南京市绿地土壤养分特征及空间分布

王红 徐静 谢晓金

摘要：基于实地调查和室内分析，分析江苏省南京市主城区绿地表层土壤的pH值、电导率、碱解氮含量、有效磷含量、速效钾含量以及有机质含量，并基于ArcGIS 10.4运用反距离权重法进行空间插值模拟土壤养分空间分布。结果表明，南京市各类型城市绿地的pH值为中性偏弱碱性，差异性较小。除个别采样点出现极值外，绝大部分样点电导率在100～200 μS/cm之间，各样点间无显著差异。从养分含量分析来看，公园绿地类型的有效磷和有机质含量较低，居住绿地类型的碱解氮含量较低。总体来讲，南京市主城区绿地土壤的碱解氮含量偏低，有机质含量中等，有效磷含量和速效钾含量偏高。南京市绿地土壤综合肥力指数偏小，大部分区域处于土壤养分较低水平。

关键词：城市绿地;土壤养分;空间分布;南京市;土壤类型

城市绿地是指用以栽植树木花草和布置的配套设施，基本上由绿色植物所覆盖，并赋以一定的功能与用途的场地[1]。城市绿地是城市生态系统的重要组成部分，在改善环境质量、调节系统平衡、美化城市景观等方面起着重要作用[2-3]。目前关于城市绿地的报道，多集中于城市景观规划[4-5]、绿地生态系统结构和功能[6-7]等方面，而针对城市绿地土壤的研究[8-10]颇少。城市绿地土壤质量直接涉及人们的健康与安全，因此，掌握城市绿地土壤的理化特性及养分状况，对加强城市绿地管理、改善城市绿地质量和环境健康、增进城市生态可持续发展具有重要意义[11]。

本研究以江苏省南京市主城区为研究对象，采用网格与CJJ/T 85—2017《城市绿地分类标准》，结合南京市绿地实际情况，在南京主城区布设230个样点;其中，道路绿地样点55个、公园绿地样点119个、居住绿地类样点31个和其他附属绿地样点（大学、产业园等）25个。通过研究南京市绿地土壤的理化性质，分析其养分状况和空间分布特征，以期为南京市土壤改良和园林绿化建设提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区状况

南京市（31°14′～32°37′N，118°22′～119°14′E）位于长江下游的宁镇丘陵地区，东临长江三角洲，西靠皖南丘陵，南连太湖水网，北接江淮平原，“黄金水道”长江穿越境域。南京市共辖11个区，包括鼓楼区、玄武区、秦淮区、建邺区、雨花台区、栖霞区、六合区、浦口区、江宁区、溧水区和高淳区，共计94条街道，6个镇，总面积6 622.45 km2。南京市水域面积占总面积的11%以上，林木覆盖率为264%，建成区绿化覆盖率为45%，人均公共绿地面积为 13.7 m2，研究区域气候属亚热带季风气候，雨量充沛，年降水量1 200 mm，年平均降水量 1 106 mm，四季分明，年平均温度 15.4 ℃，年极端气温最高39.7 ℃，最低-13.1 ℃。本研究选择南京主城区：雨花台区、建邺区、秦淮区、鼓楼区、玄武区、栖霞区等核心区域为研究区。

1.2 采样点的确定

于2018—2019年期间采集土壤样品，本研究采用地理信息系统技术和网格化方法结合南京市绿地实际情况，确定了230个采样点。采样点基本覆盖南京市主城区的绿地土壤。采样点主要选择在网格内的绿化区域，在同一网格内，选取环境接近，绿地类型相近的点位取土;如果不能达到上述条件，则尽量在同一绿地类型范围内采集土壤样品进行混合。采样点的分布见图1。

1.3 土壤样品的采集

根据“1.2”节要求随机选取样点，记录每个样点的绿地类型和植被类型，并利用全球定位系统（GPS）记录每个采样点的坐标位置。采集绿地表层（0～30 cm）土壤，每个网格内按具体情况采用S形布设8～10个点进行采样，均匀混合后装袋。样品带回实验室，将土壤样品自然风干后，再用木棒压碎，去除石砾、杂物、草根等，并分别过2 mm和0149 mm尼龙筛，用于土壤各项指标的测定。

1.4 土壤样品的测定

土壤pH值采用电位法测定，碱解氮含量采用碱解扩散法测定，有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定，有机质含量采用重铬酸钾容量法测定[12-13]。

1.5 绿地土壤养分综合评价

1.5.1 土壤肥力指标值的隶属函数 隶属函数是一种对受多种因素影响的事物做出全面的评价的十分有效的多因素决策方法，其特點是评价结果不是绝对的肯定或否定，而是以一个模糊集合来表示土壤是受环境中诸多因素综合作用和影响的一个开放型的复杂体系。各项肥力指标对土壤综合肥力的影响各不相同，为使计算结果客观、科学，在计算土壤综合肥力指标值时，本研究运用对各项肥力指标求隶属度的方法[14]，先对数据进行一定的数学处理。

1.5.2 土壤综合肥力指标值 土壤肥力是衡量土壤提供植物生长所需的各种养分的能力，是土壤各种基本性质的综合表现[15]。土壤综合肥力指数（integrated fertility index，IFI）是一个全面反映土壤养分肥力状况的指标值[16]，其值大小表示土壤的综合肥力等级，在相互交叉的同类指标间采用加法合成，计算如下：

1.6 数据处理与分析

采用Excel、SPSS 22.0对土壤pH值、电导率、碱解氮含量、有效磷含量、速效钾含量与有机质含量进行统计和分析;采用ArcGIS 10.4对土壤采样点分布、土壤养分空间分布进行分析和作图。

2 结果与分析

2.1 南京市绿地土壤养分含量特征

由表1可知，南京市绿地土壤的平均pH值为7.68，最大值为8.19，最小值为5.00，变异系数为004。南京市绿地土壤的pH值基本在中性至碱性的范围内，pH值变异不大。土壤电导率反映了一定水分条件下土壤盐分的实际状况，在一定浓度范围内，土壤溶液含盐量与电导率呈正相关关系，溶解的盐类越多，电导率越大。在230个样点中，土壤电导率最大值是723.00 μS/cm，最小值是 14.90 μS/cm，最大值是最小值的近50倍，南京市绿地土壤的平均电导率为175.52 μS/cm，标准差为68.37 μS/cm，变异系数为0.39，为中等变异，说明南京市绿地土壤电导率差异较为明显。

土壤碱解氮是植物可以直接吸收利用的水溶性氮，其含量与植物生长具有密切的关系，是土壤肥力的重要指标。调查表明，南京市绿地土壤平均碱解氮含量为74.66 mg/kg，标准差为28.21 mg/kg，变异系数为0.38，为中等变异，表明不同样点的碱解氮含量差异很大。230个样点中，碱解氮含量最大为20242 mg/kg，根据第2次全国土壤养分状况分级标准（表2），处于1级水平;碱解氮含量最小为2182 mg/kg，处于6级水平，最大值是最小值的近10倍。磷是植物必需营养元素之一，对植物的抗逆性具有重要作用，土壤的供磷水平通常用有效磷含量表示。南京市绿地土壤平均有效磷含量为 16.78 mg/kg，标准差为7.85 mg/kg，变异系数为047，属于中等变异。在230个样点中，有效磷含量最大为60.26 mg/kg，处于1级水平;有效磷含量最小为3.10 mg/kg，处于5级水平。土壤电导率、碱解氮和有效磷异质化过程也直接反映了土壤上植被类型异质化。

土壤速效钾含量是衡量土壤钾素养分供应能力的指标，可表征当前和近期可供植物吸收利用的钾含量。南京市绿地土壤平均速效钾含量为15535 mg/kg，标准差为45.95 mg/kg，变异系数为030，同样属于中等变异，说明南京市绿地土壤速效钾含量差异也不明显。速效钾含量最大为 381.84 mg/kg，处于1级水平;最小速效钾含量为61.70 mg/kg，处于4级水平。土壤有机质指存在于土壤中的所有含碳的有机物质，是最能体现土壤质量的单一指标。南京市绿地土壤的平均有机质含量为2.21%，最大值达到10.71%，最小值为003%，变异系数为061，为高度变异;这表明南京市绿地土壤有机质含量具有较大差异，南京市绿地土壤有机质含量大部分处于3、4级水平。

如表2所示，南京市绿地土壤碱解氮含量大部分集中在30～120 mg/kg之间，占所有样点的9000%。其中碱解氮含量为60～90 mg/kg的样点数最多，占39.57%，其次为含量在30～60 mg/kg的样点数，占30.87%。处于中上（1～3级）水平的样点数约占总样点数的25.65%，所占比例较小，说明南京市绿地土壤碱解氮含量总体较低，土壤供氮能力较弱，植物正常生长发育会受到影响。相比于碱解氮，南京市绿地土壤有效磷含量水平较高，且大部分样点集中在5～40 mg/kg。其中，含量在10～20 mg/kg 的样点数量最多，占53.49%，其次为 20～40 mg/kg的样点数量，占28.26%，≥40 mg/kg的样点数量占1.74%。处于中上（1～3级）水平的样点约占总样点数的83.48%，所占比例较大，说明南京市绿地土壤可被植物吸收利用的磷含量较高，可满足植物正常生长需要。

南京市绿地土壤中的速效钾含量也较高。大部分样点的速效钾含量在100～200 mg/kg之间，占总样点数的86.95%。其中，含量在100～150 mg/kg的样点数最多，占51.30%。≥200 mg/kg的样点数占913%。南京市大部分绿地土壤的速效钾含量处于中上水平，还有一部分处于极高水平，表明南京市绿地土壤中的速效钾含量能满足植物正常生长需要。南京市绿地土壤有机质含量大部分集中在1%～3%，占总样点数的60.87%，即大部分的样点处于中等肥力水平。有机质含量在3%以上的样点数占23.48%，土壤肥力水平较高。而有机质含量小于1%的样点数占15.65%。处于中上（1～3级）水平的样点约占总样点数的49.57%，不足总样点数的一半，说明南京市绿地土壤有机质含量总体不高，一些样点的植物正常生长发育可能会受到影响。

2.2 不同类型绿地土壤养分特征

由表3可知，不同类型绿地土壤的碱解氮含量和速效钾含量无显著性差异。其他附属绿地土壤的碱解氮含量最高，其次为道路绿地。根据第2次全国土壤养分状况分级标准（表2），4种绿地平均碱解氮含量处于4级水平。居住绿地中的有效磷含量最高，其次为其他附属绿地，公园绿地中的有效磷含量最低。居住绿地、其他附属绿地和道路绿地间的有效磷含量差异不显著;居住绿地有效磷含量处于高水平，而道路绿地、公园绿地和其他附屬绿地处于中上水平。

道路绿地土壤的速效钾含量最高，其次为其他附属绿地，居民绿地最低，但不同类型绿地间的速效钾含量未见显著性差异。道路绿地、公园绿地、居住绿地和其他附属绿地速效钾含量处于高水平。道路绿地中的有机质含量最高，达到268%，显著高于公园绿地及其他附属类绿地，其次为居住绿地，公园绿地中的有机质含量最低;道路绿地、公园绿地和居住绿地处于中上水平，其他附属绿地处于中下水平。

居住绿地土壤pH值最高，且显著高于其他类型绿地。道路绿地、公园绿地和其他附属绿地间土壤pH值没有显著性差异，而公园绿地的pH值最低。居住绿地、道路绿地、公园绿地和其他附属绿地均呈碱性。道路绿地土壤的电导率最大，平均为205.03±105.20 μS/cm，其次为居住绿地，居住绿地、公园绿地及其他附属绿地间的电导率差异不显著;根据土壤电导率分级标准可知，不同类型绿地土壤均处于非盐化程度。

2.3 南京市绿地土壤养分的空间分布

根据实验室测定出的南京市绿地土壤各养分含量，利用AcrGis绘制土壤养分含量空间分布图（图2）。从图2-a可知，在南京市绝大部分城区土壤pH值都呈弱碱性，总体上城市外圈比内圈pH值高。其原因与南京市近几年城市建设大力向外扩张有关，大量居民区、商业区蓬勃发展，在受城市建筑石灰性充填物的影响下土壤呈碱性。低pH值的区域位于主城区的下蜀黄土性自然土壤。从图2-b可以看出，南京市绿地土壤电导率呈斑块状分布，电导率为27.24～691.56 μS/cm，其中在150～200 μS/cm区域范围最大。数值小的蓝色区域主要在西北角，及其他区域零星分布。总体来说，南京市土壤电导率值较低，调查样点中并未出现土壤电导率超高情况。

从图2-c可以看出，碱解氮含量最高的区域主要位于南京市燕子矶和大桥公园以北，较高的区域大部分位于市中心各类样地，包括公园绿地、道路绿地以及居住绿地等。较低区域主要在西面跟北面拐角。从图2-d、图2-e可以看出，土壤有效磷含量分布与速效钾含量相似。有效磷含量较高区域横插东南到西面，整体来看，占地区域较大;而有效磷含量较低区域仍然位于西南与北面大片范围。

从图2-d可以看出，速效钾含量较高的区域主要分布在市区内。速效钾含量较低的区域主要分布在西南面和东北面较大范围各类样地内，其中西南面位于鱼嘴公园区域，东北面位于聚宝山庄小区及燕子矶区域。从图2-f可以清晰看出，南京市区内，除自然植被外，土壤有机质含量为中等水平，说明人为扰动作用很强烈。

2.4 土壤养分综合评价

2.4.1 土壤肥力指标权重 从表4可以看出，南京市绿地土壤肥力各项指标间存在极显著相关性，且一个指标受多个指标变化的影响。碱解氮含量与有效磷、速效钾和有机质含量的相关系数分别为027、0.43和0.46;有效磷含量与速效钾、有机质含量的相关系数分别为0.52和0.26;速效钾含量和有机质含量相关系数为0.36，说明土壤某一种肥力指标高时，其他指标含量也相对比较高。

各肥力指标与其他肥力指标相关系数的平均数占所有肥力指标相关系数平均值之和的百分率即为该单项肥力指标对土壤综合肥力值的贡献率，从而得到各项肥力指标的权重（表5）。速效钾含量的权重最高，为0.29，有效磷含量的权重最小，为0.23。

2.4.2 南京市绿地土壤综合肥力分布特征 如表6所示，经过对230个样地的碱解氮、有效磷、速效钾以及有机质含量进行计算，得到南京市每个样地土壤肥力指标值（表省略）及不同类型绿地土壤综合肥力指标值。其中，道路绿地土壤综合肥力平均值为0.58，标准偏差为0.17，变异系数为030;公园绿地土壤综合肥力平均值为0.50，标准差为0.14，变异系数为0.28;居民绿地土壤综合肥力平均值為0.56，标准差为016，变异系数为028;其他附属绿地土壤综合肥力平均值为056，标准差为0.11，变异系数为0.20。总体来说，南京市城市绿地土壤综合肥力指标变异中等。

根据土壤养分综合评价目的以及该研究区的实际情况把土壤养分综合评价指标值（IFI）分为低、较低、中等、较高、高5个等级，即 0～0.2，0.2～04，0.4～0.6，0.6～0.8，08～1.0[17]。IFI值越高，说明土壤养分含量越高，植物生长所需的养分条件越好。由图3可知，南京市绿地IFI值为0.2～0.4 的占21.74%，属于土壤养分较低水平;IFI值为0.4～06 的占45.65%，属于土壤养分的中等水平;IFI值为0.6～0.8的占 28.26%，属于土壤养分的较高水平;IFI值为0.8～1.0的占4.35%，属于土壤养分的高水平。总体来说，南京市绿地土壤养分水平较差，大部分处于土壤养分较低水平。

由图4可知，南京市道路绿地土壤IFI 值 0.2～0.4 的占16.36%，0.4～0.6 的占32.73%，0.6～08的占 43.64%，0.8～1.0的占7.27%;南京市公园绿地土壤IFI 值 0.2～0.4 的占25.21%，0.4～06 的占50.46%，0.6～0.8的占21.85%，0.8～10的占2.52%;南京市居民绿地土壤IFI 值 0.2～0.4 的占12.90%，0.4～0.6 的占58.84%，0.6～08的占25.81%，0.8～1.0的占6.45%;其他附属绿地土壤IFI 值 0.2～0.4 的占8.00%，0.4～0.6的占 56.00%，0.6～0.8的占 32.00%，0.8～1.0的占 4.00%。

3 结论与结论

土壤养分是土壤肥力的重要物质基础，是物理、化学和生物性质的综合反映与作用结果，同时受自然因素和人类活动的影响，表现出明显的空间分异特征[18-20]。本研究对南京市主城区城市绿地土壤养分进行综合分析：城市绿地土壤pH值中性偏弱碱性，各类型绿地间差异性非常小;电导率值除某些采样点出现极值外，大部分数值在100～200 μS/cm 之间，不同类型绿地土壤的电导率值偏小，没有引起盐渍化的风险;南京市绿地土壤的碱解氮含量中等偏低，表明城市土壤中的氮元素有些缺乏;城市绿地土壤的有效磷含量水平较高，且大部分样点集中在5～40 mg/kg，可满足植物正常生长需求;大部分样地速效钾含量处于2～3级水平，中等偏高;有机质含量中等，但公园绿地和其他附属绿地某些区域的有机质含量偏低，植物生长会受到一定影响。本研究的数据主要来源于2018至2019年间南京市主区城城市绿地采样结果，仅仅是一个时间断面，今后还需连续监测、分析其养分状况演变特征。

从不同类型城市绿地土壤养分比较来看，其他附属绿地土壤的肥力最好，这部分地区主要来自于校园，可以证明有人管理的土壤肥力状况良好;而大部分防护绿地，部分公园绿地和道路绿地肥力状况较差;防护绿地主要来自卫生隔离带、道路防护绿地、城市高压走廊绿带、防风林、城市组团隔离带等，这些位置的土壤通常缺乏人为管理，导致防护绿地的肥力状况较差，而公园绿地和道路绿地肥力状况如何，要看那一区域的直辖管理人员是否关注绿地的肥力情况，及时为土壤补充肥力。

从空间分布图来看，南京市绿地土壤城市外圈比内圈pH值高;电导率、碱解氮、有效磷、速效钾以及有机质分布呈斑块状，电导率高值区主要分散在南京市的西面，中值主要出现于中东部位置。土壤碱解氮含量高的区域位于城市中央以及北角，而东北角及南面碱解氮含量较少;中央位置的土壤有效磷含量比外围高，北面、南面和西面的土壤有效磷含量低;土壤速效钾含量由西南向东南逐渐增加，高值区主要分布在东北和西南方向，低值区主要分布在西北方向;有机质含量高的区域位于东面和北面小部分区域，中央位置也有零星分布。

土壤养分综合评价结果显示，南京市主城区土壤养分综合指数为0.32～0.91。其中较低水平占21.74%，中等水平占45.65%，较高、高水平占3261%，总体来说，南京市绿地土壤养分综合指数偏小，大部分区域处于土壤养分较低水平。

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