地的土壤樣品均采用蛇形法由8個(gè)取樣點(diǎn)的樣品混合組成，并采用四分法保留1 kg土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干備用，土壤物理性質(zhì)用環(huán)刀現(xiàn)場(chǎng)取原狀土，每個(gè)樣地取5組重復(fù)。

1.2.2 測(cè)定方法 土壤容重采用環(huán)刀法；土壤pH采用電位法；土壤電導(dǎo)率(EC)采用電導(dǎo)法；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法；土壤堿解氮采用堿解-擴(kuò)散法；土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提-比色法；土壤速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法。以上詳細(xì)測(cè)定方法均嚴(yán)格按照《森林土壤分析方法》[9]測(cè)定。

1.3 研究方法

土壤肥力評(píng)價(jià)參考上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《綠化土壤肥力質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法》[10]，并結(jié)合城市搬遷地特點(diǎn)，選擇土壤容重、pH、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷及速效鉀等7項(xiàng)指標(biāo)，分別進(jìn)行單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)。其中單指標(biāo)評(píng)價(jià)由高到低依次分6個(gè)等級(jí)(表1)。

表1 土壤肥力單項(xiàng)指標(biāo)分級(jí)[10]Table 1 Classification of single index of soil fertility[10]

采用修正的內(nèi)梅羅(Nemoro)法對(duì)搬遷地土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，計(jì)算公式為

利用 Excel 2007 和 SPSS 17.0 軟件分析數(shù)據(jù)并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 搬遷地土壤單項(xiàng)肥力指標(biāo)評(píng)價(jià)

搬遷地土壤pH為7.8～9.2，均值為8.8，土壤呈堿性，pH主要分布在五級(jí)和六級(jí)，占比分別為63.0%和25.9%(圖1)，明顯高于城市綠地土壤[11]。搬遷地土壤電導(dǎo)率為0.06～0.63 mS·cm?1，均值為0.15 mS·cm?1，土壤電導(dǎo)率適宜，主要分布在二、三級(jí)，占比分別為48.1%和37.0%。搬遷地土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5.5～40.7 g·kg?1，均值為 15.5 g·kg?1，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于城市公園綠地土壤[12]，主要分布在四級(jí)和五級(jí)，占比分別為37.0%和33.3%。

圖1 搬遷地土壤 pH、電導(dǎo)率及有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)分布Figure 1 Distribution of soil pH, EC and organic matter mass fraction grades in the relocated site

由圖2可見：搬遷地土壤速效養(yǎng)分中有效磷和速效鉀較豐富，尤其是有效磷，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.3～314.6 mg·kg?1，均值高達(dá)81.6 mg·kg?1，土壤有效磷主要分布在一級(jí)，占比達(dá)44.4%。搬遷地土壤速效鉀為 41.8～336.6 mg·kg?1，均值達(dá) 151.4 mg·kg?1，土壤速效鉀主要分布在三級(jí)，占比達(dá) 51.9%。搬遷地土壤堿解氮為 11.7～76.2 mg·kg?1，均值為 33.2 mg·kg?1，土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，僅為上海公園綠地土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的35.4%[12]，土壤堿解氮主要分布在六級(jí)、五級(jí)和四級(jí)，占比分別為74.1%、14.8%和11.1%。

圖2 搬遷地土壤速效養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)等級(jí)分布Figure 2 Distribution of soil available nutrient mass fraction grades in the relocated site

由圖3可見：搬遷地土壤容重為0.90～1.63 Mg·m?3，均值為1.42 Mg·m?3，土壤容重較大，壓實(shí)嚴(yán)重。搬遷地土壤容重主要分布在四級(jí)、五級(jí)和六級(jí)，占比分別為29.6%、25.9%和22.2%，而二級(jí)和三級(jí)占比均為11.1%，沒有樣點(diǎn)分布在一級(jí)。

圖3 搬遷地土壤容重等級(jí)分布Figure 3 Distribution of soil bulk density grades in the relocated site

2.2 搬遷地土壤肥力質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

2.2.1 搬遷地土壤肥力指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化 如表 2 所示：各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值從大到小依次為有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、容重、電導(dǎo)率、堿解氮、pH。其中，有效磷標(biāo)準(zhǔn)化值最高，均值高達(dá)2.38，其次是速效鉀，均值為2.29，而pH標(biāo)準(zhǔn)化值最小，均值僅為0.46。

表2 土壤肥力質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析Table 2 Statistical analysis of soil fertility quality

2.2.2 搬遷地土壤肥力質(zhì)量 上海市搬遷地土壤肥力綜合指數(shù)(F)為0.38～1.42，均值為0.86，且不同樣點(diǎn)土壤肥力綜合指數(shù)變化較大，變異系數(shù)達(dá)0.29。此外，從搬遷地土壤肥力質(zhì)量等級(jí)分布圖(圖4)可以看出：搬遷地土壤肥力質(zhì)量主要為差和一般等級(jí)，59.3%的搬遷地土壤屬于差，40.7%的搬遷地土壤屬于一般等級(jí)，調(diào)查的搬遷地中未發(fā)現(xiàn)良或優(yōu)等級(jí)的土壤。由此可見，上海市搬遷地土壤肥力相對(duì)較差。

圖4 搬遷地土壤肥力質(zhì)量等級(jí)分布Figure 4 Distribution of soil fertility quality grades in the relocated site

2.3 不同搬遷地土壤肥力比較

由圖5可見：不同類型搬遷地土壤肥力存在一定差異，城中村搬遷地土壤肥力綜合指數(shù)均值達(dá)0.97±0.27，屬于一般等級(jí)，而工業(yè)企業(yè)搬遷地土壤肥力綜合指數(shù)均值僅為0.76±0.18，屬于差等級(jí)，且城中村搬遷地土壤肥力綜合指數(shù)顯著高于工業(yè)企業(yè)搬遷地(P＜0.05)；此外，城中村搬遷地土壤肥力質(zhì)量屬于差等級(jí)占比38.5%，而工業(yè)企業(yè)搬遷地土壤肥力質(zhì)量屬于差等級(jí)占比高達(dá)78.6%。可見，城中村搬遷地土壤肥力明顯優(yōu)于工業(yè)企業(yè)搬遷地土壤。

圖5 不同類型搬遷地土壤肥力綜合指數(shù)Figure 5 Soil fertility composite index in different relocated sites

3 結(jié)論與討論

城市搬遷地土壤作為城市土壤的一部分，既保留了城市土壤的特性，也有其自身的特性。對(duì)上海典型搬遷地土壤單項(xiàng)肥力指標(biāo)研究表明：搬遷地土壤pH較高，明顯高于上海公園綠地土壤(均值為8.1)[12]，這可能是由于搬遷地土壤中存在大量的建筑垃圾，加劇了對(duì)土壤pH的堿化[13?14]。土壤電導(dǎo)率適宜，均值符合《綠化種植土壤》標(biāo)準(zhǔn)要求。土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低，四級(jí)和五級(jí)占比則達(dá)70%以上，僅為上海公園綠地土壤有機(jī)質(zhì)的61.6%[12]，這可能是由于搬遷地土壤缺少外源有機(jī)質(zhì)供給所致。搬遷地土壤速效養(yǎng)分中有效磷和速效鉀較豐富，而堿解氮偏低；土壤有效磷較豐富可能有兩方面原因：一方面可能由于城中村搬遷地土壤部分樣點(diǎn)位于農(nóng)田、菜地，與人為施用含磷肥料有關(guān)，另一方面可能是由于工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)排放含磷化合物[15]或修復(fù)過程中采用了含磷材料導(dǎo)致搬遷地土壤磷富集[16]。而有74.1%的樣點(diǎn)土壤速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了三級(jí)及以上，這主要與上海本底土壤有效鉀含量豐富有關(guān)[17?18]。土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，分布在六級(jí)的比例高達(dá)74.1%，這與方海蘭等[11]對(duì)上海新建綠地土壤的研究結(jié)果一致。此外，土壤容重較大，分布在四級(jí)及以下占比高達(dá)77.8%，土壤壓實(shí)較普遍，這與當(dāng)前城市土壤普遍存在的壓實(shí)情況一致[19?20]。由此可見，搬遷地土壤有效磷、堿解氮及土壤容重受城市人為活動(dòng)及土地利用方式影響較大，而速效鉀受成土母質(zhì)影響較大，這與王辛芝等[21]研究南京城市土壤結(jié)果類似。

采用修正的內(nèi)梅羅法對(duì)上海搬遷地土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：上海搬遷地土壤肥力質(zhì)量相對(duì)較差，其中差等級(jí)占比達(dá)59.3%，而一般等級(jí)占比為40.7%，且不同土壤樣點(diǎn)土壤肥力質(zhì)量綜合指數(shù)變異系數(shù)大，空間異質(zhì)性較強(qiáng)，原因可能與人類活動(dòng)影響有關(guān)[18，22?23]。但城中村搬遷地土壤肥力質(zhì)量綜合指數(shù)顯著高于工業(yè)企業(yè)搬遷地(P＜0.05)，其土壤肥力質(zhì)量綜合指數(shù)高出27.6%，這可能是由于城中村搬遷地含有部分菜園地、農(nóng)田、果園和綠地等用地類型，受人為耕作、培肥等影響，土壤肥力質(zhì)量相對(duì)較好，而工業(yè)企業(yè)搬遷地土壤受生產(chǎn)運(yùn)營過程碾壓、侵蝕等影響，其土壤化學(xué)性質(zhì)和土壤物理結(jié)構(gòu)同時(shí)也遭到了不同程度破壞，土壤肥力質(zhì)量相對(duì)較差。

上海市一般等級(jí)搬遷地土壤在綠化質(zhì)量要求不高時(shí)，可直接用于園林綠化種植，而對(duì)綠化質(zhì)量要求較高時(shí)，則需要進(jìn)行改良；差等級(jí)的搬遷地土壤在用于園林綠化種植前，應(yīng)先有針對(duì)性的對(duì)其土壤肥力質(zhì)量障礙因子進(jìn)行改良，可通過降低搬遷地土壤pH和提高土壤堿解氮等技術(shù)手段來提升搬遷地土壤肥力質(zhì)量，再根據(jù)不同園林綠化質(zhì)量等級(jí)要求，不同程度改良土壤肥力質(zhì)量，從而達(dá)到城市綠化種植所需的土壤肥力質(zhì)量等級(jí)要求。總之，在城市土壤質(zhì)量普遍不佳、城市綠化需求快速增加、城市土地及土壤資源緊缺等日益突出的背景下，越來越多的城市搬遷地被用作園林綠化用地，應(yīng)收集和保護(hù)土壤肥力質(zhì)量較好的搬遷地土壤，改良肥力質(zhì)量差或一般的搬遷地土壤，以滿足快速增長的城市綠化種植需求。