人工湖沿岸帶綠地土壤質量特征研究
——以上海滴水湖沿岸帶為例

伍海兵

梁 晶

蔡永立

何小麗

隨著中國對城市生態環境質量要求的提高，城市綠化得到了快速發展，同時，城市綠化需求的快速增加與城市土地資源緊缺間的矛盾也日益突出，尤其是在沿海發達城市，一方面城市土地資源面積狹小，可用于綠地建設的土地越來越少；另一方面由于城市在建設過程中，各種人為活動干擾因素對土壤質量的影響較大，土壤空間變異復雜，而且在其特殊的地理及氣候環境背景干擾下的土壤，與自然土壤和農業土壤相比，既繼承了自然土壤的某些特性，又有其獨特的成土環境與過程，表現特殊的土壤特性，如具有高鹽堿、低養分、高礦化度地下水侵蝕等缺陷[1-2]，不利用于植物生長。滴水湖是在上海市臨港新城圍墾灘地上人工開挖而成的人工湖泊，承擔著臨港新城防汛排澇、置換水體和塑造城市景觀生態的功能和作用，其沿岸帶綠地扮演著污染物凈化、養分截留、涵養水源、景觀提升等生態功能[3-4]，土壤作為綠地的基礎，沿岸帶綠地土壤質量直接制約著滴水湖各功能的發揮。關于沿海城市土壤質量的研究較多[5-7]，但有關沿海地區人工湖沿岸帶這種受地理環境及人為干擾眾多因素影響的綠地土壤研究鮮有報道。為此，本研究以滴水湖沿岸帶綠地土壤為研究對象，分析沿岸帶綠地土壤質量特征及空間分布變異規律，以期為沿岸帶綠地建設和管理提供科學基礎和理論依據。

1 研究區域與方法

1.1 研究區域概況

滴水湖位于東海之濱的上海臨港新城，總面積5.6km2，屬于亞熱帶季風氣候，春夏多雨濕潤，秋冬少雨干燥，最高氣溫在8月，最低氣溫在1月，年均氣溫15.7℃，年均降雨量為1 111mm，全年總日照為2 100h左右，月均蒸發量92mm。自20世紀起，為使岸灘淤長，臨港新城修建了人民塘、解放塘、八五塘、九四塘、2002海堤等堤塘[8]，滴水湖則位于2002海堤和九四塘之間。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集和處理

本研究主要以滴水湖西側已建綠地為研究對象，其他區域沿岸帶主要以規劃綠地和正在建設綠地為主，于2018年8—10月進行采樣，共設置了59個樣點，分3層采樣，分別采集表層(0～20cm)、中層(20～40cm)和深層(40～80cm)，共177個土壤樣品。此外，選取了滴水湖西側3個典型裸地土壤(CK1)和中心城區7個綠地土壤(CK2)為對照，中心城區綠地植物與滴水湖沿岸帶綠地類似，以探討植被、地理環境對滴水湖沿岸帶綠地土壤質量的影響。采樣點分布見圖1。

圖1 土壤采樣點分布

1.2.2 測定方法

土壤pH值采用電位法；土壤EC值采用電導率法；土壤有機質采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法；土壤全鹽量采用質量法；土壤容重、飽和持水量、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；土壤顆粒組成采用密度計法。各指標的具體分析方法均參照《森林土壤分析方法》[9]。

1.2.3 數據分析

利用Excel 2007和SPSS 22.0軟件對數據進行統計分析，采用單因素方差分析(One-Way ANOVA)和LSD法進行方差分析和多重比較(α=0.05)，利用Excel 2007軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 滴水湖沿岸帶綠地土壤理化性質概況

2.1.1 土壤化學性質

滴水湖沿岸帶綠地土壤化學性質如表1所示，其中土壤pH值變化范圍為8.00～9.57，均值為8.90，土壤堿性較強，土壤pH值變異程度小，變異系數僅為0.03，這與土壤酸堿性本身較穩定有關。滴水湖沿岸帶綠地土壤中有高達89.4%的土壤為強堿性(＞8.5)，8.9%的土壤為極強堿性(＞9.5)。

土壤EC值變化范圍為0.03～0.62mS/cm，均值僅為0.11mS/cm(表1)，滴水湖沿岸帶綠地土壤EC含量較低，間接反映土壤中的養分含量偏低；土壤EC值變異程度較高，變異系數高達0.93，故滴水湖沿岸帶不同綠地土壤EC值差別較大。

土壤有機質變化范圍為2.57～38.30g/kg，均值僅為9.04g/kg(表1)，滴水湖沿岸帶綠地土壤有機質含量較低，土壤有機質缺乏直接阻礙土壤物理、化學及生物功能的發揮[10]，從而易引起土壤質量的退化。土壤有機質變異程度高，變異系數高達0.57，故滴水湖沿岸帶不同綠地土壤有機質含量差別較大。

土壤全鹽量變化范圍為0.23～0.97g/kg，均值為0.45g/kg(表1)，滴水湖沿岸帶綠地土壤全鹽量含量低，為非鹽化土，由此可見，滴水湖沿岸帶雖臨近東海，但其綠地土壤為非鹽化土壤，這與一般濱海城市土壤鹽分含量較高有所差別[11]。土壤全鹽量變異程度較高，變異系數為0.40，故滴水湖沿岸帶不同綠地土壤全鹽量差別較大。

表1 綠地土壤基本化學性質

2.1.2 土壤物理性質

滴水湖沿岸帶綠地土壤容重變化范圍為1.14～1.65g/cm3(表2)，均值為1.44g/cm3，土壤容重偏大，說明滴水湖沿岸帶土壤緊實。土壤容重變異程度較小，變異系數僅為0.07，故不同綠地土壤容重差異較小，土壤容重偏大是滴水湖沿岸帶綠地土壤普遍存在的障礙因子之一。

土壤非毛管孔隙度變化范圍為0.22%～7.46%(表2)，均值僅為3.13%，土壤非毛管孔隙度較低，土壤非毛管孔隙度偏低在城市綠地土壤中普遍存在[12]；土壤總孔隙度變化范圍為39.14%～57.85%，均值為46.59%，土壤總孔隙度相對偏低。滴水湖沿岸帶綠地土壤總孔隙變異程度小，變異系數僅為0.08，而土壤非毛管孔隙度變異程度較大，變異系數為0.45，故滴水湖沿岸帶各綠地土壤非毛管孔隙度差別較大。

土壤含水率變化范圍為9.10%～45.53%(表2)，均值為21.05%，變異系數為0.30，變異程度較高，這主要是由于綠地土壤含水率受灌溉和降雨影響較大；土壤飽和持水量為240.32～493.81g/kg，均值僅為326.49g/kg，土壤飽和持水量較低，土壤田間持水量變化范圍為225.32～468.68g/kg，均值僅為299.30g/kg；滴水湖沿岸帶綠地土壤飽和持水量和土壤田間持水量變異系數均為0.15，變異程度一般，故滴水湖沿岸帶各綠地土壤持水能力差別相對較小。

表2 綠地土壤基本物理性質

土壤粉砂粒含量較大，變化范圍為31.64%～80.02%(表2)，均值為59.17%，其次是黏粒含量，砂粒含量相對最小，均值為16.37%。不同綠地土壤顆粒組成變異程度較大，尤其是土壤砂粒變異程度最大，變異系數高達1.08，而粉砂粒變異程度相對最小，為0.20。土壤質地類型有壤土、粉(砂)壤土、粉(砂)質黏壤土和砂質壤土4種類型，而以粉(砂)壤土和粉(砂)質黏壤土為主，所占比例分別為55.5%和27.8%。

2.2 滴水湖沿岸帶綠地不同深度土壤理化性質

2.2.1 不同深度土壤化學性質

不同深度土壤化學性質存在一定差異性(表3)，其中表層土壤pH值最小，而深層和中層土壤pH較大，且深層和中層土壤均顯著高于表層土壤(p＜0.05)。土壤EC值和全鹽量隨著土層深度的增加而增加，深層土壤EC值(0.14mS/cm)顯著高于表層和中層土壤(p＜0.05)；深層土壤全鹽量(0.58g/kg)顯著高于表層土壤(p＜0.05)，而表層與中層土壤全鹽量差異不明顯(p＞0.05)。表層土壤有機質含量最高(12.24g/kg)，且顯著高于中層和深層土壤(p＜0.05)。

表3 不同土層土壤化學性質差異性

2.2.2 不同深度土壤物理性質

不同深度土壤物理性質存在一定差異性(表4)，其中表層土壤容重最小，為1.42g/cm3，隨著土層深度增加，土壤容重有增加趨勢，且表層土壤容重顯著低于中層和深層土壤(p＜0.05)，這與林地土壤容重變化規律類似[13]，而一般在無人為干擾時，表層土壤容重遠低于下層，隨干擾強度的增加，上下層之間土壤容重趨于接近[14]。

隨著土層深度增加，含水率逐漸增加(表4)，且表層土壤含水率顯著低于中層和深層土壤(p＜0.05)，這與段民福等研究林地土壤含水率的空間變異規律一致[15]。不同土層的土壤飽和持水量、田間持水量變化規律類似，隨著深度增加均先降低，后增加，不同土層土壤飽和持水量和田間持水量均差異不明顯(p＞0.05)。

不同土層的土壤非毛管孔隙度差異明顯(表4)，其中土壤表層非毛管孔隙度最大，且隨著土層深度的增加而降低，尤其是深層土壤非毛管孔隙度顯著低于表層土壤(p＜0.05)，這與林義輝等研究森林土壤結果相似[16]。不同土層總孔隙度差異不明顯(p＞0.05)，但表層土壤總孔隙度相對最大，高于中層和深層土壤，這與曾峰等研究林地土壤結果一致[17]。

不同土層的土壤顆粒組成無明顯差異(表4)，表層土壤的黏粒和粉砂粒含量相對低于中層和深層土壤，而砂粒含量高于其他土層，但均無顯著差異(p＞0.05)。

表4 不同土層土壤物理性質差異性

2.3 不同區域綠地土壤理化性質差異性

2.3.1 不同區域綠地土壤化學性質

不同區域綠地土壤pH值存在顯著差異性(圖2)，其中沿岸帶裸地土壤pH值最大(9.40±0.10)，顯著高于沿岸帶綠地土壤(p＜0.05)，可見，植被可有效降低土壤pH值；沿岸帶綠地土壤pH值顯著高于上海中心城區綠地(p＜0.05)。

圖2 不同區域土壤pH值差異性

沿岸帶裸地土壤EC值最高，為(0.25±0.19)mS/cm，顯著高于沿岸帶綠地和中心城區綠地(p＜0.05)，而沿岸帶綠地和中心城區綠地土壤EC值差異不明顯(圖3)。

圖3 不同區域土壤EC值差異性

不同區域綠地土壤全鹽量存在顯著差異性(圖4)，其中沿岸帶裸地土壤全鹽量最高，為(0.89±0.43)g/kg，顯著高于沿岸帶綠地和中心城區綠地(p＜0.05)。

圖4 不同區域土壤全鹽量差異性

中心城區綠地土壤有機質含量最高，為(27.24±10.24)g/kg，而沿岸帶裸地土壤有機質含量最低，為(4.55±1.83)g/kg(圖5)。且沿岸帶裸地土壤有機質含量顯著低于沿岸帶綠地(p＜0.05)，這說明植被對提升土壤有機質具有促進作用。沿岸帶綠地土壤有機質含量顯著低于中心城區綠地土壤(p＜0.05)。

圖5 不同區域土壤有機質差異性

2.3.2 不同區域綠地土壤物理性質

沿岸帶裸地土壤容重最大，為(1.55±0.03)g/cm3，其次為沿岸帶綠地土壤，中心城區綠地土壤容重最小，為(1.28±0.09)g/cm3，且中心城區綠地顯著低于沿岸帶綠地和沿岸帶裸地(p＜0.05)(圖6)。

圖6 不同區域土壤容重差異性

中心城區綠地土壤飽和持水量和田間持水量均最大，其次為沿岸帶綠地土壤，而沿岸帶裸地土壤最小，且中心城區綠地土壤飽和持水量和田間持水量均顯著高于沿岸帶綠地和沿岸帶裸地(p＜0.05)(圖7)。

圖7 不同區域土壤持水量差異性

中心城區綠地土壤非毛管孔隙度和總孔隙度均最大，其次是沿岸帶綠地土壤，而沿岸帶裸地土壤最小。不同綠地土壤非毛管孔隙度差異不明顯(p＞0.05)，而土壤總孔隙度差異明顯，其中沿岸帶綠地和沿岸帶裸地顯著低于中心城區綠地(p＜0.05)(圖8)。

圖8 不同區域土壤孔隙差異性

中心城區綠地土壤黏粒含量顯著高于沿岸帶綠地和沿岸帶裸地(p＜0.05)，而沿岸帶綠地土壤黏粒含量顯著高于沿岸帶裸地；沿岸帶綠地土壤粉砂粒含量顯著高于沿岸帶裸地(p＜0.05)，但與中心城區綠地差異不明顯；沿岸帶裸地土壤砂粒顯著高于沿岸帶綠地和中心城區綠地，而沿岸帶綠地土壤砂粒含量高于中心城區綠地，但差異不明顯(p＞0.05)(圖9)。

圖9 不同區域土壤顆粒組成差異性

3 討論

滴水湖沿岸帶綠地土壤理化性質相對較差，主要表現在土壤pH值偏高，而大多數用于綠地建設的植物適宜的土壤pH值一般為中性或微酸性，因此，土壤偏堿是滴水湖沿岸帶綠地土壤質量的主要障礙因子之一，這也是沿海城市綠地土壤普遍存在的問題。土壤EC值含量偏低，說明滴水湖沿岸帶可溶性養分偏低，不利用植物生長。土壤有機質含量低，不利于土壤團粒結構的形成，從而加劇土壤質量的退化。土壤全鹽量相對天津、廈門等沿海城市偏低[18-19]，這可能由于滴水湖沿岸帶在綠地建設過程中土壤主要是客土，且施工過程中大部分綠地設置了隔鹽層，減緩了地下水對土壤的侵蝕。土壤容重偏大，土壤壓實嚴重，研究表明，當容重超過1.4g/cm3，則嚴重阻礙根系生長發育[20]，容重偏大在城市綠地土壤普遍存在，這也是城市綠地土壤物理性質退化的主要因素之一[21]。土壤通氣性較差，非毛管孔隙度和總孔隙度均較低，一般適于植物正常生長的土壤總孔隙高于50%[22]，而滴水湖沿岸帶有高達83.9%的綠地土壤總孔隙度低于50%，這主要是由于滴水湖沿岸帶土壤板結，降低了土壤孔隙含量。土壤飽和持水量和田間持水量相對較低，與一般林地土壤飽和持水量高達651～900g/kg和田間持水量高達519～768g/kg相差較大[23]，滴水湖沿岸帶綠地土壤的蓄水和持水能力相對較弱，主要是由于土壤中孔隙含量較低，阻礙了土壤水分的蓄積和存儲。土壤砂粒含量相對較高，而黏粒含量偏低，與上海中心城區綠地土壤砂粒含量僅為5.0%和黏粒含量為35.4%相差較大[12]。

滴水湖沿岸帶綠地不同深度土壤理化性質存在差異性，表層土壤理化性質明顯優于深層土壤，主要體現在表層土壤pH值、EC值、全鹽量顯著低于深層土壤(p＜0.05)，一方面可能是由于降雨和灌溉水對表層土壤的淋洗，另一方面可能是由于滴水湖沿岸帶地下水位較高，深層土壤較表層土壤更易受地下水中鹽分的侵蝕。表層土壤容重顯著低于深層土壤(p＜0.05)，而土壤有機質、非毛管孔隙度顯著高于深層土壤(p＜0.05)，這主要是由于綠地土壤表層植物根系相對較多，根系對土壤的穿插等機械作用使土體疏松并產生縫隙[24]，形成大孔隙，從而降低了土壤容重和增加了土壤非毛管孔隙度，而且表層植物凋落物較豐富和土壤生物活動較頻繁，其分解增加了土壤有機質，隨著土層的加深，且下層生物活動少，從而使有機質含量逐漸降低，這與梁晶等研究上海植物園的土壤肥力特性結果一致[25]。

滴水湖沿岸帶綠地土壤質量明顯優于沿岸帶裸地土壤，主要體現在滴水湖沿岸帶綠地土壤pH值、EC值、全鹽量、容重和砂粒均顯著低于裸地土壤(p＜0.05)；土壤黏粒、粉砂粒、有機質均顯著高于裸地土壤(p＜0.05)，這主要是由于植物及其凋落物覆蓋一方面降低了土壤水分的蒸發，也降低了地下水中的鹽分通過蒸騰作用經過土壤毛管孔隙遷移而被截留在土壤中，從而降低土壤pH值、EC值及全鹽量，并且植物通過自身的新陳代謝對土壤的改良具有促進作用，如根系的生長和穿插可疏松土壤，降低土壤容重，提高土壤孔隙，并且植物凋落物的分解增加土壤有機質，促進土壤團粒結構的形成[26]，從而改善了土壤質量。滴水湖沿岸帶綠地土壤質量與上海中心城區綠地相比較差，主要體現在滴水湖沿岸帶綠地土壤容重、pH值、全鹽量均顯著高于中心城區綠地土壤(p＜0.05)，而土壤飽和持水量、田間持水量、總孔隙度、黏粒、有機質均顯著低于中心城區綠地土壤(p＜0.05)，這主要是由于滴水湖位于長江與杭州灣交匯處，東臨大海，長期受臺風、風暴潮等影響程度遠高于中心城區，從而受海風、海水帶有的鹽分對土壤的毒害明顯高于中心城區，且滴水湖沿岸帶地下水位整體偏高，雖然在一些綠地建設過程中設置隔鹽層，但沿岸帶綠地土壤也會不同程度受地下水侵蝕而導致土壤各理化的退化。

4 結論

滴水湖沿岸帶綠地土壤pH值較大，EC值和有機質含量較低，土壤容重較大，土壤孔隙含量和持水量較低，土壤以粉(砂)壤土和粉(砂)質黏壤土為主。滴水湖沿岸帶綠地不同深度土壤理化性質存在一定差異性，表層土壤pH值、EC值、全鹽量、容重、含水率顯著低于深層土壤(p＜0.05)，表層土壤有機質、非毛管孔隙度顯著高于深層土壤(p＜0.05)，而土壤飽和持水量、田間持水量以及土壤顆粒組成差異不明顯。滴水湖沿岸帶綠地土壤質量明顯優于裸地土壤，土壤容重、砂粒、pH值、EC值、全鹽量均顯著低于裸地土壤(p＜0.05)，而土壤黏粒、粉砂粒、有機質均顯著高于裸地土壤(p＜0.05)，其他指標差異不明顯，由此可見，植被對土壤質量的改善作用較為明顯。滴水湖沿岸帶綠地土壤質量與上海中心城區綠地相比較差，土壤容重、pH值、全鹽量均顯著高于中心城區綠地土壤(p＜0.05)，而土壤飽和持水量、田間持水量、總孔隙度、黏粒、有機質均顯著低于中心城區綠地土壤(p＜0.05)，由此可見，沿岸帶綠地土壤易受沿海地理環境影響而導致土壤質量退化。

注：文中圖片均由作者繪制。