城市綠地土壤質量是城市園林綠地規劃的基礎,土壤條件是園林植物類型選擇及綠地面積規劃的重要依據( 盧瑛等,2002) .隨著城市綠地建設速度加快和規模的不斷擴大,在進行面積較大的園林綠化工程施工時常常遇到復雜的施工環境,尤其是在城市環境條件下土壤類型復雜,土壤性狀除了受到自然地理地帶因素的影響以外,還受到人為因素的影響 ( Craul PJ,1999; Stahr K,2003; WorkingGroup WRB,2006) 如農田、工廠空地、學校和醫院用地的土壤性狀均各不相同( 章家思等,1997) .因此,系統掌握城市綠地土壤質量現狀,能指導重慶市的城市綠化工作,做到適地適樹,保證城市綠化質量; 同時,對于已建成綠地而言,本研究不僅可以指導城市綠地土壤的改良和治理,還能為了解當地園林植物生長的限制性因子、研究城市化過程中城市土壤的肥力特征和演變規律提供科學依據。
1 材料與分析方法
1. 1 采樣點確定
于 2012 年 5 ~10 月在重慶市主城區,根據對研究區域的自然環境、土壤類型、土地利用情況及植物生長狀況進行概略調查,在此基礎上確定樣品采集的大致范圍,綜合考慮城市土壤基本特性以及受外界環境因素的影響,在研究區域數字圖上,采用網格與城市綠地類型分類( GJJ/T85,2002) 結合進行布點,最終確定出采樣點共 322 個。具體樣點分布情況見下表。采集的土壤樣品去掉雜質后自然風干,過篩制成 2 mm、1 mm、0. 25 mm 3 種粒徑,以作供試土樣。
1. 2 土壤樣品測定項目及方法
土壤容重采用環刀法( DBJ/T 50-044,2005) ;土壤 pH 值采用電位法( LY/T 1239,1999) ; 含鹽量采用電位法( LY/T 1251,1999) ; 有機質含量采用重鉻酸鉀容量法( LY/T 1237,1999) ; 全氮含量采用半微量凱氏法( LY/T 1228,1999) ; 全磷含量采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法( LY/T 1234,1999) ; 全鉀含量采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法( LY/T 1237,1999) ; 堿解氮含量采用擴散法 ( DBJ / T 50-044,2005) ; 有效磷含量采用碳酸氫鈉提取法 ( LY / T1233,1999) ; 速效鉀含量采用醋酸銨提取法( LY / T1236,1999) ; 碳酸鹽含量采用氣量法 ( NY / T 86,1988) ; 陽離子交換量采用交換法 ( LY / T 1243,1999) .
1. 3 數據處理
數據處理應用 Excel2007、SPSS16. 0 軟件進行統計分析。
2 結果與討論
2. 1 城市綠地土壤質量特征分析
重慶市城市綠地土壤理化性狀測定統計結果見表 2.
2. 1. 1 土壤容重
土壤容重是評價土壤質量不可缺少的指標,可反映土壤松緊程度、通氣透水能力,也可反映人類活動對土壤的壓實作用。質地相同的土壤容重越大的土壤孔隙度越小,土壤蓄水、透水、通氣性能越差。自然土壤平均容重為 1. 35 g/m3,根據美國農業部自然資源保護局土壤質量研究所 1999 年編撰《Soil Quality Test Kit Guide》中指出,對于質地較輕的土壤( 砂土、壤砂土) ,當土壤容重大于 1. 60 g/m3時,將影響植物根系生長,土壤容重大于 1. 8 g/m3嚴重阻礙植物生長。
重慶市城市綠地土壤容重變幅在 0. 96 ~ 1. 74g / m3,平均值為 1. 42 g/m3.《綠化種植土壤》( CJ/T340,2011 ) 中 規 定 綠 地 土 壤 的 容 重 要 大 于1. 35 g / m3,重慶市綠地土壤有 66. 8 % 不符合這一要求,其中還有12. 9 %的土壤容重超過1. 60 g/m3,說明重慶市綠地土壤存在遭受人為踐踏等壓實嚴重的問題,土壤保水和通氣性能差,不利于植物的生長,而且還會影響雨水和灌溉水的入滲及其在土體中的分布。
2. 1. 2 土壤酸堿性、碳酸鹽含量
土壤酸堿性( pH 值) 是土壤肥力的重要指標,它對土壤養分元素的存在形態和對植物的有效性、對土壤中的生物作用過程都有巨大影響。重慶市綠地土壤 pH 值變幅在 4. 5 ~ 8. 8 之間,其中酸性、中性土壤只占 20. 2 %,其余全為石灰性土壤,且占52. 1 % 的 pH 值在 8. 0 以上,研究區域城市綠地土壤趨于石灰化。
大多數園林植物適宜的土壤酸堿性處于微酸性和中性范圍內,因此土壤較高 pH 值是重慶市園林植物生長不良的主要限制因子之一。一方面,堿性土壤容易導致植物 Fe、B、Cu、Mn、Zn 等元素的缺乏,且對桂花、香樟、雪松、杜鵑、山茶等喜酸性土壤的園林植物而言,這樣的土壤條件會降低其種植成活率,嚴重影響其生長; 另一方面,在本次野外調查中發現重慶市綠地土壤中常?;煊写罅拷ㄖ?、石灰、水泥、磚塊等,它們不僅會造成土壤的堿化,也會妨礙植物根系的生長。
南方土壤中碳酸鹽一般是測定 pH≥6. 5 的土壤,其碳酸鹽主要以鈣鹽為主,但當 pH 值大于 8. 5以上,土壤中可能已有碳酸鈉存在,但由于城市綠地土壤中常?;煊痛罅康慕ㄖ?、石灰、水泥等,這時即便是土壤 pH 值大于 8. 5 也很難確定是否有碳酸鹽存在,此時,土壤失去了應有的特性。碳酸鹽最大值為 1. 47 g/kg,最大值為 164. 2 g/kg,平均值為 33. 0 g/kg,過多的碳酸鹽將導致土壤金屬微量元素有效性降低( Fe、Mn、Cu 等) ,參照《園林栽植土壤質量標準》可知,碳酸鹽含量大于 20 g/kg 將嚴重影響植物生長( DBJ/T 50-044,2005) .
本研究區域內城市綠地土壤碳酸鹽含量大于20 g / kg 的土壤占所有樣品的 69. 3 % ,且有極少部分土壤碳酸鹽含量大于 100 g/kg,說明重慶市城市綠地土壤碳酸鹽含量嚴重影響植物生長。根據實驗數據統計,碳酸鹽含量范圍為 1. 17 ~164 g/kg,平均值為 33. 9 g/kg,碳酸鹽含量普遍較高,最小值是最大值的 140. 3 倍,說明大部分的采樣點土壤中有大量外界碳酸鹽物質的侵入,從城市綠地土壤特點分析,碳酸鹽含量較高普遍是由城市建設過程中大量的建筑垃圾所致,大量的城市建筑垃圾也會對城市綠地土壤其它屬性造成嚴重的破壞,說明城市建設過程中建筑垃圾的處理對城市綠地土壤質量有直接或間接的影響。
2. 1. 3 土壤水溶性鹽分含量、陽離子交換量
土壤水溶性鹽含量是土壤的屬性之一。一方面,土壤水溶性鹽含量可以作為衡量土壤肥力水平的指標,另一方面,它也是衡量土壤鹽漬化程度的重要指標,有報道指出,土壤 EC 值在 1. 5 ms/cm 以上時表示土壤已出現鹽漬化,植物會發生鹽害,而在1. 5 ms/cm 以下時,且在一定范圍內,其數值大小與土壤肥力水平呈正相關關系。調查中,重慶市綠地土壤 EC 值最小值為 0. 183 ms/cm,最大值為3. 78 ms / cm,平均值 0. 618 ms / cm.其中,僅 3. 6 %的土壤 EC 值超過了1. 5 ms/cm,說明重慶市綠地土壤基本沒有受到鹽害的影響。
土壤陽離子交換量是土壤的重要的肥力屬性之一,可體現土壤保水保肥的能力。一般認為 CEC小于 10 cmol( + ) /kg、10 ~ 20 cmol( + ) /kg、大于20 cmol( + ) / kg分別為保肥力弱、中等、強的土壤;《綠化種植土壤》( CJ/T340-2011) 中規定綠地土壤陽離子交換量應大于10 cmol( + ) /kg.供試土壤陽離子交換量 < 10 cmol( + ) /kg、10 ~20 cmol( + ) /kg、> 20 cmol( + ) / kg 的土壤所占比例分別為 7. 1% 、84. 2 % 、8. 6 % ,變幅為 7. 35 ~ 56. 1 cmol( + ) /kg,平均為 15. 2 cmol( + ) / kg,可見重慶市綠地土壤保肥能力屬中等。
2. 1. 4 土壤有機質
土壤有機質是土壤各種養分元素,特別是氮和磷的重要來源。由于土壤有機質具有膠體特征,能吸附較多陽離子,因而使土壤具有保肥和緩沖性,它通常被作為判斷土壤肥力高低的重要指標。
據實驗分析結果顯示,重慶市綠地土壤有機質最小 值 1. 63 g/kg,最 大 值 44. 9 g/kg,平 均 值14. 4 g / kg.重慶市規定綠地土壤有機質含量小于10 g / kg為土壤質量不合格,重慶市主城區 36. 5 %的綠地土壤無法達到此標準。根據全國第二次土壤普查土壤肥力分級標準,重慶市綠地土壤有機質總體處于缺乏水平: 36. 5 %的土壤有機質含量水平處于缺乏狀態,43. 6 %的土壤處于極度缺乏狀態。
2. 1. 5 土壤氮素營養
氮素是構成蛋白質的主要成分,土壤氮素含量、供應能力和植物生長、作物品質有密切的關系。
土壤氮素由有機態氮和無機態氮組成。在表層土壤中,氮主要以有機態存在,占土壤全氮的 90 % 左右。土壤無機態氮包括氨態氮、硝酸態氮和亞硝態氮等。植物吸收土壤中的氮以無機態氮為主。
土壤全氮含量是土壤各形態氮素的總和,是土壤氮素養分的容量指標,在一定水平上可以反映土壤的供氮水平。全氮含量和分布相對穩定,且與土壤有機質有著密切的關系。重慶市綠地土壤全氮含量最小值 0. 151 g/kg,最大值 2. 18 g/kg,平均值0. 783 g / kg.
土壤堿解氮含量反映了在一段時間內能夠被作物吸收利用的氮素多少,直接體現了土壤對園林作物的氮素供給狀況。調查中,重慶市綠地土壤堿解氮含量最小值 9. 54mg/kg,最大值 551 mg/kg,平均值 63. 1mg/kg.根據全國第二次土壤普查土壤肥力狀況分級標準,72. 4 %的綠地土壤處于氮素營養缺乏的水平,其中極度缺乏的土壤占 48. 0 %.
2. 1. 6 土壤磷素營養
磷是植物生長的主要營養元素之一,在土壤中的磷是以遲效性狀態存在,而且不同磷形態其有效性不同。全磷含量高時并不意味著磷素供應充足,而全磷含量低于 0. 8 ~1. 0 g/kg 時,土壤常出現磷供應不足。重慶市綠地土壤全磷含量最小值0. 171 g/kg,最大值 1. 51 g/kg,平均值 0. 615 g/kg,82. 8 % 的樣品可能出現供磷不足。
土壤中能被植物吸收利用的磷可以稱為有效磷,包括全部水溶性磷、土壤膠體表面的弱吸附態、易交換態的磷及一部分微溶性的固相磷酸鹽化合物。重慶市綠地土壤有效磷含量 0. 857 ~94. 7 mg/kg,平均值14. 9 mg/kg,各樣點有效磷含量差異較大,變異系數達91. 9 %.
2. 1. 7 土壤鉀素營養
鉀是重要的植物養分,在植物體內以離子態存在。與植物體內碳水化合物的合成和轉移有密切關系。土壤中的鉀主要來自于含鉀礦物,大部分是以無機難溶態存在。重慶主城區的自然土壤多以沙溪廟組發育的紫色土為主,土壤含鉀礦物豐富。據調查,重慶市綠地土壤全鉀含量在10. 1 ~29. 3 g/kg之間,平均值 18. 9,變異系數僅 14. 4 %; 速效鉀含量最小 值 20. 6mg/kg,最 大 值 536 mg/kg,平 均 值137 mg / kg.待測樣品中僅有 32. 8 % 的土壤樣品處于輕度缺乏狀態,無極度缺乏的樣點??傮w看來,重慶市綠地土壤鉀素營養處于中等偏上的水平。
2. 2 城市綠地土壤質量等級評價
參照重慶市《栽植土壤質量標準》( DBJ/T 50-044,2005) 中土壤理化指標標準值、指標權重值及綜合評價模型,選擇 pH、容重、電導率、碳酸鹽、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀作為評價指標,對重慶市城市綠地土壤質量進行綜合評價。
據表 3 分析可知,城市綠地土壤肥力得分范圍為 46. 0 ~ 94. 0,平均分為 66. 9,得分變異系數為16. 2 % ,按得分分級可得優良 ( 一級 ) 土 壤 占8. 70 % ,土壤質量尚可( 二級) 占 44. 4 % ,土壤質量較差( 三級) 占 46. 9 %,說明重慶市城市綠地中大部分土壤肥力水平較差。
不同類型綠地土壤中,平均分最高出現在工業綠地土壤為 78. 9,最低出現在專類工業綠地土壤為65. 3,若以平均分對肥力進行分級,各種類型綠地土壤肥力均屬于二級,基本滿足植物生長所需,但從分值范圍來看,各種類型綠地土壤肥力分值均有不同程度的變異性,從變異系數大小可知變異程度大小順序為公共設施綠地 > 綜合公園綠地 > 社區公園綠地 > 防護綠地 > 專類公園綠地 > 居住綠地 >
道路綠地 > 工業綠地。進一步方差分析可知,工業綠地土壤肥力與其它類型綠地土壤肥力差異顯著,除工業綠地土壤外,其它類型綠地土壤肥力均表現出兩兩無顯著差異,按得等級劃分,工業綠地土壤肥力在二級以上,其它類型綠地土壤在 3 個等級上均占有不同比例,除了居住綠地土壤肥力等級所占比例大小為二級 > 三級 > 一級,其余六種類型綠地土壤肥力等級所占比例大小順序均為三級 > 二級> 一級,表明除工業綠地土壤外,其余各種類型的綠地土壤均表現出肥力水平較低現象。
3 結論
1) 與重慶市農業土壤相比,重慶市城市綠地土壤理化性質受到不同程度的破壞。土壤容重普遍偏高,部分土壤受到嚴重的踐踏壓實,嚴重影響植物生長;2) 重慶市主城區土壤主要以中性紫色土( 沙溪廟組) 為主,而據土壤 pH 及碳酸鹽數據結果分析可知,采樣區域城市綠地土壤出現明顯的堿化,這是我國城市土壤存在的普遍現象,也是當前相關工作者非常重視的問題;3) 土壤有機質和養分都處于缺乏狀態,除鉀素以外,其它都屬于嚴重缺乏狀態,極大的影響植物生長,嚴重的影響植物對城市的綠化效果; 土壤保肥能力一般,部分土壤需要加強保肥;4) 電導率結果顯示土壤的含鹽量基本對植物生長無害,部分土壤含鹽量還能增加土壤肥力,但是也有個別的土壤有輕微的鹽化現象,這也是值得關注的,了解造成鹽化的原因,防止大面積土壤鹽化。