城市绿地土壤退化及防治技术的研究与实践

陈庆斌 苏亚勋 王素君 赵立伟

摘 要：本文以天津市文化中心景观绿地为例，分析了城市绿地存在土壤盐碱化、养分贫瘠化、压实板结化、污染毒化、生物环境恶化的潜在威胁，对新建绿地土壤采用全面培育和保护技术，即建设栽植土床、实施暗管排盐、增施有机肥和改良剂，并提出城市绿地土壤退化预警对策和建议。

关键词：城市绿地；土壤退化；文化中心

中图分类号：TU986 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.10.028

Abstract： In this paper， taking green landscape of Tianjin Cultural Center for example， urban green space presence potential threat of soil salinization， nutrient depletion， compaction compaction， pollution poisoned， the deterioration of the biological environment were analyzed. For new green soil， comprehensive cultivation and protection technology was used，namely the construction planting bed soil， implementation of underground pipe row salt， exert organic fertilizers and amendments. And urban green space soil degradation early warning measures and suggestions were proposed.

Key words： urban green space；soil degradation；cultural center

1 背 景

城市绿地土壤相对于传统土壤学是一个全新的概念。绿地土壤是园林植物立地生长的载体，直接供给植物生长所必须的营养元素，提供树木生长所必须的机械支撑，是绿地生态系统中物质与能量交换的重要场所。由于城市绿地系统是城市系统内唯一执行自然“纳污吐新”的负反馈调节机制的子系统，绿地土壤遭受到城市活动和城市化过程带来的环境压力，造成绿地土壤的物理和化学性质发生变化，土壤质量降低。这些变化将影响到园林植物的正常生长和绿化景观效果。因此，抓好土壤质量建设，科学地进行改良和管理，是景观绿地建设的重要保障。

天津市文化中心总占地面积90万m2，以中心湖为中心，环绕着博物馆、美术馆、图书馆、大剧院、银河购物中心，构成了天津规模最大的公共文化设施。配植了姿态优美且能增添建筑美感的园林植物，景观绿地面积约15万m2。文化中心景观绿化地区原土不符合天津市园林种植土标准，新建绿地的土壤全部需要客土，土源来自天津市静海区。静海区盐化潮土多为氯化物-硫酸盐型和硫酸盐-氯化物型，土壤偏碱性，有机质含量较低，氮、磷营养元素缺乏，钾素较丰富。

2 绿地土壤退化的潜在威胁分析

土壤具有多种功能，当土壤一个或多个功能不能发挥时，便可以看作土壤退化（soil degradation）。在诸多功能中，最主要的是土壤生产力和环境调节功能的下降都视作为土壤发生了退化。土壤退化主要表现为土壤形成发展过程导致的退化和人为活动引起的退化。一般来说，土壤退化更多的是指人为引起的土壤质量降低过程。

文化中心的绿化土壤是盐化潮土经过人工搬运和强烈干扰垫积而形成的。土壤生态环境不仅发生了根本的变化，同时还将逐渐受到城市化过程和工业化过程的影响。根据天津市的自然因素和文化中心区域环境，综合国内外研究成果分析，项目所在范围内的绿地土壤潜伏着物理退化（压实、通气阻滞、水分不平衡、径流侵蚀等）、化学退化（盐碱化、化学物质污染、养分贫瘠化、淋溶、养分不平衡等）、生物退化（有机碳衰减、微生物量衰减、土壤生物多样性降低等）的威胁。随着时间的推移，均将逐步有所表现。现就土壤退化的主要潜在因子进行分析。

2.1 土壤盐碱化

土壤盐碱化包括盐化和碱化。当今，土壤次生盐化和次生碱化是土壤退化的重要原因。城市绿地土壤在本质上看是一种复杂的人为新成土[1]，它遵循着区域土壤的发展和演变规律。

2.1.1 土壤次生盐化 文化中心绿地土壤的次生盐化威胁可从该地土壤的盐分平衡来研究和分析。绿地土壤中盐分的积累或损失决定盐分的输入和输出过程的平衡。在输入大于输出时，盐分积累到一定程度时产生盐渍化；当输出大于输入时，盐分降低。从文化中心绿地的生态环境看，除基质土壤为轻度盐化外，外来输入盐分的因子主要是灌溉水、地下水、降雨和施肥等；输出盐分的因子主要是灌溉和降水的淋溶以及植物同化吸收等。根据天津市1971—2000年近30年的气象要素统计分析，年蒸发量平均为1 730 mm，为同期降水量的3.06倍。由此看来，在自然状态下绿地土体中盐分垂直运行的主体方向是趋向地表，特别是春季干旱季节，表层土壤很容易形成盐渍化。在盐分平衡中，灌溉是引起土壤盐分变化的主要人为因子[2]。采取科学灌溉措施，维持盐平衡为负值，就可以控制绿地土壤次生盐渍化。

2.1.2 土壤次生碱化 次生碱化土壤是一类特殊的盐土。在土壤脱盐过程中，土壤中可溶性盐不断被淋洗，土壤溶液浓度下降，土壤胶体上吸附的钠离子随之解离，造成土壤碱度增加。此外，当输入到土壤中的盐分组成以碱性钠盐为主的情况下，在积盐同时也可以发生次生碱化过程。刘刚[3]认为，当今城市绿地土壤的显著特征是土壤均呈碱性。2009年，天津北方园林生态科研所曾对友谊路行道树土壤、天津宾馆内绿地土壤，海河下游沿线土壤进行调查，pH值分别为8.77，8.20和8.0，可见中心城区绿地土壤有碱化趋势。天津开发区二十多年的绿化建设经验也表现，在绿地土壤改良中，伴随着脱盐过程，表层土壤（0～20 cm）pH值上升到8.7[4]。这些均与上海[5]、广州[6]、南京[7]、长春[3]等地的研究报告相吻合。

2.2 土壤养分贫瘠化

土壤养分是土壤肥力的重要物质基础，土壤有机质和矿物质是土壤土壤养分的重要来源。王文山[8]研究，土壤有机质在自然状态下的矿质化作用能导致土壤有机质衰减，从而也使氮、磷、钾等速效养分显著降低。土壤养分不可能全部都有效，根据已有的农田土壤研究结果估计，在完全不施肥的情况下，农田土壤实际可以利用的有效部分，消耗极限大概是：氮为20～40年，磷为10～20年，钾为80～130年。

客土进入城市，固有的生态环境被打破，然后在城市绿地土壤生态系统中建立新的平衡，但限于环境条件的影响，它的养分循环过程单一，植物营养主要靠自身供给和降水输入等。如无外来有机质和营养元素的输入，自身循环和消耗的结果将使土壤养分逐渐降低。城市生态环境中，热岛效应很明显，土温升高，加速土壤有机质的矿质化。虽然土壤在短期内释放较多养分，除土壤吸附和植物吸收部分外，相当数量的营养元素被挥发和流失。

全国很多的研究结果说明，城市绿地土壤有机质下降属于共性问题。据天津市园林绿化研究所调查，市区公园土壤比郊区土壤的有机质和速效氮、磷、钾均有显著降低。北京林业大学对北京市绿地土壤的研究也表明，土壤有机质与山地森林土壤相比总体偏低[9]，上海新建绿地土壤有机质也同样偏低[10]。由于城市绿地土壤有机质衰减，自身分解的养分减少，导致保持养分能力差，可给态养分相对含量低，使得土壤中有效养分逐渐贫乏。

2.3 土壤压实板结化

土壤压实是土壤紧实和结构破坏并使总孔隙和通气孔隙减少、导致土壤一个或多个功能丧失或下降的过程。因为客土后，原来的结构体破坏，结构碎片相互结合，结构体之间和结构体内部孔隙锐减，总孔隙度减少，紧实度增加，容重增大。机械施工和人为践踏也是造成土壤压实和板结的重要原因。

土壤压实是世界上城市绿地土壤相当普遍的退化现象。研究表明，土壤压实板结后，土壤通透性降低，根系与大气进行气体交换受到影响，直接阻碍植物根系发育。所以，紧实土壤中的根系不能为地上部分提供充足的水分和养分，从而导致地上部分生长受到限制[11]。压实还破坏土壤结构，储水能力下降，土壤水库库容萎缩，降雨时易形成地表径流，干旱时不能为植物提供水分。

2.4 土壤污染毒化

土壤污染源主要来自大气沉降物、污水灌溉、固体废弃物、农药和化肥的施用等。随着城市中人口的增加与工业的发展，城市绿地土壤重金属的污染问题日益突出。所以，目前对城市绿地土壤重金属污染的研究较多。在全世界范围内，城市绿地土壤不同程度的已经受到了重金属污染[12-13]。我国绿地土壤重金属的研究较有机污染物研究开展的早，而且研究更为广泛、深入。各类研究结果表明，北京城市绿地土壤存在程度较轻的重金属污染现象，其中Zn、Cu和Pb浓度均显著高于北京市土壤背景值，属轻度污染[8]；上海公园土壤中Pb、Zn、Cu、Cr、Cd和Ni的平均值分别为55.06， 198.54，44.57，77.01，0.40和31.17 mg·kg-1，同上海土壤背景值相比，均有不同程度的超标[14]。

交通运输与工业生产是导致城市绿地土壤重金属污染的主要原因。尾气排放和轮胎磨损以及工业活动产生的固体废弃物直接对城市绿地土壤进行污染，或者汽车尾气和工业废气排放出的重金属进入空气中，再经大气的沉降富集到城市土壤中。冬季用氯化钠盐溶液作为主干道路的融雪剂，融化的盐水也构成影响植物生存的一个新污染源。因此，不同地区植物体内的累积量差异很大。

重金属不能被微生物分解，但被生物富集。从而影响植物正常的生长发育，严重时甚至导致植株死亡[15]。土壤一旦被重金属污染，其自然净化和人工治理都非常困难。如果超过土壤生态系统的生态阈限，必然导致绿地土壤的生态退化。

2.5 土壤生物环境恶化

土壤是一个重要的地下物种库和基因库，拥有丰富、数量巨大的土壤生物，主要包括土壤微生物、土壤动物和一些低等动物。其中，土壤微生物最为重要，它参与土壤中能量流动与物质循环的各种生化过程，如呼吸作用、纤维素分解作用、氨化作用等。

城市绿地土壤由于人为破坏、压实、封闭、扰动等使微生物的自然生存环境消失，微生物的多样性减少，群落结构发生一定变化，生物的数量、生物量和种类远比农业土壤或自然土壤少[16]。此外，城市绿地土壤中的碳素、氮素和有机质的贫乏，土壤通气透水性差、结构紧实，也会限制许多土壤动物、微生物的活动与生存，从而直接降低了土壤的生态服务功能。

郑州市的研究发现，不同绿地类型土壤的微生物数量、微生物量、理化指标差异较大。地表植被种类多样、土壤疏松、有机质含量丰富的绿地土壤的微生物数量、微生物量均高于那些植被单一、土壤裸露、土壤硬度大、碱性的绿地土壤[17]。因此，张常宝[18]认为，土壤微生物数量、微生物量可作为土壤质量变化的敏感指标。张安才等[19]从研究北京市不同健康程度的银杏树时也表明，健康银杏树立地（根际和非根际）土壤中微生物数量、土壤养分含量、土壤微生物作用强度均高于衰弱银杏树。由此说明，有机质丰富和良好的土壤环境，有利于土壤生物生存和提高活性，绿地土壤则能持续发挥其生态功能。

3 绿地土壤改良和保护技术

城市绿地的持续稳定发展首先决定于城市绿地土壤的质量。为了保证新建绿地系统的土壤质量， 改良和培育土壤，保持“地力常新”是一项具有战略地位的重要工作。在文化中心景观建设中，重点强化了土壤基础建设，全面实施土壤改良和保护工程。

3.1 精细填土和整地，建造松软适度的栽植土床

文化中心新垫种植土壤的下层是排水管网和石硝淋层，上层栽植苗木，这个有限的空间是植物扎根和生长发育的土床。因此，建造好松软适度的栽植土床，对保证土壤良性发育，绿色永续极为重要。

栽植土床表层土壤的平整是控制土壤次生盐碱化的重要环节。因为土壤中盐分的积聚不仅与中小地形有关，而且与微地形的关系也十分密切。局部微地形的变化会引起土壤中盐分的再分配。当降雨或灌溉洗盐在平地或稍低的地上有暂时积水时，局部微起的高地则淹不到水或淹水时间很短，水层很薄，使得低平地上的土壤脱盐较好而微高地的脱盐差。旱季时，低平地的水分和盐分向微高地侧向移动，水分蒸发后，盐分就留在微高地。年复一年，局部微高地上就形成一层盐斑。在苗木生长过程中，地面平整的园区，灌溉和降水能均匀渗入土壤，既节约用水，又有利于植物吸收。

此外，绿地的平整工作还严格按照设计标高和要求进行。对不同用途绿地和不同地形部位因地制宜，依据地下排盐管道的走向，保证平整后地面的坡度和坡向符合种植要求。绿地栽植的园林植物包括数量较多的大乔木，根系群体大，活动旺盛，移栽后要求土质疏松、深厚肥沃的土壤。因此，对于这些区域抬高了地面标高，相对降低地下水位，控制地下水随毛管作用上升，再配合暗管排盐、土壤培肥和改良等其他措施，以快速形成适合大树生长的土壤环境。

3.2 实施暗管排盐，防止土壤次生盐碱化

土壤次生盐碱化是文化中心绿地土壤退化的重要方面。同时，文化中心及周边地区地势低平，夏季有积水的危险。因此，采用暗管排盐技术，实施水盐统一治理，防止次生土壤盐碱化。

水盐兼治的实质是对土壤中水盐运动的科学管理。土壤中多余的可溶性盐分，通过水分管理在排水的同时带走土壤中多余的盐分。在水分管理中，遵循两条原理：一是系统原理，即把水盐的来源、运输、再分配和排除看成是一个统一的、连续的运动系统；二是平衡原理，即运用水盐平衡的理论和方法去观察、分析和管理区域的水盐运动。水盐管理的主要内容包括排水、灌溉、洗盐、水源的水质管理和盐碱变化动态监测。排水可以加速水分运动，调节土壤中水盐的运动和平衡，所以是控制土壤次生盐碱化的关键技术。

场地完成基础填垫和粗平整后建设排盐工程。排盐工程采用暗管排盐盲管、支排水管和主排水管模式。施工时还多次与设计方和监理沟通，在执行设计方案的基础上，针对现场的栽植模式和地下水位，因地制宜的进行调整。

3.3 增施有机肥和改良剂，全面培育绿地土壤

有机肥可有效提高土壤有机质含量，改善土壤物理性质，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，从而加强淋盐作用，减少蒸发，抑制返盐；有机肥中的腐殖酸还可对土壤中的盐分起缓和作用，减弱盐分对植物的危害；有机肥为微生物提供能源和营养，促进土壤微生物的繁殖和活性；有机物可促使土壤溶液中的活性金属形成络合物或螯合物，或使重金属以碱化物形式沉淀，降低活性；有机肥补充植物必须的多种营养元素，使苗木更快适应环境，恢复长势，增加苗木的抗性，提高成活率，并维持茁壮成长。

土壤改良剂是以钙质化合物为主的一种混合物。其作用如下：一是使土壤中钙离子浓度增加，以代换出土壤胶体上的钠离子，降低土壤碱化度；二是钙作为电解质可以改善钠质土在冲洗改良期间水的传导度，从而增加粘质土的渗透性，提高脱盐效果；三是石灰可使许多重金属（如Cd、Hg、Zn、Pb等）形成氢氧化物沉淀，降低毒性。

4 绿地土壤退化预警对策和建议

4.1 制定绿地土壤保护的管理办法

对于城市景观绿地，应严禁一切可能污染土壤以及破坏土壤保护相关的活动。应严禁游人向绿地排放垃圾和其他废弃物，防止游人践踏，冬季降雪时严格控制融雪剂的危害等。借鉴国内外经验制定城市绿地土壤保护管理办法。

4.2 加强绿地土壤保护的长效管理

主要是加强土壤肥水的长效管理。改变园林植物不需施肥的习惯，要在园林植物各个不同生长阶段增施有机肥料和速效性复合肥料。对重点树种和重点区域，还应结合施肥适当深翻，以刺激新根发生，保证树木随树龄的增长对肥、水的需要，促使树体健壮。每年生长期应中耕除草，以减少水分蒸发和养分消耗，防止土壤返盐，使踏实的园土恢复疏松。合理灌溉和排水，保持土壤水盐平衡。在园林植物生长过程中，发现土壤生态功能低下时，还要松土、深翻、补施微生物肥料等。通过各种长效管理措施，改善土壤理化性状，促进土壤生物活性，实现土壤养分有效供给，保障绿地土壤可持续利用。

4.3 建立绿地土壤质量退化预警系统

土壤本身具有的潜在性和滞后性特点，使得土壤总是在严重退化后才被人们发现和认知，后果严重且很难恢复。因此，园林管理部门要加强土壤退化的监测与预警系统研究，在园区设置土壤退化监测基准点，定期开展土壤水盐动态和土壤质量演变的监测，建立土壤退化动态监测与动态数据库及其管理信息系统。对中心绿地土壤质量演变进行预测预报，及时采取措施，防止进一步退化。

4.4 开展退化土壤生态系统恢复与重建的研究

主要运用生态学原理及专家系统等技术，研究和开发以绿地土壤持续利用为目标的土壤和环境综合整治决策支持系统与优化模式，退化土壤质量恢复重建的关键技术及其集成运用的试验示范研究等，为城市绿地土壤退化防治提供决策咨询和示范样板。

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