西安植物园新建城市绿地土壤肥力综合评价

2015-07-07丛晓峰

陕西林业科技 2015年6期

丛晓峰，黎斌，陈昊

（陕西省西安植物园，西安710061）

城市土壤是城市生态系统的重要组成部分，是城市绿化植物生长的介质和养分的供应者，是城市污染物的净化器，对城市的可持续发展有着重要意义［1］。随着城市化进程的加快，城市绿地土壤肥力的退化已受到越来越多的关注。在城市新建绿地土壤肥力研究中，人们更多关注土壤中氮、磷、钾等有效成分的含量，而忽略由于土壤物理性质的改变对土壤肥力产生的影响。

土壤物理性质影响土壤中诸多物理、化学过程［2，3］，进而影响着土壤肥力的释放。压实是引起城市新建绿地土壤质量退化的主因之一［4］，也是城市新建绿地土壤与耕地土壤以及森林土壤的一个显著区别，在绿地建设过程中，重型机械施加在土壤上，导致土壤结构体破坏，土壤肥力产生退化。植被覆盖率降低，物种多样性锐减，各种有效养分也随之下降。因此，土壤的物理参数可作为必要影响因子参与城市新建绿地土壤肥力的测评。

土壤容重与水分特征是影响城市新建绿地土壤质量的两个重要的物理参数，Zisa［5］认为土壤容重超过1.6 g·cm－3时会制约植物根系的生长。Tan等［6］发现，压实对土壤中的碳、氮等元素的矿化作用存在潜在的影响，导致土壤肥力的降低。卢瑛等［7］在对南京城市绿地土壤肥力的研究中提出，城市绿地土壤特殊的形成过程和物理性质，是导致其养分状况与其它土类不同的主要原因。

因此，本研究以陕西省西安植物园迁扩建工程项目（以下简称：西安植物园新区）为典型案例，将容重、饱和导水率、有机质、速效氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量、p H值作为影响因子进行土壤肥力综合评价。运用修正的内梅罗公式法，研究各因子与土壤肥力之间的关系。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

西安植物园新区地处西安市区东南部，属暖温带半湿润大陆性季风气候，年降水量558～750 mm，主要集中在夏秋季，年日照时数1 983～2 267 h，土壤以褐土为主，碳酸盐母质。

西安植物园新区原址由三部分组成：①荒芜的农田、果园，占整个园区面积的40%；②生活、建筑垃圾场，约占园区面积的40%；③杜陵陪葬墓及其保护区，约占整个园区面积的20%。在前期垃圾清运以及后来的工程施工过程中，大型载重车辆对园区内的土壤进行了不同程度的碾压，使某些区域的原始地貌发生了极大变化。

1.2 肥力评价方法

1.2.1 修正的内梅罗（Nemoro）公式在土壤综合肥力评价时，选择不同的影响因子，面对不同的分析对象，所采用的评价方法也不尽相同［8］，这些方法各有优劣。本研究采用国际上较为通用的修正的内梅罗（Nemoro）公式法［9，10］对土壤肥力进行评价。

1.2.2 各参评因子肥力指数（Pi）的确定参照其他学者的研究成果［8，12－17］以及第二次全国土壤普查分级标准［18］，将各影响因子分级划分（Pl，Pm，Ph）见表1。土壤饱和导水率是研究土壤水分参数的一个重要指标，但我国土壤养分分级标准并没有将土壤饱和导水率列为土壤肥力的制约因子。本研究依据日本绿化土壤饱和导水率的划分等级进行划分［19］。

运用公式（2）－（5）对各影响因子的数值进行标准化处理［10，20－21］，以消除各因子之间的量纲差别。当某一影响因子的测定值Ci超过一定的标准值（Ph）后，该因子对土壤综合肥力的贡献不再提高，恒为3［11］，这反映了植物生长过程中对某影响因子的依赖存在一个饱和值的现象［22］。

当Ci≤Pl时，Pi＝Ci／Pl，（Pi≤1）公式（2）

当Pl＜Ci≤Pm时，Pi＝1＋（Ci－Pl）／（Pm－Pl），（1＜Pi≤2）公式（3）

第三，法律促进科技人才的培养。人才是科技进步的最核心最重要的因素，唯有不断培养出优秀的人才，才能促进科技的发展。通过立法促进人才的培养，成为发达国家的经验。比如，2007年，美国国会制定了《美国竞争法》，该法规定了加强美国科技人才培养、引进海外优秀科技人才的制度和措施，促进了美国科技人才的培养。目前美国拥有世界上最庞大的科技创新团队。

当Pm＜Ci＜Ph时，Pi＝2＋（Ci－Pm）／（Ph－Pm），（2＜Pi＜3）公式（4）

当Ci≥Ph时，Pi＝3 公式（5）

1.3 样品的采集与分析

1.3.1 样地设置与样品的采集西安植物园新区按功能划分为11个专类园区，每个专类园区的基本地貌与采样数见表2，本研究采集25份土样，每份土样设有三个重复，化学指标检测的样品均为0～60 cm的土壤混合样，每份样品约500 g。饱和导水率测定0～30 cm表层土，土壤容重测定的是0～50 cm土层的平均值。土壤样品采集与测定的时间为2014年4—6月。

表1 各影响因子的分级标准

表2 各专类园的地貌特征

1.3.2 样品分析方法

速效氮：1MKCl浸提－全自动间断分析仪法；速效磷：0.5 M碳酸氢钠，紫外光度计比色法；速效钾：1 mol／L乙酸铵浸提－火焰光度法；p H值：p H计测定；土壤有机质：K2Cr2O4容量法；阳离子交换量（CEC）：1 mol／L乙酸铵交换法（p H 7.0）。土壤容重采用环刀法测定，土壤饱和导水率采用定水头法测定。

1.3.3 实验仪器全自动间断化学分析仪（德国DeChem－Tech.Gmb H公司），p H计（梅特勒公司），火焰分光光度计（上海仪电分析仪器有限公司），紫外分光光度计（日本岛津公司），电子天平（梅特勒公司）。

1.3.4 数据处理与评价方法数据分析采用Excel 2007和SPSS 17.0软件。

2 结果与分析

2.1 影响西安植物园新区土壤肥力单因子特征

对西安植物园新区11个专类园土壤样品的测定分析见表3。

多重比较显示，各专类园不同地貌之间速效氮、速效磷、有机质含量差异显著，速效钾含量差异不显著。按全国第二次土壤普查土壤养分分级标准划分［18］，速效氮、速效磷含量属于第六级，为极贫瘠水平，有机质含量属于第五级，为贫瘠水平，难以满足植物生长需要；速效钾含量属于第三级，为中等水平，可以满足植物生长需求。

西安植物园新区p H值最高的区域是儿童园，为8.10，最低的是遗忘园，为7.50，平均值为7.85，各专类园不同地貌之间土壤的p H值没有明显的差异，其中18.2%的土壤p H在8.0～8.3之间，呈碱性，81.8%的土壤p H 在7.5～8.0之间，呈弱碱性，因此西安植物园新区土壤的p H不会影响到植物的生长繁殖。

阳离子交换量最高值位于蔷薇园，值为14.30 cmol·kg－1，最低值位于水景园，值为6.8 cmol·kg－1，平均值为9.07 cmol·kg－1，各专类园不同地貌之间阳离子交换量差异显著，有18%的土壤的阳离子交换量超过10.0 cmol·kg－1，其余区域土壤的阳离子交换量均低于10 cmol·kg－1，说明西安植物园新区土壤的阳离子交换量偏低［23］。

饱和导水率最高值为37.7 mm·h－1，位于蔷薇园，最低值为4.3 mm·h－1，位于水景园，平均值为20.87 mm·h－1。西安植物园新区有45.5%的区域饱和导水率为良，27.2%的区域为差，27.3%的区域为极差。各专类园不同地貌之间饱和导水率差异极显著，饱和导水率差的土壤主要集中在受过机械碾压较重的区域，如水景园、系统园和秦岭园。

容重最高值为1.71 g·cm－3，位于水景园，最低值为1.37 g·cm－3，位于蔷薇园，平均值为1.51 g·cm－3，受人为扰动及大型机械压实的影响，西安植物园新区土壤容重普遍偏高，各专类园不同地貌之间土壤容重差异极显著。

表3 各采样点土壤的肥力指标

2.2 土壤肥力质量综合评价

运用公式（1）对西安植物园新区11个专类园区土壤肥力进行分析，结果（表4）显示：西安植物园新区平均综合肥力水平为0.956，属于较差水平。土壤综合肥力极差区域，即F＜0.9区域占园区总面积45.5%，主要分布于垃圾场及其周边区域，此区域的地表有较强的人为扰动痕迹，重型机械碾压频繁，地表基本裸露。土壤综合肥力较差区域即0.9＜F＜1.8区域占园区总面积54.5%，主要分布于离垃圾场较远的区域，此区域的土壤人为扰动较少，无机械碾压，地表覆盖植物种类较多且稠密。整个园区没有土壤综合肥力良和优的区域，综合肥力水平最高的专类园是蔷薇园（F＝1.29），最低的是水景园（F＝0.64）。

2.3 影响城市绿化用地土壤肥力的主要因素

有机质、速效氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量、饱和导水率与土壤肥力之间为极显著正相关，见表5。介于1.35～1.71 g·cm－3之间的土壤容重与土壤综合肥力为极显著的负相关，相关系数r＝0.970 8，p H 值在7.6～8.1范围内与综合肥力之间呈现负相关，相关系数r＝0.333 9。

通过各因子相关系数的比较可看出，对城市绿化用地土壤综合肥力指数影响作用依次为土壤饱和导水率＞容重＞速效氮＞有机质＞速效钾＞阳离子交换量＞速效磷＞p H值（表5）。

表4 各采样点土壤的肥力指数（Pi）

表5 肥力指数与土壤理化性质的相关关系

3 讨论

土壤速效养分和土壤物理特性是土壤肥力的重要组成，是评价土壤肥力的关键指标［24］，西安植物园新区的土壤为褐土，其基本特点是缺磷少氮，钾含量适中。这与田有国［25］等对褐土的养分分析结果相近。

韩冰等认为［26］，城市绿地土壤肥力的评价受物理性质的影响小于化学因素。与其观点不同，本研究引入物理参数后各专类园的综合肥力排名为蔷薇园＞百卉园＞丝路园＞儿童园＞遗忘园＞本草园＞藤蔓园＞木兰园＞系统园＞秦岭园＞水景园；而不含物理参数的肥力排名为蔷薇园＞丝路园＞百卉园＞本草园＞遗忘园＞儿童园＞藤蔓园＞木兰园＞秦岭园＞水景园＞系统园。受人为践踏和机械压实的影响饱和导水率较低，土壤水分的自我调节功能弱化，易导致干旱；土壤容重偏高，且不同区域差异较大；土壤的自然层次紊乱，分布无规律。影响城市绿化用地土壤肥力的八个因子与土壤肥力之间均呈现不同程度的线性关系，相对而言饱和导水率、土壤容重、速效氮含量、有机质含量对土壤肥力的影响更为显著，与于法展等学者的研究相似［14，27］，土壤物理参数对城市绿地土壤肥力评价的结果影响较大。

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