济南市城市绿地土壤肥力综合评价及管理

刘毓，赵凤莲，刘红权，吕娟，占习林

1.济南市园林花卉苗木培育中心，山东济南2500022.济南百合园林集团有限公司，山东济南250102



济南市城市绿地土壤肥力综合评价及管理

刘毓1，赵凤莲2，刘红权1，吕娟1，占习林1

1.济南市园林花卉苗木培育中心，山东济南250002
2.济南百合园林集团有限公司，山东济南250102

摘要：本文对147个土壤样品的10项土壤肥力指标进行主成分分析，按照累计贡献率大于85%的原则提取6个主成分，并求得土壤样品6个主成分得分和综合得分。以主成分综合得分为聚类指标，采用等间距法将147个样品分为四个肥力质量等级。其中，第Ⅰ等级为养分丰富型土壤，其各项养分指标最高，综合得分在0.90～2.18之间，所占比例14.96%；第Ⅱ等级为养分较丰富型土壤，其综合得分在0.16～0.70之间，所占比例17.01%；第Ⅲ等级土壤肥力一般，其综合得分在-0.24～0.10之间，所占比例23.81%；第Ⅳ等级土壤各养分因子均缺乏，为养分缺乏型绿地土壤，其综合得分在-1.04～-0.27之间，所占比例44.22%。根据济南市城市绿地土壤肥力质量状况提出了加强济南市城市绿地土壤科学管理的措施和建议。

关键词：城市绿地；土壤肥力；综合评价；管理

城市土壤是指城市和城郊地区，受多种方式人为活动的强烈影响，原有继承特性被强烈改变的土壤的总称［1］。城市绿地土壤是城市土壤系统的重要组成部分，也是城市生态环境系统的重要组成部分，它一方面为绿地植物生长提供重要的物质基础和环境条件，另一方面是城市环境污染主要的净化器［2］。土壤肥力质量是土壤的本质属性，它的高低直接影响着作物生长、生产的结构、布局和效益等方面［3］。济南市位于北纬36°40′，东经117°00′，年平均气温13.8℃，年平均降水量685 mm，属于暖温带半湿润季风型气候。济南城市绿地总面积从2003年的27.438 km2到2005年的31.94 km2，再到2010的42.8 km2［4］，济南市的绿地面积明显增多，与此同时，绿地土壤肥力质量变得尤为重要。国内外在土壤质量评价方面已开展了大量的研究［5-10］，综合定量化研究已成为土壤养分管理与评价的趋势［11-14］。应用主成分分析方法，可在复杂的土壤肥力指标体系中筛选出若干个彼此不相关的综合性指标，且能反映出原来全部指标所提供的大量信息［15］。利用聚类分析的方法对土壤养分状况分类，更能尊重事实，把土壤养分状况相同或相似的单元归为一类［16］。目前，在广州［17，18］、深圳［19］、重庆［20］、沈阳［21］等地对绿地土壤肥力质量评价已有所报到，但对济南城市绿地土壤肥力质量评价的报到较少。

本文在对济南市城市绿地土壤养分总体状况进行分析的基础上，进一步通过系统聚类对济南市城市绿地土壤肥力进行分类，提出了加强济南市城市绿地土壤科学管理的措施和建议，为园林绿地科学施肥及合理规划利用提供依据。

1　材料与方法

1.1样品采集与处理

在济南市绕城高速内选取公园绿地、广场绿地、道路绿地、居住区绿地、工业区绿地五类绿地进行土壤样品采集，在研究区域内选取有代表性的绿地进行土壤样品的采集，采样深度为0～20 cm，每个样品由3～5钻土混合而成，共采集样品147个（详细取样地点见表1）。取回土壤样品带回实验室自然风干后，用“四分法”取部分土样，分别过1 mm和0.15 mm筛备用。

表1　取样点汇总Table 1 The locations of samples

1.2测定方法

土壤容重，用环刀法测定；土水比1：5，电位法测pH值；土水比1：5，电导法测EC值；采用半微量开氏法（K2SO4-CuSO4-Se蒸馏法）测全氮；碱解扩散法测碱解氮；碳酸钠熔融法测全磷；0.5 mol·L-1NaHCO3法测有效磷；氢氧化钠熔融法测全钾；1 mol·L-1NH4OAc浸提，火焰光度法测速效钾；重铬酸钾容量法—稀释热法测有机质［22］。

1.3数据处理

2　结果与分析

2.1济南市城市绿地土壤肥力指标值的描述统计

各项肥力指标值的统计分析结果见表2，济南市城市绿地土壤容重平均值为1.35 g·cm-3，变异系数为11.28%，土壤较紧实。参照中华人民共和国城镇建设行业标准—绿化种植土［23］和全国第2次土壤普查土壤肥力状况分级标准［24］，济南市城市绿地土壤pH均值为8.06，变异系数较小，为4.89%，均值在一般植物对酸碱度要求的范围内。电导率平均为0.22 mS·cm-1，变异系数较大，为74.49%，但土壤仍均处于无盐害的安全区。有机质含量达到园林绿化种植土要求（大于12 g/kg），含量中等偏低，平均为14.68 g·kg-1，变异系数为57.61%，处于第二次土壤普查分级标准的四级（10～20 g·kg-1）。

碱解氮、有效磷、速效钾含量平均值均达到园林绿化种植土要求（碱解氮含量大于40 mg/kg，有效磷含量大于8 mg·kg-1，速效钾含量大于60 mg·kg-1，分别为59.01、20.56、169.55 mg·kg-1，有效磷变异系数较大，为121.29%，碱解氮和速效钾变异系数不大，分别为47.43%、44.70%，三者分别处于第二次土壤普查分级标准的五级（30～60 mg·kg-1）、四级（5～10 mg·kg-1）和三级（100～150 mg·kg-1）。全氮、全磷、全钾含量平均值分别为0.93、0.65、19.15 g·kg-1，变异系数均不大，分别为44.53%、42.31%和15.20%，分别处于第二次土壤普查分级标准的四级（0.75～1 g·kg-1）、三级（0.6～0.8 g·kg-1）和三级（15～20 g·kg-1）。

表2　土壤肥力指标的描述统计Table 2 Descriptive statistics of soil fertility indexes

2.2济南市城市绿地土壤肥力指标的相关分析

土壤肥力指标的相关系数见表3，指标间存在着不同程度的相关关系。pH值与有机质、碱解氮、有效磷、全氮呈极显著负相关，与容重、速效钾呈显著正相关，与电导率呈显著负相关；有机质与碱解氮、速效钾、全磷呈极显著正相关，与pH和全钾呈极显著负相关；碱解氮与有效磷、速效钾、全氮、全磷、有机质呈极显著正相关，与pH和容重呈极显著负相关；有效磷与电导率、碱解氮、速效钾、全氮呈极显著正相关，与有机质、全钾呈显著正相关，与pH值呈极显著负相关；全氮与有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全磷呈极显著正相关，与pH和容重呈极显著负相关；全磷与容重、有机质、碱解氮、速效钾、全磷呈极显著正相关。

表3　土壤肥力指标相关系数Table 3 Correlation coefficient of soil fertility indexes

由于这些相关性的存在，直接利用各养分指标对土壤养分状况进行综合评价时，可能会出现信息的重叠，致使评价结果产生偏差。上述相关系数通过Bartlett球度检验所得出的相伴概率为0.00，小于显著性水平0.05，因此认为适合进行主成分分析。因此，本文利用主成分分析法对复杂的养分指标体系进行信息提取。

2.3济南市城市绿地土壤肥力指标的主成分分析

由表4可见，前6个特征值的累积贡献率达到了87.48%，表明这6个主成分从10项指标中提取的信息量，已达到原始数据提供信息总量的绝大部分（≥85%）［25］。根据因子载荷矩阵求得前6个特征值的特征向量列于表5。

由表4、表5可见，第1主成分的贡献率为33.16%，其中有机质、碱解氮、全氮的系数明显大于其他养分指标，说明第1主成分是有机质、碱解氮、全氮养分状况的综合反映；第2主成分的贡献率为15.98%，是全磷和容重状况的综合反映；第3主成分的贡献率为13.30%，其中有效磷有较大的正系数，表明其反映的主要是有效磷养分状况；第4主成分的贡献率为10.52%，反映的主要是土壤酸碱度和速效钾状况；第5主成分的贡献率为8.96%，反映的主要是电导率状况；第6主成分的贡献率为5.56%，其中全钾有较大的正系数，表明其反映的主要是全钾养分状况。

根据土壤肥力指标的得分系数矩阵（特征向量）计算6个主成分得分Fi（i=1，2，3，4，5，6），主成分得分Fi等于10个土壤肥力指标的主成分得分系数（特征向量）与相对应的标准化变量（Xij*）之积的加和。然后再根据6个主成分的贡献率和得分，建立土壤肥力综合得分（F）的数学模型：F=F1×33.16%+F2×15.98%+F3×13.30%+F4×10.52%+F5×8.95%+F6×5.56%，并计算综合得分［25，26］。

表4　土壤肥力指标的特征值、贡献率和累计贡献率Table 4 Eigenvalue, contribution ratio and accumulated contribution ratio of soil fertility indexes

表5　土壤肥力指标前6个特征值对应的特征向量Table 5 Eigenvectors corresponding to the first 6 eigenvalue of soil fertility indexes

2.4济南市城市绿地土壤肥力等级的划分

将计算出的土壤肥力综合指标值，按一定的方法即可划分土壤肥力等级。常用的划分方法有等间距法［27］、灰色关联聚类法［28］、系统聚类分析法［29］等，本研究采用等间距法，以土壤肥力综合得分为划分指标，将土壤肥力划分为4个等级。从表6可以看出，第Ⅰ等级为养分丰富型土壤，其各项养分指标高，综合得分在0.90～2.18之间，占样品总数的14.96%；第Ⅱ等级为养分较丰富型土壤，其综合得分在0.16～0.70之间，所占比例17.01%；第Ⅲ等级土壤肥力一般，其综合得分在-0.24～0.10之间，占样品总数的23.81%；第Ⅳ等级土壤各养分因子均缺乏，为养分缺乏型绿地土壤，其综合得分在-1.04～-0.27之间，所占比例44.22%。

表6　不同等级绿地养分类型及综合得分Table 6 The nutrient type and comprehensive score of different grade green lands

表7为各等级绿地10个指标含量差异性状况。第Ⅰ等级土壤整体养分水平最高，其有机质、碱解氮、有效磷含量均显著高于其它3类，电导率、全氮、全磷含量也显著高于第Ⅲ等级和第Ⅳ等级土壤；第Ⅱ等级土壤整体养分含量处于较高水平，除有机质、碱解氮、有效磷含量显著低于第Ⅰ等级外，其它养分含量与第Ⅰ等级差异不显著；第Ⅲ等级土壤养分含量水平一般，各养分中速效钾、全氮、全磷含量显著低于第Ⅱ等级土壤，有机质、碱解氮、有效磷含量显著高于第Ⅳ等级土壤；第Ⅳ类土壤整体养分水平较低，除全钾外所有养分因子含量均小于总体平均水平。

表7　不同等级绿地土壤各指标平均值Table 7 The average of soil fertility indexes of different grade green lands

3　结论与讨论

通过主成分分析和等间距聚类分析将147个土壤样品分为了4个肥力质量等级，第Ⅰ等级为养分丰富型土壤，其各项养分指标最高，第Ⅱ等级为养分较丰富型土壤，与第Ⅰ等级相比，有机质、碱解氮、有效磷含量相对较低，第Ⅲ等级土壤肥力一般，与第Ⅱ等级相比，速效钾、全氮、全磷含量相对缺乏，第Ⅳ等级为养分缺乏型绿地土壤，各指标均偏低。其中养分丰富型土壤和养分较丰富型土壤样品占样本总数的31.97%，土壤肥力一般的样品占样本总数的23.81%，养分缺乏型的样品占样本总数的44.22%，说明济南市城市绿地土壤肥力质量整体属于中等偏低水平。

目前，对土壤肥力进行综合评价的方法较多，评价时选用的养分指标也不尽相同，因此，评价结果会有所差异。土壤肥力综合评价的结果仅代表一种潜在的生产能力，在实际生产中，还要结合园林植物的品种、生长特点、需肥规律以及土壤养分的有效性等统筹考虑。本研究在主成分分析的基础上，以土壤肥力综合得分为指标，通过等间距聚类实现了土壤肥力质量等级的划分，对济南市城市绿地土壤肥力质量进行了初步评价，其可靠性需接受实践的检验。

4　管理对策

首先，应适量施用有机与无机肥料，进行科学培肥。由于济南市城市绿地土壤有机质含量偏低，而绿地植物的枯枝落叶、修剪的枝、叶和草都被运走，土壤中有机质含量不断减少，因此，必须重视城市绿地土壤中有机质的补充，多施有机肥。还应针对不同等级的土壤进行施肥，第Ⅰ等级土壤应少施肥，保持其均衡肥力；第Ⅱ和第Ⅲ等级土壤应适量施用氮、磷肥以增加土壤养分含量；而第Ⅳ等级土壤应多施肥来改善土壤养分状况，使园林植物处于营养均衡的土壤环境中，健康生长。

其次，应采取有效措施，防止机械、人群对城市绿地过度的压实和践踏，避免让各种有害物质进入土壤，降低土壤容重，增加土壤孔隙度和通气、透水性能，促进园林植物生长发育，增强城市绿地土壤涵养水源功能。如警示牌、碎石、铁栏等。另外，为减少城市构筑物对植物生长的不利影响，对植物有限营养面积内的土壤进行分期分段深翻改良和进行根系修剪，选浅根地被植物和改进植物配置，以减少共生矛盾。

再次，应科学规划和种植园林植物。济南市城市绿地土壤pH值偏高，主要为碱性土壤。因此，在进行园林植物的种植时，必须根据土壤类型选择栽植适宜植物，力求做到适地适树、适地适花（草）。在坚实的土壤上，应选择适应性强的树种栽植，在养分较贫瘠的土壤上，不宜种植喜肥的树种，在盐碱绿地上要选择耐盐碱树种栽植；在桥下、楼北绿地上，要选耐阴、萌动晚的树种栽植。

最后，应进一步加强园林土壤肥力质量管理，制定适合绿地的施肥技术规程，提高绿地土壤养护水平。建立绿地土壤质量的动态数据库及管理信息系统，预测土壤肥力质量的变化趋势，实现绿地质量管理的标准化、模拟化和网络化。

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Comprehensive Evaluation for the Soil Fertility Quality of Urban Green Land in Jinan City and and Management

LIU Yu1，ZHAO Feng-lian2，LIU Hong-quan1，LU Juan1，ZHAN Xi-lin1

1. Jinan Municipal Garden and Plant Cultivation Center，Jinan 250002，China
2. Jinan Lily Landscape Group，Jinan 250102，China

Abstract：Based on principal component analysis and cluster analysis，the comprehensive evaluation for soil fertility quality of green land in Jinan was conducted. Ten soil fertility indexes of 147 soil samples were analyzed by principal component analysis and six principal components with accumulative contribution rate over 85%were obtained. The scores of the six principal components and comprehensive scores were also obtained. The 147 samples were clustered with comprehensive scores as a measurement and they were divided into 4 ranks by regularly spaced distinct method. Bank 1 was nutrient-richest samples with general scores range of 0.90～2.18 and occupied the position of the highest soil nutrient status and took up 14.91%of the total soil sample；Bank 2 was the nutrient richer with the composite score range of 0.16～0.70 and proportion of 17.01%. Soil nutrient status of Bank 3 was general，the composite score was range of -0.24～0.10 and proportion of 23.81%. Bank 4 was the nutrient deficiency type，the comprehensive score range of -1.04～-0.27 and proportion of 44.22%. According to soil quality situation of urban green space in Jinan city，some measures and suggestions were put forward for soil scientific management.

Keywords：Urban green land；soil fertility；comprehensive evaluation；management measures

中图法分类号：S158.3

文献标识码：A

文章编号：1000-2324（2016）03-0366-06

收稿日期：2014-05-10修回日期：2014-06-16

基金项目：济南市科技发展计划项目（201302137）

作者简介：刘毓（1978-），女，硕士研究生，工程师，主要从事园林植物引种选育、土壤肥力方面的研究.E-mail：lilyliuyu@126.com