上海市行道樹土壤理化性質與樹木健康的相關性研究

賀 坤

宋 婷

王本耀

嚴 巍*

土壤供給城市樹木生長所必需的營養物質，并提供所必需的機械支撐[1]。但由于密集的人類活動影響，城市土壤普遍存在有機質含量偏低、營養元素變異性強、土壤結構和通氣性能差等問題[2-5]，導致植物生長衰弱甚至死亡，影響樹木長勢及生態服務功能的提供[6]。目前，土壤對樹木生長影響的研究主要集中在林木生長、葉綠素和光合特性，以及葉片營養與土壤營養的相關性方面[7-8]，較少關注土壤對樹木健康的影響。行道樹土壤受人為活動影響更為嚴重，存在土壤厚度低[9]、營養物質缺乏、污染較重和肥力低下等問題[10-11]，土壤普遍緊實、外源侵入物高、生物活性低，導致樹木病蟲害易發、長勢弱，影響行道樹健康和生態功能[12]。

國外學者較早建立了樹木健康評價體系并不斷完善[13-14]，國內相關研究則主要集中在公園樹木、古樹名木[15]及行道樹的樹木結構特征上[16]，行道樹健康評價體系研究較少。本研究以上海市為例，提出適宜上海行道樹健康評價的方法，進一步分析土壤理化特征對行道樹健康的影響，以期為健康和精細化管理提供科學依據。

1 研究方法

1.1 研究區域

上海位于長江三角洲地區，主要土壤類型為水稻土、濱海鹽土、潮土和黃棕壤土。上海目前共有40多種行道樹，其中常見的有香樟(Cinnamomum camphora)、懸鈴木(Platanus acerifolia)、復羽葉欒樹(Koelreuteria bipinnata)、銀杏(Ginkgo biloba)等[17]。近年來，上海行道樹建設成績顯著，但依然存在長勢不佳、養護管理粗放等問題[18]，急需開展行道樹健康研究。

1.2 行道樹健康評價方法

采用層次分析法(AHP)構建行道樹健康評價體系，參考周宇亭等[19]的方法，將行道樹健康程度作為目標層(A)，整體長勢、樹冠情況、樹干情況、根系情況作為結構層(B)，反映樹木健康狀況的樹木長勢C1、病蟲害C2等11個指標作為指標層(C)，采用因子分析法確定各指標權重(表1)。

表1 城市行道樹健康評價指標體系

1.3 行道樹健康等級判定

根據上海市道路等級和空間分布特點，在全市16個行政區每個區隨機選擇4～5條代表性道路(共70條)，采用系統抽樣法開展行道樹健康調查，對健康指標進行1～5等級的量化打分。

根據健康評價結果，將行道樹健康等級劃分為衰弱、亞健康、健康3個等級(表2)。根據健康評價模型計算每棵樹的健康得分A值，運用模糊綜合評價法劃分健康等級，按照最大隸屬度原則計算各等級的健康閾值和隸屬度[19]。健康等級根據計算出來的相鄰兩級隸屬度確定，最終確定的健康等級為較大隸屬度對應的健康等級[20]。

表2 行道樹健康等級劃分標準

行道樹健康指數是以各級行道樹的得分之和與所有行道樹在最好的健康情況下的總得分之比，可以直觀地反映某區域行道樹個體健康水平。健康指數越趨近于1，表明行道樹個體越健康，處于健康狀態的行道數量也越多。其計算公式為：行道樹健康指數式中，n為級別數；Fi、ti分別為第i級的健康分值和株數；Fn為最好的健康分值；t為總株數。

1.4 土壤指標測定

行道樹健康調查同時在對應樹穴內用三點混合法采集土壤表層樣品，共采集350份混合土樣，剔除雜草和石塊后自然風干，研磨過篩后測定土壤容重、酸堿度、電導率、營養物質等。土壤質量評價參照《綠化種植土壤》(CJ/T 340—2016)(以下簡稱《標準》)[21]。

1.5 數據處理與分析

數據處理采用SPSS 25.0，土壤理化性質分析采用單因素方差分析和均值多重比較法，行道樹健康與土壤理化性質的相關性采用皮爾森相關分析法。

2 結果與分析

2.1 上海市行道樹健康評估

2.1.1 行道樹健康評價及等級判定

利用行道樹健康評價模型計算上海市行道樹健康得分，結果顯示：行道樹平均健康分值3.83，健康狀況最高得分4.28，最低得分3.29，總體健康指數0.862。上海行道樹健康指數趨于良好，大部分都處于基本健康狀態，但也有部分健康狀況得分較低。衰弱型、亞健康型和健康型行道樹的健康值平均得分分別為3.48、3.85、4.09。其中，20.0%的行道樹存在較嚴重的健康問題，為衰弱型；55.7%處于亞健康狀態，存在輕微健康問題；僅有24.3%處于健康狀態，大部分或多或少存在一些健康問題。

2.1.2 行道樹健康評價指標分析

行道樹健康評價指標平均得分由高到低依次為：樹木傾斜＞主干損傷＞樹洞＞根系腐爛＞根系損傷＞主干腐爛＞頂梢枯死＞枯枝＞修剪或損傷＞病蟲害＞樹木長勢。樹木傾斜指標得分最高，說明大部分行道樹傾斜程度都在正常范圍內。病蟲害與樹木長勢2項指標得分最低，是影響行道樹健康的主要因子。調查中發現，中心城區部分行道樹病蟲害現象較為嚴重，不少枝葉或主干都發生了腐爛，甚至出現了嚴重的樹洞。主干損傷一般發生在栽種、養護環節，或是由車輛剮蹭造成，大部分行道樹未出現嚴重的樹干損傷現象。根系腐爛得分較低主要是很多行道樹根部因為地下管道鋪設受損或根部積水過多、壓實嚴重而腐爛。修剪或損傷得分較低主要是為了不遮擋視線，從而影響交通，行道樹截枝、截干的情況較多(圖1～8)。

圖1 長勢傾斜的香樟

2.2 行道樹土壤理化性質分析

2.2.1 土壤物理性質分析

行道樹土壤物理性質如表3所示：土壤容重均值1.40g/cm3，大于《標準》規定的1.35g/cm3。不同健康類型的行道樹土壤中，健康型行道樹土壤容重值滿足標準要求，衰弱型與亞健康型行道樹土壤容重均值高于《標準》，二者與健康型行道樹土壤相比差異顯著。土壤含水量與總孔隙度均隨行道樹健康類型從衰弱型到健康型的順序呈遞增趨勢，不同健康類型行道樹土壤含水量與總孔隙度差異均達顯著水平。行道樹土壤質地構成中粉粒含量最高，黏粒含量最低，隨著行道樹健康類型從衰弱型到健康型的順序，土壤黏粒、粉粒含量呈遞增趨勢，砂粒含量呈現遞減趨勢。就上海的行道樹而言，土壤黏粒含量越高，越有利于保持水分和樹木生長，而砂粒含量過高反而不利于土壤保水和樹木生長。

表3 不同健康類型行道樹土壤物理性質分析

2.2.2 土壤化學性質分析

由表4可知，衰弱型行道樹土壤pH均值最大，亞健康型土壤pH均值最小，均高于《標準》要求，且變異系數較低，兩兩差異不顯著，說明行道樹土壤pH值普遍偏高，整體呈現堿性。土壤電導率以健康型行道樹最高，不同健康類型行道樹土壤電導率兩兩差異不顯著。行道樹土壤有機質含量均值低于《標準》要求，土壤堿解氮含量均值雖高于《標準》要求；但含量同樣偏低；土壤有效磷含量均值也相對偏低。土壤有機質、堿解氮和有效磷含量均是亞健康型，平均值均高于健康型和衰弱型，但差別不大，特別是健康型和亞健康型之間差距非常小。速效鉀含量均值197mg/kg，健康型、亞健康型與衰弱型行道樹土壤之間呈現顯著差異性。行道樹土壤有效鈣含量均值遠遠高于《標準》，土壤有效硫整體含量偏低，土壤有效鎂的含量均值在《標準》范圍內，不同健康類型行道樹土壤微量元素含量均無明顯差異。

表4 不同健康類型行道樹土壤化學性質分析

圖2 頂梢枯死的香樟

圖3 法桐的樹洞

圖4 主干損傷的櫻花

2.3 土壤理化性質與行道樹健康的相關性

2.3.1 土壤物理性質與行道樹健康的相關性

土壤物理性質與行道樹健康狀況相關性分析見表5，行道樹健康與土壤容重、砂粒含量存在極顯著負相關，與土壤含水量、總孔隙度及黏粒、粉粒含量存在極顯著正相關。土壤含水量與行道樹健康的相關性最緊密，其次是總孔隙度與黏粒含量。含水量影響土壤中的各種物理、化學及生化過程，對養分循環、植株生長、微生物活性等均產生重要影響。同樣，土壤孔隙決定了土壤中物質轉移的形式和速率，孔隙度越大，土壤越疏松，容重越小，樹木健康狀況越好；反之土壤容重越大，土壤越堅實，孔隙體積越小，植物健康狀況越差。土壤黏粒體積小而表面積大，是水分和養分的貯藏庫，一般黏粒含量高而砂粒含量低的土壤持水能力和養分吸持能力都較強[22-23]。

表5 土壤物理性質與行道樹健康狀況相關性分析

2.3.2 土壤化學性質與行道樹健康的相關性分析土壤化學性質與行道樹健康狀況相關性分析見表6，僅有土壤速效鉀含量與行道樹健康存在極顯著正相關(P<0.01)，其他化學性質與行道樹健康相關性不顯著。土壤營養物質如有機質、堿解氮、有效磷與行道樹健康狀況無顯著相關性(P＞0.05)，以上元素在衰弱型行道樹土壤中的含量與亞健康、健康型相比差距較大，且幾個指標的變異性較大，因此對行道樹健康評價的影響不大。部分土壤化學指標在調查區域內差別不大，變異系數較低，如pH值、電導率、有效鈣、有效鎂含量等，對行道樹健康的影響相對于其他指標較小，但土壤pH值與有機質、堿基氮、有效磷含量均呈極顯著負相關，與有效鈣含量呈顯著正相關。

表6 土壤化學性質與行道樹健康狀況相關性分析

圖5 壓實造成根系損傷

圖6 行道樹病蟲害

圖7 香樟的枯枝

圖8 主干腐爛的法桐

3 討論與結論

3.1 行道樹健康評價因子及健康狀況分析

行道樹健康綜合評價各指標權重和平均得分均表明樹木長勢、病蟲害、根系腐爛等是限制上海市行道樹健康生長的重要指標。其中，樹木長勢是多個指標的綜合反映。除種植間距不合理，與高空架線、臨街建筑的距離過近，或遭受冰雪災害等導致長勢不佳、樹冠折枝外[24]，大多數長勢不好的行道樹都存在土壤問題[25]。土壤理化性質惡化是行道樹病害發生的主要原因，如很多香樟都存在黃化現象，多由于土壤pH值過高、土層板結或水泥、石塊等雜質較多引起[26]。根系腐爛主要是由土壤營養物質過少或板結嚴重、水分過濕過干等引起[27]。上海行道樹總體健康指數和平均健康分值均處于中間值偏上，但僅有24.29%處于健康狀態，需要采取措施防止存在健康問題的樹木在外力作用下進一步惡化，引發安全事故[14]。

3.2 土壤理化性質對行道樹健康的影響

土壤容重、含水量、孔隙度和質地構成等代表土壤的透氣性、透水性、保肥性，以及對樹木根系伸展的阻力狀況，與行道樹健康顯著相關，這與王健敏等[27]的研究結果一致。容重大是城市行道樹土壤的共性問題，Reisinger等研究表明，土壤容重達到1.40g/cm3是根系生長的限制值[28]。由于人為活動強烈，大部分行道樹土壤過于緊實，嚴重危害了植物根系的生長發育，形成環繞樹穴坑壁生長的畸形狀況，限制了根系對水分和養分的吸收利用。一般適于植物生長的土壤孔隙度為50%～60%[29]，而上海行道樹土壤孔隙度普遍偏低，導致通氣性變差，氧氣含量減少，阻礙植物根系對養分的吸收。此外，土壤中含有磚塊等粉粒結構，黏粒較少，行道樹抗旱能力弱也會造成樹木生長衰弱。綜合分析，土壤容重大、通氣性能差等物理性質惡化是行道樹長勢不良的主因，馬想等[25]的研究也表明土壤容重和通氣孔隙度均是綠化障礙因子，楊瑞卿等[30]的研究也表明香樟、懸鈴木等行道樹需要通氣良好、水分適中的土壤，因此改善物理性質是提升上海行道樹土壤質量的重點。

上海行道樹土壤pH均值與城市綠地土壤的pH值接近[26]，結合有效鈣含量均值高達3 819mg/kg，說明行道樹土壤以石灰性土壤為主，主要是由于城市建筑堿性材料的大量堆積及灰塵中碳酸鈣的沉降富集所導致[31]，這與蘭州[10]、南京[11]等地的研究結果基本一致。行道樹土壤有機質含量偏低，究其原因與pH值過高和土壤過于緊實導致的有機物分解緩慢、微生物減少有關，此外鋪裝引起的雨水入滲減少也可能會導致有機質缺乏[32]。土壤有機質含量低在一定程度上影響到了土壤氮磷含量，也與蘭州[10]、南京[11]等地的研究結果一致，大部分行道樹土壤堿解氮處于較低水平，土壤供氮能力不足。土壤有效磷含量也相對較低，但健康型和亞健康型的行道樹土壤磷含量高于其他城市綠地，可能是由于含磷廢水和垃圾的混入[11]。有效鉀含量直接影響植物對土壤養分的利用程度，可增強行道樹的抗旱、抗鹽堿、抗病蟲害能力，缺鉀會造成植物腐爛、倒伏等現象發生。因此有效鉀含量與行道樹健康關聯性較大，研究結果也表明，不同健康類型行道樹土壤有效鉀含量差異顯著，其含量與行道樹健康呈極顯著正相關，是影響上海行道樹健康的關鍵性因子[33]。

3.3 土壤對行道樹健康和安全的重要意義

行道樹可能因為健康問題造成樹木斷裂或倒塌，從而造成安全風險，因此開展樹木健康評估可以預先防范，以降低樹木傾倒的風險。行道樹極易出現根系腐爛和食根性蟲害等安全問題，出現的集中點主要是在樹木根部，而土壤環境條件是影響樹木根系生長的主要因素[14-15]。上海行道樹大多數種植穴淺或小，內部多有建筑垃圾，且壓實嚴重，致使行道樹生長勢逐漸減弱，抵抗不良環境的能力減退，遇到病蟲害或臺風等不利天氣時，易使行道樹倒伏或死亡。本研究以平均值進行樹木健康等級評判，并分析土壤性質對行道樹健康的影響，具有一定的主觀性，后續還需要進一步開展香樟、懸鈴木等主要行道樹生長勢與土壤關系的分析。此外，行道樹健康除受土壤影響外，還受人為、自然干擾因子的復合影響，只有綜合考慮各種影響因素及程度，才能真實反映行道樹的實際健康狀況。

注：文中圖片均由作者拍攝。