兰州市区七叶树土壤养分状况研究

张建旗，程晓月，赵 峰，许宏刚

(兰州市园林科学研究所，甘肃 兰州 730070)

行道树是现代城市园林绿化中随处可见的绿化树种。行道树具有补充氧气、净化空气，减轻噪音，提高行车安全等功能，是城市绿化的重要组成部分。土壤是影响行道树生长的重要环境因子，又是城市园林植物生长的介质和养分供应者，是影响到植物健康生长、有效发挥其景观和生态功能的重要因素，其质量的高低直接影响城市园林绿化的效果[1]。重视城市绿地土壤质量，是园林植物良好生长的必要条件和增强城市景观观赏性的前提，也是实现城市园林绿化可持续发展的根本，土壤养分对植物的生长发育非常重要。

近年来，随着国家西部大开发战略的深入实施和兰州市经济的迅速发展，城市环境建设的力度越来越大，兰州市的城市面貌和人居环境发生了巨大的变化，为了兰州市行道树种植搭配多元化和美化观赏效果，解决园林树种单一问题，逐步将悬铃木(Platanusispanica)、七叶树(Aesculuschinensis)、银杏(Ginkgobiloba)、栾树(Koelreuteriapaniculata)等[2-3]树种引入兰州市园林绿化中，但栽植后一些树种出现生长缓慢，树叶早期发黄、枯稍、死顶、枯边、枯枝等现象。七叶树属于七叶树科七叶树属，其树形优美、花大秀丽，果形奇特，是观叶、观花、观果不可多得的树种，为世界著名的观赏树种之一。七叶树喜光，喜温暖，稍耐阴，也耐寒，在夏季烈日下树皮和叶子易遭日灼。深根性，萌芽力强，生长速度中等偏慢，寿命长，抗烟尘。宜作庭荫树和行道树。以兰州市城关区、七里河区、安宁区、西固区生长较多的七叶树为研究对象，通过对土壤养分含量、土壤酸碱度等相关因子分析，了解4区七叶树生长的土壤状况，以期为兰州市行道树的正常生长、合理施肥提供科学依据，从而更好地发挥行道树的社会效益和生态效益。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

兰州市主城区(城关、七里河、西固、安宁区)地理坐标为N 35°50′～36°55′，E 103°19′～103°59′，面积1 112.20 km2。市区海拔平均高1 520 m。属温带干旱气候，干燥少雨，年均气温9.8℃，极端最高温为39.8℃，极端最低温为-19.7℃，气温平均日较差12.9℃，年较差29.1℃，≥10℃的年积温为3 242.0℃，年均降水量311.7 mm，年最大降水量546.7 mm，最小降水量155.3 mm，降水主要集中在6～9月，占全年降水量的60%以上，年均日照时数2 446 h，年均蒸发量1 600 mm，为年均降水量的4.6倍，年均相对湿度58%；无霜期185～200 d，最大冻土层1.2 m。市区多为人工植被，且均具有观赏价值，主要行道树国槐(Sophorajaponica)、银杏、悬铃木、刺槐(Robiniapseudoacacia)、旱柳(Salixmatsudana)、雪松(Cedrusdeodara)、七叶树等[4]。

1.2 样品采集与处理

选取兰州市4区可以代表兰州市七叶树生长现状且树龄10年的植株(共24棵)，于2016年5月(春季)、7月(夏季)和10月(秋季)在同一时间段分别利用土钻对每棵树穴不同土层(0～20、20～40、40～60 cm)采集土样，每个树穴在离树干20～30 cm处随机重复3次，将每层土样混合装入自封袋带回实验室，同一个区域间隔15 m取一个样点，共取6个样点。土样通过自然风干后碾碎，分别过0.50 mm和0.25 mm筛备用，测定其pH、有机质、有效P、速效K和水解性N的含量。

表1 调查树种的基本状况与调查地点

1.2 测定方法

因土壤速效养分是水溶性养分，能够直接被植物吸收利用，可以直接反映植物生长的需要，土壤pH、有机质、有效P、速效K和水解N含量的测定参照文献[5-8]方法进行。

(1)pH依据LY/T1239-1999 采用酸度计测定2.5∶1水土比下的值。

(2)土壤有机质依据LY/T1237-1999 采用重铬酸钾-硫酸氧化外加热法。

(3)土壤有效P 依据LY/T1233-1999 采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法。

(4)土壤速效K 依据LY/-1236-1999 采用乙酸铵浸提火焰光度法。

(5)土壤水解N 依据LY/T1229-1999 采用碱解扩散法。

1.3 统计分析

数据处理和绘图采用Excel软件，方差分析运用SPSS 17.0软件。依据全国第2次土壤普查技术规程[9-10](表2)和园林种植土质量要求[11](表3)，分析采集土壤的养分状况。

表2 土壤养分分级标准

表3 园林种植土质量要求

2 结果与分析

2.1 土壤有机质含量变化

有机质含量随土层深度的增加而降低，在同一土层下，西固区夏季土壤有机质含量明显高于春季和秋季；其余3个区域的土壤有机质含量均呈现秋季含量最高，夏季含量较低。0～20 cm土层，城关区秋季的有机质含量最高，达42.7 g/kg，较七里河区、安宁区和西固区分别高出6%，21%和94%(图1)。不同区域土壤有机质平均含量表现为：城关区>七里河区>安宁区>西固区，城关区与其他3个区之间形成显著差异(P<0.05)，七里河区和安宁区之间差异不显著；不同季节土壤有机质平均含量表现为：秋季>春季>夏季，这是否与植物生长和落叶有关，有待进一步研究(图2，3)。根据表2所列土壤分级标准可知，城关区的土壤有机质含量处于二级水平，七里河区和安宁区的土壤有机质含量处于三级水平，均符合园林种植土质量的要求；西固区的土壤有机质含量处于五级水平，不符合园林种植土质量的要求，在养护管理过程中应适当施入有机肥。

图1 不同土层土壤有机质的含量Fig.1 Changes of soil organic matter content in each depth in different regions

图2 不同区域土壤有机质的平均含量Fig.2 Mean soil organic content in different regions

图3 不同季节土壤有机质的平均含量Fig.3 Mean soil organic content in different seasons

2.2 土壤水解N含量变化

样区土壤中秋季水解N含量最低，夏季次之，春季最高。七里河区3季的土壤水解N含量均随着土层深度的增加而降低；西固区春秋两季的土壤水解N含量出现中间土层低，夏季随着土层深度的增加而增加；安宁区春夏两季的土壤水解N含量出现中间土层低，秋季随着土层深度的增加而增加的现象；城关区呈现出春季中间层低，秋季中间层高，夏季的土壤水解N含量随着土层深度的增加而降低。0～60 cm土壤水解N平均含量表现为：城关区>安宁区>七里河区>西固区，并且差异性显著(P<0.05)。城关区土壤水解N平均含量高达77.5mg/kg，七里河区和安宁区土壤水解N平均含量分别为62.7和68.9 mg/kg，而西固区的土壤水解N平均含量只有33.6 mg/kg，4个区的土壤状况均不符合园林种植土的质量要求，应当在夏季适当追施氮肥(图4～6)。

图4 不同土层土壤水解N分层含量变化Fig.4 Changes of soil available N content in each depth in different regions

图5 不同区域土壤水解N的平均含量Fig.5 Mean soil available N in different regions

图6 不同季节土壤水解N的平均含量Fig.6 Average soil available N in different seasons

2.3 土壤有效P含量变化

土壤有效P含量主要集中在表层(0～20 cm)，城关区夏季表层土壤中有效P含量达118 mg/kg，比春季和秋季分别高出26.5%和23.8%，秋季随着土层深度的增加，有效P含量降至极低，只有10.8 mg/kg，七里河区的土壤有效P含量随着土层深度的增加和季节的不同，变化不明显；整体上夏季土壤中有效P含量较高，秋季较低，尤其城关区秋季最为明显，但安宁区秋季有效P含量表层最高，4个区域夏季土壤中有效P含量平均为65.76 mg/kg，分别高出春秋两季20.02%和32.88%。不同区域土壤有效P平均含量不同，且差异显著，城关区土壤有效P平均含量较高，为78.6 mg/kg，处于一级；七里河区和安宁区分别为57.4 mg/kg和51.8 mg/kg，处于一级；西固区土壤有效P平均含量较低，为28.9 mg/kg，处于二级；4个区域的土壤有效P平均含量均达到了园林种植土的质量要求(图7～9)。

2.4 不同区域土壤速效K含量变化

土壤速效K含量均集中在土壤表层，与土层深度成反比；西固区、安宁区和城关区夏季土壤表层速效K含量明显高于春季和秋季，七里河区是春季高于夏季和秋季；随着植物的生长，4个区域0～60 cm土层深度中土壤速效K平均含量呈现出秋季<夏季<春季。不同区域土壤速效K含量不尽相同，并且各区之间差异显著。城关区土壤速效K含量最高，达257 mg/kg，处于一级；安宁区土壤速效K含量次之，为240 mg/kg，同样处于一级；西固区土壤速效K含量为172 mg/kg，处于二级；七里河区土壤速效K含量为111 mg/kg，处于三级；均达到了园林种植土的质量要求(图10～12)。

图7 不同土层土壤有效P的含量Fig.7 Changes of soil available P content in each depth in different regions

图8 不同区域土壤有效P的平均含量Fig.8 Average soil available P in different regions

图9 不同季节土壤有效P的平均含量Fig.9 Mean soil available P in different seasons

图10 不同区域土壤速效K分层含量Fig.10 Changes of soil available K content in each depth in different regions

图11 不同区域土壤速效K的平均含量Fig.11 Average soil available K in different regions

图12 不同季节土壤速效K平均含量Fig.12 Mean soil available K in different seasons

2.5 不同区域土壤pH变化

所调查区域的土壤pH均在8.3以上，都超出了园林种植土的质量要求。各区域不同季节pH变化不同，西固区秋季pH明显大于春季和夏季，表层略大于下层，但变化不明显；安宁区春季pH较低，夏季较高，当土层40～60 cm时，秋季pH偏高；七里河区的pH春季最低，在土层0～20 cm时，秋季>夏季>春季，在土层20～60 cm时，秋季和夏季变化不大；城关区在0～40 cm土层时，夏季pH较低，秋季较高，土层40～60 cm时，三季的pH变化不明显。不同区域土壤平均pH表现为：西固区>安宁区>七里河区>城关区，且各区域间有显著性差异；不同季节土壤pH平均表现为：秋季>夏季>春季(图13～15)。

图13 不同区域土壤pH分层含量变化Fig.13 Changes of soil pH in each depth in different regions

图14 不同区域pH的平均含量Fig.14 Average soil pH in different regions

图15 不同季节pH的平均含量Fig.15 Average soil pH in different seasons

3 讨论

土壤是影响行道树生长的重要环境因子，其养分状况直接影响着行道树的生长以及生态效益和景观功能的发挥，从而在一定程度上决定了城市绿化建设的质量。城市中的落叶、残枝作为垃圾被清除，造成土壤营养循环中断，基本上没有养分补给，土壤养分含量较低[12]。有机质是土壤的重要组成部分，虽然有机质含量只占土壤总量的很小一部分，但它在土壤肥力上起着多方面的作用[13-14]。土壤有机质的含量与土壤肥力呈正相关，在很大程度上影响着土壤结构、持水性、稳定性、缓冲性及生物多样性等，影响着土壤中其他营养元素的可利用状态和土壤的肥力及植物的生长[15]。本研究中，土壤有机质具有明显的表聚现象，这与前人研究结果相似[16]。

水解氮的测定为我们了解土壤的肥力状况和有机质的矿化程度提供依据，它在一定程度上反映着土壤氮素在近期内的供应水平[17-18]；土壤中有效磷的测定能全面的说明土壤磷肥的肥力[19]；钾素是增强植物对干旱、霜冻等的抵抗力，钾肥有护苗的作用，土壤中速效钾的含量是最能直接反映土壤供钾能力的指标，对判断土壤中钾素供应状况具有重要的意义[20]，甘肃省土壤中钾素含量普遍比较丰富[21]，故不单独施用钾肥。从本研究结果看，兰州市区土壤有效磷和速效钾含量虽说秋季较低，但均符合园林种植土的质量要求；市区土壤水解氮含量偏低，处于四级水平，不符合园林种植土的质量要求。

土壤酸碱性是衡量土壤肥力的一个重要指标，影响着土壤中的一系列物理、化学、生物反应和土壤养分的有效性及其理化性质，并且对植物的生长也起到一定的限制作用[22]。试验中发现兰州市区的土壤pH与园林种植土的质量要求相差较远，含量均较高，并和有机质含量呈负相关，这是由于有机质在分解过程中产生单宁、有机酸多，导致pH下降，这和吕世丽等人的研究结果相吻合[23]。可用3‰的硫酸亚铁溶液中和3～4次或腐殖酸肥料等进行中和，以降低土壤的酸碱度，改良土壤环境。整体上土壤质量较差，土壤养分含量的变化与植物生长的相关性还需进一步深入研究。

4 结论

通过对兰州市4个主城区相关指标的测定以及对各项指标的综合分析，结果表明：不同季节、不同区域土壤养分状况不尽相同。整体上3个季节土壤养分状况表现为：春季>夏季>秋季，pH表现为：秋季>夏季>春季；4个区域的土壤养分状况从高到低顺序依次为：城关区>七里河区>安宁区>西固区。所调查区域内除速效K外，有机质、水解N、有效P的含量整体较低，而pH整体较高，土壤质量较低(尤其是西固区)，应加强行道树的养护管理。

[1] 吴刘萍,李敏,孔令培,等.湛江市城市行道树调查与分析[J].林业科技开发,2006(2):20-26.

[2] 李丽雅,丁蕴铮,侯晓丽,等.城市土壤特性与绿化树生长势衰弱关系研究[J].东北师大学报(自然科学版),2006,38(3):124-127.

[3] 张莉萍.兰州市南北两山人工林结构特征及生长状况研究[D].兰州：甘肃农业大学,2007.

[4] 王万鹏,俞诗源,钟芳,等.兰州市南北两山植物动物资源[M].兰州：甘肃科学技术出版社,2010.

[5] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：农业出版社,1999:178-200.

[6] 龚子同.中国科学院南京土壤研究所土壤理化分析[M].上海：上海科技出版社,1978:196-211.

[7] 姜培坤.土壤理化分析实验[M].北京:北京林业大学出版社,2002.

[8] 黄昌勇.土壤学[M].北京:农业出版社,2000.

[9] 张茂康.甘肃土壤[M]．北京:农业出版社,1993.

[10] 李红裔,张野,赵迪,等.2010年学术年会论文集[C].中国植物营养与肥料学会,2010：7.

[11] 青岛市质量技术监督局.园林种植土质量要求[S].DB37021T088-2006.

[12] 伍海兵.城市绿地土壤物理性质特征及其改良研究[D].南京:南京农业大学,2013.

[13] 韩继红,李传省,黄秋平.城市土壤对园林植物生长的影响极其改善措施[J].中国园林,2003(7)：7476.

[14] 王俊峰,李强,黄思铭.三环路绿化土壤分析与植物养护[J].绿色科技,2016(9)：40-43.

[15] 张瑜,吴永华,张建旗，等.兰州市黄河风情线行道树柳树穴土壤有机质及盐碱特征[J]草原与草坪,2013(6):67-71.

[16] 李兴明,车克钧,杨永红,等.白龙江上游不同海拔森林土壤养分变化规律研究[J].甘肃农业大学学报,2014,49(6):131-137.

[17] 雷小鹏，张兴华，李贤伟，等.川西米亚罗林区不同分类型土壤养分性质研究[J].水土保持研究,2012(3):58-62,66.

[18] 蒋文伟,周国模,余树全,等.安吉山地主要森林类型土壤养分状况的研究[J].水土保持学报,2004,18(4):73-76.

[19] 金为民.土壤肥料[M].北京:中国农业出版社,2001.

[20] Wang S，Ruan H,Wang B.Effects of soil microarthropods on plant litter decomposition across an elevation gradient in the Wuryi Mountains[J].Soil Biology and Biochemistry,2009,41(5):891-897.

[21] 甘肃土壤普查办公室.甘肃土壤[M].北京：农业出版社，1987.

[22] 蒲小鹏,郑立颖,许正强,等.兰州市五泉山公园古树土壤营养分析[J].草原与草坪,2011(3):81-84.

[23] 吕世丽,李新平,李文斌,等.牛背梁自然保护区不同海拔高度森林土壤养分特征分析[J].西北农林科技大学学报(自然科学版)，2013，41(4):161-177.