上海市奉賢區(qū)綠地土壤肥力質(zhì)量綜合評價

張磊

(上海奉賢園林綠化工程有限公司，上海 201499)

城市綠地是指用以栽植樹木、花草和布置的配套設(shè)施，基本上由綠色植物所覆蓋，并賦以一定的功能與用途的場地[1]。城市綠地發(fā)揮著提升景觀效益，凈化空氣污染，緩解城市熱島效應(yīng)，豐富生物多樣性等功能[2]，也直接影響城市地表徑流、城市洪澇和雨洪利用效果[3-4]，是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對維持良好的城市生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展具有重要作用[5]。土壤作為綠地的主體部分，其肥力特征直接影響到城市綠地各種功能的正常實現(xiàn)[6]。在城市化背景下，綠地土壤很大程度上體現(xiàn)出了城市土壤的一般特征，例如具有高度時空變異性，土壤結(jié)構(gòu)和剖面發(fā)育層次混亂，人為附加物增多，土壤緊實變性、通透性差，養(yǎng)分循環(huán)和土壤生物活性受擾動以及高度的污染特征等[7]。城市綠地土壤普遍出現(xiàn)的理化性質(zhì)退化會直接影響城市綠地植物的長勢[8-9]。隨著城市化進(jìn)程的加速發(fā)展以及居民生活水平和環(huán)境意識的不斷提升，城市綠地質(zhì)量越來越引人關(guān)注，有關(guān)城市綠地土壤質(zhì)量的研究越來越受到重視[10-11]。提高城市綠地質(zhì)量已成為改善城市生態(tài)環(huán)境最重要的途徑之一，而對綠地土壤的利用、管理和改良則被認(rèn)為是關(guān)系城市綠地建設(shè)成功與否的關(guān)鍵問題[12]。目前，我國一些城市，如深圳、廣州、重慶等均開展過城市綠地土壤肥力特征的研究[13-15]，主要通過土壤有機(jī)質(zhì)及大量元素等指標(biāo)來進(jìn)行綜合評價研究[16]，缺乏對土壤中微量元素指標(biāo)的研究。上海作為國際化大都市和我國的園林城市，建成區(qū)的綠化覆蓋率達(dá)39.7%，而奉賢區(qū)作為上海市的五大新城之一，其城市綠地的質(zhì)量對奉賢區(qū)的生態(tài)景觀和生態(tài)環(huán)境起重要作用。為此，本研究以上海市奉賢區(qū)典型公園和道路綠地土壤為研究對象，對其土壤理化性質(zhì)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查和分析，分析綠地土壤肥力因子特征，并對土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行綜合評價，以期為上海市奉賢區(qū)綠地土壤質(zhì)量提升和綠地土壤質(zhì)量管理提供技術(shù)支撐，提高奉賢區(qū)綠地生態(tài)功能的發(fā)揮，為提升城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提供技術(shù)保障。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

上海市奉賢區(qū)位于長江三角洲東南端，地處上海市南部，南臨杭州灣，北枕黃浦江，與閔行區(qū)隔江相望，東與浦東新區(qū)接壤，西與金山區(qū)、松江區(qū)相鄰，區(qū)域面積為687.39 km2。區(qū)內(nèi)年均氣溫為17.3 ℃，年降水量為1 451.1 mm[17]。截至2019年，奉賢區(qū)域內(nèi)綠地面積14 556.42 hm2，其中，公園綠地708.00 hm2[18]。

1.2 土壤樣品采集與分析

1.2.1 樣品采集

以上海市奉賢區(qū)主要城市道路綠地和公園綠地為研究對象，布設(shè)22個綠地樣點(圖1)，其中，公園綠地設(shè)16個樣點，道路綠地設(shè)6個樣點。每個樣點隨機(jī)選取3個5 m×5 m樣地，樣地間隔保持在20 m以上。每個樣地內(nèi)按照“S”形取樣法采集0～30 cm表層土壤，土壤樣品均勻混合。土壤樣品于室內(nèi)自然風(fēng)干后，剔除石礫和植物根系等，研磨并過孔徑2 和0.149 mm篩后，裝入密封袋后待用。

圖1 奉賢區(qū)綠地土壤采樣點的分布

1.2.2 樣品測定分析

取部分風(fēng)干磨細(xì)的土壤樣品進(jìn)行土壤化學(xué)性質(zhì)測定。土壤pH、電導(dǎo)率(EC)分別采用電位法和電導(dǎo)法進(jìn)行測定，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-外加熱法測定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定，有效磷采用鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用1 mol·L-1乙酸銨浸提法測定[19]。有效鈣、有效鎂、有效硫采用碳酸氫銨-二乙三胺五乙酸(AB-DTPA)浸提-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定。

1.3 土壤肥力單項指標(biāo)評價

參照第二次全國土壤普查及上海市《綠化種植土壤》(CJ/T 340—2016)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[20-21]要求對奉賢區(qū)綠地土壤pH、EC、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、有效鈣、有效鎂和有效硫9項指標(biāo)進(jìn)行分級評價[22]。

1.4 土壤綜合肥力評價

采用模糊評價法[23]對上海市公園綠地土壤綜合肥力進(jìn)行評價。參照文獻(xiàn)中的方法[20]建立拋物線型(式1)和S型(式2)隸屬度函數(shù)對各肥力指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理以消除量綱差異，選擇土壤pH、EC、有機(jī)質(zhì)，有效態(tài)氮、磷、鉀，以及有效態(tài)鈣、鎂、硫作為評價指標(biāo)。

pH、EC屬于拋物線型隸屬度函數(shù)：

(1)

其余指標(biāo)屬于S型隸屬度函數(shù)：

(2)

式中，f(x)為土壤各肥力指標(biāo)的隸屬度值，x1、x2、x3、x4分別為隸屬函數(shù)的各個拐點，拐點的取值參照標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求并結(jié)合上海市綠地土壤肥力特征確定(表1)。

表1 各隸屬度函數(shù)的拐點值

使用主成分分析法計算出各評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，按照模糊數(shù)學(xué)中加乘法原理，將土壤各肥力指標(biāo)的隸屬度值與權(quán)重系數(shù)相乘，加和后即為土壤綜合肥力評價指數(shù)。

IFI=∑(fiwi)。

(3)

式中，IFI為土壤綜合肥力評價指數(shù)，fi為第i個評價指標(biāo)的隸屬值，wi為第i個評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。隸屬值和IFI的取值范圍均為0.1～1.0，值越高表示土壤肥力越好。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016整理數(shù)據(jù)，并運用SAS 9.2對土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行主成分分析和Pearson相關(guān)性分析，采樣點分布圖使用ArcGIS10.2軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 單項指標(biāo)評價

土壤pH直接關(guān)系到土壤養(yǎng)分的存在形態(tài)和有效性，一般情況下，土壤pH為中性時比較適宜植物生長[24]。奉賢區(qū)綠地土壤pH為6.12～7.69，平均值為7.06，變異系數(shù)為8.01%(表2)。對比pH分級標(biāo)準(zhǔn)，土壤整體呈中性(45.45%)，酸性和堿性土壤各占27.27%(圖2)。本研究結(jié)果與上海市公園綠地土壤多數(shù)呈堿性的特點有差別，這是由于上海市為長江沖積平原，碳酸鈣沉積明顯，而奉賢區(qū)處于上海的中南部，離海邊有一定的距離，且與城市綠地養(yǎng)護(hù)中注重采用中性或者酸性改良材料有關(guān)。

表2 奉賢區(qū)綠地土壤的化學(xué)指標(biāo)

圖2 奉賢區(qū)綠地土壤肥力指標(biāo)的分布頻率

土壤EC反映了一定水分條件下土壤鹽分的實際狀況，影響到土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化、存在狀態(tài)及有效性，是限制植物和微生物活性的閾值[25]。奉賢區(qū)綠地土壤EC在0.28～0.86 mS·cm-1，平均值為0.44 mS·cm-1，變異系數(shù)為31.65%，為中等變異強(qiáng)度。從EC的分級頻率來看，奉賢區(qū)綠地土壤EC主要集中在>0.35～1.00 mS·cm-1，約27.27%的EC值在>0.12～0.35 mS·cm-1。研究[26]表明，當(dāng)土壤EC為0.35～1.00 mS·cm-1時，有利于植物生長；而土壤EC>1.20 mS·cm-1時，對植物生長存在鹽害威脅；土壤EC<0.35 mS·cm-1則表明土壤中可交換性離子含量較低，影響植物養(yǎng)分的供應(yīng)。可見奉賢區(qū)綠地土壤可交換離子含量處于較好水平。

土壤有機(jī)質(zhì)中含有植物所需的各種養(yǎng)分，可以直接或者間接為植株提供氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫和微量元素[27]。奉賢區(qū)綠地土壤有機(jī)質(zhì)含量為7.00～50.00 g·kg-1，平均值為22.68 g·kg-1，變異系數(shù)為54.46%，為中強(qiáng)度變異。土壤有機(jī)質(zhì)主要分布在>10～20和>20～30 g·kg-1，均占31.82%，>40 g·kg-1的土壤僅占9.09%。根據(jù)第二次全國土壤普查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，奉賢區(qū)綠地土壤有機(jī)質(zhì)含量基本滿足植物正常生長。

土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別為22.00～205.00、2.20～51.70和96.00～208.00 mg·kg-1，平均值分別為68.23、12.34和151.45 mg·kg-1，均表現(xiàn)為中等變異。其中，有效磷的變異系數(shù)最高，為97.81%。堿解氮主要分布在>30～60和>60～90 mg·kg-1，分別占50.00%和22.73%。有效磷主要分布在>3～5和>5～10 mg·kg-1，均占27.27%。速效鉀主要分布在>100～150 mg·kg-1，約占45.45%，>150～200和>200 mg·kg-1均占22.73%。根據(jù)第二次全國土壤普查肥力分級標(biāo)準(zhǔn)，奉賢區(qū)綠地土壤堿解氮和有效磷含量偏低，速效鉀含量豐富，可以滿足植物正常生長。

土壤中量元素是植物生長不可或缺的營養(yǎng)元素[28]。奉賢區(qū)綠地土壤中有效鈣、有效鎂和有效硫含量分別在277.00～340.00、56.00～250.00和6.70～20.70 mg·kg-1，平均值分別為310.14、130.53和10.59 mg·kg-1，3個指標(biāo)的變異系數(shù)分別為5.56%、36.58%和40.66%，分別屬于弱變異、中度變異和中度變異。根據(jù)全國第二次土壤普查的分級標(biāo)準(zhǔn)，奉賢區(qū)綠地所有采樣點的有效鈣都處于較低水平，72.73%的樣點有效鎂含量處于中等及以上水平，81.82%樣點的有效硫含量處于較低水平。

2.2 綜合評價

奉賢區(qū)綠地土壤IFI在0.42～0.94，平均值為0.65。將IFI劃分為3個等級，分別為較好(IFI<0.7)、中等(IFI=0.4～0.7)、較差(IFI<0.4)[29]，表明奉賢區(qū)綠地土壤綜合肥力平均處于中等水平，其中處于較好水平的占31.82%，處于中等水平的占68.18%。奉賢區(qū)道路綠地的IFI平均為0.573，顯著(P<0.05)低于公園綠地的IFI=0.675。結(jié)合單因子評價和綜合評價分析，堿解氮、有效鈣、有效鎂和有效硫在一定程度上限制了奉賢區(qū)綠地的土壤肥力。

2.3 相關(guān)性分析

通過對奉賢區(qū)綠地土壤9個化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析(表3)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)質(zhì)與堿解氮和速效鉀呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)，與有效磷和有效硫呈顯著正相關(guān)，這與吳家森等[30]對浙江省杭州市臨安區(qū)山核桃產(chǎn)區(qū)林地土壤的研究結(jié)果相一致。這是由于有機(jī)質(zhì)能改善土壤結(jié)構(gòu)和其他物理性狀，是土壤微生物生長所必需的碳源和能源，直接影響土壤養(yǎng)分供應(yīng)。有效磷與速效鉀呈顯著正相關(guān)，有效鈣與有效鎂呈顯著負(fù)相關(guān)。

表3 奉賢區(qū)綠地土壤化學(xué)指標(biāo)間的相關(guān)性

3 小結(jié)與討論

城市綠地土壤由于受到人為活動影響較強(qiáng)烈，其形成和性質(zhì)與所處自然環(huán)境沒有必然的聯(lián)系，與自然土壤不同，城市綠地土壤一般表現(xiàn)出土層不規(guī)律、結(jié)構(gòu)差、土壤偏堿、養(yǎng)分匱乏等特性[31]。本研究通過對上海市奉賢區(qū)綠地土壤肥力單因子分析、土壤肥力綜合評價以及相關(guān)性分析，對奉賢區(qū)綠地土壤養(yǎng)分豐缺狀況進(jìn)行了評價。結(jié)果表明：1)奉賢區(qū)綠地土壤主要呈中性，這與國內(nèi)部分大中城市綠地土壤pH較高有所差異[32]。土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀、有效鎂等養(yǎng)分含量整體充足，而土壤堿解氮、有效鈣、有效磷和有效硫含量偏低，超出一半?yún)^(qū)域的綠地土壤堿解氮、有效鈣、有效磷和有效硫含量不足，不能滿足綠地植物正常生長需求。土壤堿解氮和有效磷的變異系數(shù)較大，不同區(qū)域綠地空間變異較大。2)奉賢區(qū)綠地土壤綜合肥力為中等水平，公園綠地的土壤肥力質(zhì)量顯著優(yōu)于道路綠地，這可能是由于不同綠地類型土壤養(yǎng)護(hù)管理不同，如道路綠地中枯枝落葉的清掃導(dǎo)致肥力成分流失，道路綠地較公園綠地土壤日常養(yǎng)護(hù)管理不足。土壤堿解氮、有效鈣、有效鎂和有效硫是奉賢區(qū)綠地土壤肥力的主要障礙因子。3)有機(jī)質(zhì)與堿解氮和速效鉀呈極顯著正相關(guān)，而與有效磷和有效硫呈顯著正相關(guān)。有效磷與速效鉀呈顯著正相關(guān)，有效鈣與有效鎂呈顯著負(fù)相關(guān)。

從本次對上海奉賢區(qū)綠地土壤肥力特性的分析結(jié)果來看，若要改善奉賢區(qū)綠化景觀效果，還需改善植物健康生長所需的土壤環(huán)境。加強(qiáng)奉賢區(qū)綠地土壤的日常養(yǎng)護(hù)和管理，根據(jù)土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)為施肥提供參考依據(jù)，有針對性地進(jìn)行科學(xué)配方施肥，增施有機(jī)肥、合理施用氮磷肥、適當(dāng)補(bǔ)充中量元素肥料是改善奉賢區(qū)綠地土壤肥力質(zhì)量的有效措施。加強(qiáng)綠地土壤的表土翻耕，合理灌溉和排水，部分綠地可增加護(hù)欄或隔離帶，防止人為嚴(yán)重踐踏、破壞土壤結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致土壤質(zhì)量退化。