大連市城區綠地土壤質量特征研究

伍海兵，李峰，梁晶*

(1.上海市園林科學規劃研究院，上海 200232；2.上海城市困難立地綠化工程技術研究中心，上海 200232；3.大連市城市管理局, 遼寧 大連 116000)

城市綠地作為城市生態基礎設施，是城市生態系統的重要組成部分，土壤作為綠地植物生長的介質，土壤質量不僅直接影響植物生長，也直接影響城市的氣候環境、生物多樣性和生態平衡[1-2]，對維持良好的城市生態環境和可持續發展具有重要作用[3]。隨著社會經濟的快速發展，人們對生活質量的要求不斷提高，對城市生態環境也越來越關注，城市園林綠化在其中起著不可替代的作用[4]。土壤質量的好壞直接決定城市綠化建設的成敗，因此，土壤對城市的可持續發展有著重要意義。然而城市綠地土壤質量不佳現象普遍存在，如城市的快速綠化導致綠化用土緊缺，土壤來源復雜，土壤中常摻雜著底層土、生土以及大量的建筑垃圾等，土體層次混亂，土壤結構較差[5]。在施工過程中，由于園林植物直接體現綠化效果，植物的質量易受重視，而對土壤質量則往往考慮較少，因此，許多綠地土壤質量較差是自綠化工程施工之時就“先天”存在，城市人口密度、土地利用等人為因素會直接影響城市綠地土壤質量，使土壤性質發生顯著改變，直接影響綠化植物的正常生長[5-6]。近年來，有關城市綠地土壤質量的研究越來越受到重視，陳旭彤[7]對杭州城市綠地土壤肥力質量及張明等[8]對合肥市城區不同類型綠地土壤肥力質量進行分析評價，并提出了相應的改良措施。伍海兵等[9]利用幾種改良材料改善城市綠地土壤物理性質。但有關于大連綠地土壤質量研究鮮有報道，并且近幾年大連市廣泛種植的綠化植物開始出現提前黃化，甚至不同程度的死亡現象，城區綠化景觀效果不佳較為普遍[10]。基于此，以大連市中心城區的主要公園、道路的公共綠地土壤為研究對象，對其土壤理化性質進行現場調查和分析，分析影響大連市城市綠化植被生長因素中的土壤因子狀況，以期為大連城區綠地土壤的改良與養護管理提供技術支撐。

1 研究區域與方法

1.1 區域

大連市位于暖溫帶遼東半島最南端，三面環海，西北臨渤海，東南臨黃海，地理坐標120°58′ E～123°31′E、38°43′ N～40°10′N。具有海洋性特征的暖溫帶大陸性季風氣候，冬無嚴寒，夏無酷暑，氣候舒適宜人，四季分明，年日照時數3 000 h，年無霜期172～188 d，年平均氣溫10.5 ℃，年降水量550～950 mm，60%～70%降水集中在夏季。

1.2 方法

1.2.1 樣品采集

以大連市中山區、西崗區、沙河口區、甘井子區，以及高新園區5個區內的主要道路、公園綠地土壤為研究對象，共設置30個監測點，采集表層土壤(0～30 cm)和底層土壤(30～100 cm)樣品，共采集60個土壤樣品。

1.2.2 樣品測定

土壤pH采用電位法測定，土壤EC采用電導率法測定，土壤有機質采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定，土壤石礫含量采用篩分法測定，土壤容重、田間持水量、總孔隙度及非毛管孔隙度采用環刀法測定，土壤含水率采用烘干法測定，土壤機械組成采用密度計法測定，各指標具體分析方法均參照CJ/T 340—2016《綠化種植土壤》[11]。

2 結果與分析

2.1 綠地土壤理化性質基本概況

2.1.1 pH

pH值是土壤許多化學性質的綜合反映，直接影響土壤中養分元素的存在形態以及土壤動植物的群落特征[12]。大連綠地土壤pH為8.07～9.38(表1)，均值高達8.69，土壤pH較高，高于《綠化種植土壤》的最大限值要求(<8.3)；變異系數較小，為0.03，由此可見，各綠地土壤pH空間變異較小。而一般適宜綠地植物生長的土壤為酸性或微酸性，大連市綠地土壤pH過高在一定程度上阻礙了植物的生長。

表1 大連市綠地土壤的基本化學性質

2.1.2 EC

土壤電導率通常作為土壤鹽漬化程度高低的指標，EC所反映的離子總量可作為土壤肥力的一個綜合性參考指標[13]。大連綠地土壤EC為0.03～0.26 mS·cm-1，均值僅為0.08 mS·cm-1，EC較低(表1)，遠低于《綠化種植土壤》的最低限值要求(>0.15 mS·cm-1)；EC變異系數較大，達0.50，即不同區域綠地土壤EC變化較大。由此可見，大連綠地土壤中可溶性養分離子含量普遍較低，是阻礙大連綠地植物生長的因素之一。

2.1.3 有機質

土壤有機質含有植物生長必需的各種營養元素，并影響養分循環及土壤結構穩定性、保水能力、陽離子交換能力等理化和生物學特性。大連綠地土壤有機質含量為9.02～38.70 g·kg-1，均值為21.20 g·kg-1，均值略高于標準最低限值要求(>20 g·kg-1)，但也有50.7%的土壤樣品低于標準限值要求，無法給綠地植物提供足夠的養分。其中，有機質含量較高的土壤主要分布在公園綠地，這可能與公園經常性的養護以及枯枝落葉未被清掃而長期覆蓋和分解有關。

2.1.4 速效養分

土壤速效養分是衡量土壤養分供給的強度指標，土壤速效氮、磷、鉀等營養物質的含量直接影響植物的營養供應[14-15]。大連綠地土壤水解氮含量偏低(表1)，為12.60～138.30 mg·kg-1，均值為40.80 mg·kg-1，略高于標準的最低限值要求(>40 mg·kg-1)，有58.3%的土壤樣品低于標準限值要求，且水解含量氮的變異系數較大，達0.56，不同區域的水解氮差異較大。大連綠地土壤有效磷含量偏低(表1)，為0.44～90.10 mg·kg-1，均值為11.90 mg·kg-1，而中位數僅為6.94 mg·kg-1，略高于標準的最低限值要求(>5 mg·kg-1)，且變異系數大，達1.24。大連綠地土壤的速效鉀含量較豐富(表1)，為39.30～615.80 mg·kg-1，均值為144.70 mg·kg-1，95%的土壤速效鉀含量均符合標準要求。土壤速效鉀變異系數較大，達0.66，說明不同區域土壤速效鉀含量差異較明顯。由此可見，雖然大連綠地土壤的速效鉀含量較為豐富，而水解氮和有效磷含量普遍偏低，在一定程度上影響植物的正常生長。大連不同區域綠地土壤速效養分含量差異明顯，與文獻[4]的結果相一致，可能是不同區域綠地養護管理和方式不同所致。

2.1.5 石礫含量

土壤中大量礫石的存在，不僅會對土壤的容重、孔隙度和含水量等物理特性存在影響，并且也會影響土壤的入滲特性[16-17]。大連綠地土壤中石礫含量較高(表2)，為5.29%～66.10%，均值高達26.17%，超過標準要求的石礫含量(低于20%)，有68.3%的土壤樣品超過標準限值要求，公園綠地土壤石礫含量相對較少，道路土壤中石礫含量較高，部分區域還發現土壤中存在硬質隔斷層，阻斷根系向下生長。由此可見，大連綠地土壤中石礫含量較高為普遍現象，石礫含量過高嚴重阻礙植物的正常生長和發育，并且降低了土壤的保水性，可能是大連行道樹植物長勢不佳的主要障礙因子之一。

表2 大連市綠地土壤的基本物理性質

2.1.6 土壤質地

土壤質地對于土壤性質和肥力有極為重要的影響，大多數植物適宜生長于壤土，不適宜生長于砂土、黏土。大連綠地土壤質地以壤土為主，占70.0%；其次是砂質壤土和黏壤土，占11.7%；壤質砂土最少，占1.7%。土壤中各顆粒組成相對較好，但也有部分土壤質地黏重或偏砂，這些區域的植物長勢均不佳。由此可見，部分區域綠地土壤過黏和過砂均不利于植物生長。

2.1.7 土壤容重

土壤容重的大小可以反映土壤的壓實程度，對土壤的透氣性、入滲和持水性能以及抗侵蝕能力都有很大影響[18]。大連綠地土壤容重一般(表2)，為1.14～1.65 g·cm-3，均值為1.34 g·cm-3，與標準限值要求相近，但部分區域土壤容重偏高，有41.7%的土壤超過標準限值要求。容重過大，反映土壤板結嚴重，直接阻礙植物根系在土壤穿透和生長，這也是當前城市綠地土壤普遍存在的現象[19]。

2.1.8 土壤水分

土壤水分是植物生長的物質基礎，影響植物生長的各種物理、化學及生物過程[20]，也是土壤水分供應狀況以及土壤水源涵養能力評價的重要參數。大連綠地土壤含水率較低(表2)，為9.08%～23.24%，均值為15.67%，這可能與綠地土壤裸露，水分易被蒸發有關，土壤含水率低直接影響植物的正常生長。

土壤田間持水量反映土壤所能穩定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持懸著水的最大量，是對植物有效的最高土壤水含量，田間持水量越大間接反映土壤中有效水含量越高。大連綠地土壤田間持水量偏低(表2)，為189.38～429.80 g·kg-1，均值為308.56 g·kg-1。由此可見，大連綠地土壤的供水和水分涵養能力較差。

2.1.9 土壤孔隙度

土壤孔隙度包括非毛管孔隙度、毛管孔隙度和總孔隙度，其數量和大小直接決定土壤中物質轉移的形式和速率，是評價土壤貯水能力及肥力特征的重要因素之一[21]。大連綠地土壤非毛管孔隙度相對偏低(表2)，為2.41%～10.16%，均值為6.23%，只有29.2%的土壤高于8%，高達70.8%的土壤非毛管孔隙度小于8%，不適合植物健康生長；土壤毛管孔隙度較低，為31.92%～49.39%，均值為41.35%，土壤保肥和蓄水能力相對較弱；土壤總孔隙度相對較低，為39.76%～52.83%，均值為47.58%，僅有33.3%的土壤總孔隙度超過50%。大連綠地土壤的各孔隙度指標普遍偏低，影響植物的正常生長。

2.2 不同深度土壤理化性質

2.2.1 pH

大連不同深度綠地土壤pH差異較小(圖1)，表層土壤pH略高于底層土壤，這可能主要是由于表層土壤受道路施影響，一些混凝土或瀝青混入土壤中，加劇了表層土壤的堿化[21]。

柱上無相同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖2、3、5同。

2.2.2 EC

不同深度土壤EC差異不大(圖2)，表層土壤和底層土壤EC均為0.08 mS·cm-1，土壤EC均偏低。

圖2 大連市綠地不同土壤深度EC的變化

2.2.3 有機質

大連不同深度綠地土壤有機質差異顯著(圖3)，表層土壤比底層土壤有機質含量高30.0%，尤其是公園等公共綠地表層有機質含量更高。

圖3 大連市綠地不同土壤深度有機質的變化

2.2.4 速效養分

圖4看出，表層土壤有效磷、水解氮和速效鉀含量均顯著高于底層土壤，且較底層土壤分別高48%、35%和17%。表層土壤中的有效態營養含量相對較高可能是由于人工養護添加肥料以及枯枝落葉分解所致。

不同土壤深度柱上無相同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)。

2.2.5 物理性質

由于道路土壤的特殊性和局限性，受采樣和檢測限制，不同深度的土壤物理指標僅對土壤石礫和土壤質地進行分析。結果(圖5)表明，表層土壤石礫含量與底層土壤基本持平，分別為26.07%和26.27%。由此可見，不同深度土壤中的石礫含量過高問題普遍存在。

圖5 大連市綠地不同土壤深度石礫含量的變化

不同深度土壤顆粒組成差別不明顯(圖6)，表層土壤黏粒和粉砂粒含量略低于底層土壤，而表層土壤砂粒含量略高于底層土壤。表層土壤和底層土壤都以壤土為主，其次為砂質壤土和粉砂壤土。

圖6 大連市綠地不同土壤深度顆粒含量的變化

3 小結與討論

通過對大連市各區綠地土壤的化學性質分析可以看出，大連市綠地土壤化學性質相對較差，主要體現在土壤EC、有機質、水解氮、有效磷偏低，土壤pH過高，這些化學性質均可能會影響植物的正常生長，尤其是土壤pH、有機質可能是引起植物長勢不佳的關鍵障礙因子。由于受劇烈人為活動的影響，大連綠地土壤與國內部分大中城市園林土壤同樣出現了堿化的趨勢[22]，并且由于道路施工或建筑施工的混凝土或渣石直接傾倒于土壤，部分街道綠地土壤呈強堿性，pH高達9.38。土壤EC普遍偏低，間接反映大連綠地土壤中可溶性養分離子含量較低。土壤養分指標中除速效鉀含量較豐富外，有機質、水解氮、有效磷、全氮含量均偏低，在一定程度上制約了植物的正常生長。

土壤質地以壤土為主，但也有部分土壤質地黏重或偏砂；土壤容重一般，但部分道路綠地土壤容重過大，反映出土壤板結嚴重，直接阻礙植物根系在土壤的穿透和生長。土壤含水率、田間持水量及孔隙度整體均偏低，反映出土壤的水源涵養能力和保肥蓄水能力較弱。城市化后土壤壓實嚴重是普遍存在的共性問題[19,23]。大連綠地土壤容重過大，孔隙度偏低，均反映出在人為活動的干擾下當地土壤物理性質的退化，對植物正常生長及城市生態系統都將產生不良影響[24]。

大連綠地土壤的EC以及水解氮、速效鉀、有效磷含量等化學性質上具有明顯的空間變異性，可能與不同區域養護方式不同有關。而土壤容重、孔隙度、田間持水量等物理性質的空間變異性較小，物理性質普遍偏差，則反映出大連綠地土壤普遍存在壓實嚴重等問題。另外，大連綠地土壤不同深度土層之間的石礫含量、顆粒組成、pH、EC的差別不明顯，但不同深度的有機質、有效磷、水解氮、速效鉀的差別顯著，底層的土壤相對表層土壤質量較差。這可能是一方面由于人工養護添加肥料以及枯枝落葉分解所致，另一方面可能是調查地廣泛種植的綠化植物為深根系喬木，根系生長較深，對深層土中的養分吸收較大。由此可見，深層土壤中的有效態養分較低一定程度會阻礙植物根系的生長發育，從而阻礙了植物的健康生長。

從本次對大連綠地土壤理化特性的分析結果來看，想要改善大連市綠化景觀效果，還需改善植物健康生長所需的土壤環境。加強大連綠地土壤的日常養護，以本次土壤監測數據為施肥的參考數據，有針對性地科學配方施肥，在土壤改良的過程中注重有機改良材料的施加，提升土壤有機質含量；疏松土壤，防止土壤板結和壓實，促進良好的土壤物理性質的形成，并添加一些土壤保水和蓄水改良材料，以提升土壤保水蓄水能力；同時，注意排水措施，防止土壤積水。只有加強對土壤養護的投入，綜合改善土壤水、肥、氣、熱，才能有效改善大連綠地土壤質量，從而促進植物的健康生長。