城市典型搬迁地土壤质量特征及绿化障碍因子研究

梁 晶

伍海兵

张 浪*

随着人口不断增加，城市土地资源日趋紧张，土地置换开发已成为城市土地可持续利用的重要手段[1]。尤其是城中村、工企业等城市困难立地，已不能满足城市生态宜居的要求，逐渐被搬迁并规划为城市发展用地。其中，绿化是城市发展规划的重要组成部分，也是唯一有生命的基础设施。作为“生态文明”建设的重要内容，绿化质量直接影响到城市文明和生态环境建设的质量和水准。随着城市绿化需求快速增加与土地资源紧缺的矛盾日益严重，越来越多的困难立地被广泛用于绿化建设[2]。城市搬迁地作为困难立地的主要类型之一[3]，由于搬迁地原场地所从事的生产或活动不同，其土壤质量存在差异。例如，城中村搬迁地可能存在一些菜园地、农田等用地，经过人为耕作或培肥，土壤质量往往相对较好；而某些化工场地，虽然在搬迁后经过土壤修复，土壤污染得到了控制，但在修复中土壤质量遭到了不同程度破坏或退化，其土壤是否适合绿化尚不清楚。以往学者更关注搬迁地污染特征[4]及其修复技术研究[5]，对土壤理化特征研究较少，更缺乏对搬迁地绿化用土壤质量主要障碍因子的研究，然而搬迁地土壤质量的优劣直接决定绿化的成败。为此，本研究以上海城中村和工企业搬迁地为典型案例，主要对场地中的土壤理化性质进行调查和分析评价，并对不同类型搬迁地土壤质量进行对比分析，探讨搬迁地土壤理化性质特征规律、障碍因子及其障碍程度，为城市搬迁地用于绿化提供理论依据，提升搬迁地绿化质量水平，以期为城市绿化景观效果的充分发挥提供技术保障。

1 研究区域和方法

1.1 研究区域概况

上海地处东经120°52′～122°12′、北纬30°40′～31°53′，属亚热带季风性气候，年均气温17.6℃，年均日照1 886h，年均降雨量1 173mm。上海位于长江入海口、太湖流域东缘，是长江三角洲冲积平原的一部分。

1.2 研究方法

1.2.1 样品采集和处理

选择上海浦东新区、普陀区、嘉定区和青浦区4个行政区的城中村和工企业搬迁地共27个样点作为研究对象(图1)，其中城中村搬迁地采集了13个样点，其历史用地中包含宅基地、农田、附属绿地等；工企业搬迁地采集了14个样点，其历史用地中包含工业园区、机械铸造厂、物流仓储、纺织厂等。采集0～50cm的表层土，每个样点做5组重复。

图1 搬迁地土壤采样点分布(作者绘)

1.2.2 测定方法

土壤容重、总孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、饱和持水量和田间持水量采用环刀法，土壤入渗率采用双环刀法，石砾含量采用质量法，土壤pH值采用电位法，土壤电导率(EC)采用电导法，土壤有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法，土壤水解性氮采用碱解-扩散法，土壤有效磷采用碳酸氢钠浸提法，土壤速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法[6]。

1.2.3 数据处理

采用Excel 2007和SPSS 17.0软件对数据进行统计分析，采用单因素方差分析(oneway ANOVA)和LSD法对不同搬迁地类型土壤理化性质的差异性进行方差分析和多重比较(α=0.05)，采用主成分分析法对搬迁地土壤进行主要因子分析。

2 结果与分析

2.1 搬迁地土壤理化性质特征

2.1.1 土壤容重

搬迁地土壤容重变化较大，变化范围为0.90～1.63Mg/m3，均值为1.42Mg/m3(表1)，土壤容重大，压实较严重，这与杨金玲等研究结果一致[7]。其中，土壤容重最小的点位于嘉定区的城中村搬迁地地块，而容重最大的点位于浦东新区的工企业搬迁地地块。有研究表明，当土壤容重达到1.4Mg/m3时，植物的根系生长会受到限制[8]。行业标准《绿化种植土壤》(CJ/T 340—2016)要求土壤容重小于1.35Mg/m3，而上海则有77.8%搬迁地土壤容重超过了1.35Mg/m3，甚有59.3%的搬迁地土壤容重超过了1.4Mg/m3。可见，搬迁地土壤容重过高，是影响其作为绿化用的主要障碍因素之一。

2.1.2 土壤水分

搬迁地土壤饱和持水量(253.90～684.94g/kg)和田间持水量(241.63～627.16g/kg)变化均较大，且均值分别为350.55和320.88g/kg(表1)，土壤饱和持水量和田间持水量均较低。这表明，搬迁地土壤供水和水分涵养能力较差，用于绿化时，应加强水分的供给，以防止植物因缺水而死亡。另外，搬迁地土壤饱和持水量与田间持水量变异系数较大，分别为0.24和0.23，说明各搬迁地土壤水分变化较大。

2.1.3 土壤孔隙

搬迁地土壤各类孔隙变化均较大，其中非毛管孔隙度变化范围为1.22%～6.06%，均值仅为3.31%(表1)。土壤非毛管孔隙度整体偏低，低于上海中心城区绿地土壤[9]，也低于南京城市土壤[7]。土壤非毛管孔隙度最小的点位于浦东新区的工企业搬迁地，最大的点位于青浦区的城中村搬迁地。《绿化种植土壤》(CJ/T 340—2016)要求土壤非毛管孔隙度在5%～25%，但仅有2个城中村搬迁地土壤样点在标准范围内，其他92.6%的搬迁地小于标准要求。搬迁地土壤毛管孔隙度变化范围为39.01%～57.65%，均值为45.33%；总孔隙度变化范围为41.23～61.41%，均值为48.64%，土壤毛管孔隙度和总孔隙度也均较低。有研究表明，适合植物生长的最佳孔隙度在50%～56%[10]，而本次调查的27个样点中，有67%的土壤总孔隙度低于50%。另外，在搬迁地各类孔隙中，毛管孔隙度和总孔隙度的变异系数相对较小，分别为0.09和0.10；而非毛管孔隙度变异系数较大，为0.40。由此可见，不同搬迁地样点间土壤毛管孔隙度和总孔隙度空间变异相对较小，而土壤非毛管孔隙度空间变异较大，这与伍海兵研究上海中心城区不同绿地土壤各孔隙度的变化相一致[9]。

2.1.4 土壤入渗率

搬迁地土壤入渗率变化大，变化范围为0～112.41mm/h，均值为13.68mm/h，而中位数仅为1.05mm/h(表1)，低于上海中心城区绿地土壤入渗率(3.5mm/h)[9]，也低于《绿化种植土壤》(CJ/T 340—2016)中要求入渗率大于5mm/h的最低限值要求。另外，各搬迁地土壤入渗率变异系数大，高达2.04，不同搬迁地土壤入渗率空间变异大。

2.1.5 石砾含量

土壤中的石砾会改变土壤容重、孔隙度及有机质含量等理化性质[11-12]。上海搬迁地土壤石砾含量变化较大，变化范围为0～29.64%，均值为5.09%(表1)，土壤中石砾含量相对较高，这也是当前城市普遍存在的问题[13]。另外，搬迁地土壤石砾含量变异系数大，高达1.51，说明各搬迁地土壤石砾变化较大，空间变异性大。

表1 搬迁地土壤理化指标统计分析

2.1.6 土壤pH值

搬迁地土壤为碱性或强碱性，pH值变化范围为7.75～9.17，均值为8.78，明显高于上海新建绿地土壤[14]。而一般城市绿化植物适宜生长的土壤为酸性或微酸性，调查的27个样点中，有88.9%的地块达到了强碱性(＞8.5)。由此可见，土壤pH值过高是搬迁地土壤作为城市绿化用地土壤的主要限制因素之一。

2.1.7 土壤EC值

搬迁地土壤EC值变化较大，变化范围为0.06～0.63mS/cm，均值为0.15mS/cm，低于上海新建绿地土壤EC值[14]，有70.4%的搬迁地土壤EC值低于行业标准。由此可见，搬迁地土壤EC值偏低，土壤中可供植物吸收的水溶性养分含量较低。上海搬迁地土壤EC值变异系数大，高达0.87，故搬迁地土壤EC空间变异大，这与郝瑞军研究上海城市绿地土壤得出的结果相一致[15]。

2.1.8 土壤有机质

搬迁地土壤有机质变化较大，变化范围为5.49～40.72g/kg，均值为15.53g/kg，仅为上海公园绿地土壤有机质的61.6%[16]，且低于上海中心城区绿地土壤[15]。土壤有机质含量最低的点位于普陀区的工企业搬迁地地块，而最高的点位于普陀区的城中村搬迁地地块。根据全国第二次土壤普查有机质分级标准，上海搬迁地土壤有机质主要分布在四级(10～20g/kg)，占比达59.3%；分布在四级以下(＜10g/kg)的占比为14.9%。由此可见，上海搬迁地土壤有机质含量相对偏低。搬迁地土壤有机质变异系数较大，为0.48，故各搬迁地土壤有机质空间变异较大。2.1.9 土壤速效养分

土壤水解性氮缺乏，均值为33.17mg/kg，远低于上海公园绿地土壤(93.8mg/kg)[16]，且土壤水解性氮含量最低的点位于普陀区的工企业搬迁地地块，而最高的点位于青浦区的城中村搬迁地地块。根据全国第二次土壤普查水解氮分级标准，上海搬迁地土壤水解性氮主要分布在六级(＜30g/kg)，占比高达66.7%。有效磷和速效钾含量丰富，均值分别为81.61和151.39mg/kg，其中有效磷含量高于上海公园绿地土壤(14.7mg/kg)，而速效钾与上海公园绿地土壤相当[16]。另外，搬迁地土壤速效养分空间变异较大，尤其是有效磷，变异系数高达1.08，这与骆玉珍等研究上海公园绿地土壤结果一致[16]。

2.2 不同搬迁地类型土壤理化性质分析

不同搬迁地类型土壤理化性质存在差异(表2)。城中村搬迁地土壤容重、石砾含量低于工企业搬迁地土壤，而土壤饱和持水量、田间持水量、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、总孔隙度及入渗率高于工企业搬迁地土壤，且土壤容重、饱和持水量、田间持水量达到了显著性差异(p＜0.05)，如城中村搬迁地38.5%样点土壤容重符合《绿化种植土壤》(CJ/T 340—2016)要求，而工企业搬迁地仅有7.1%的样点符合标准要求。城中村搬迁地土壤pH值、速效钾含量低于工企业搬迁地，而土壤EC值、有机质、水解性氮及有效磷含量高于工企业搬迁地，且土壤水解性氮存在显著性差异(p＜0.05)。城中村搬迁地土壤水解性氮分布在四、五和六级，占比分别为23.1%、30.8%和46.1%；工企业搬迁地土壤水解性氮分布在五、六级，占比分别为14.3%和85.7%。可见，城中村搬迁地土壤理化性质明显优于工企业搬迁地土壤，尤其是土壤物理性质表现更明显。

表2 不同搬迁地类型土壤理化性质差异性分析

2.3 搬迁地土壤质量主要因子分析

由于评价搬迁地土壤质量的指标较多，且各指标间存在相互关联性，为此本研究通过主成分分析法，分析了影响搬迁地土壤质量的主要障碍因子。结果提取出4个主成分(表3)，累积方差贡献率为84.61%。一般认为因子的负荷绝对值越大，则该因子在对应主成分中的权重越大[17]。主成分1中，土壤容重、饱和持水量、田间持水量、毛管孔隙度和总孔隙度的因子负荷较高，将其归纳为物理指标；主成分2中，土壤水解性氮、有效磷和有机质的因子负荷较高，将其归纳为养分指标；主成分3中，土壤pH值的因子负荷较高，将其归纳为化学指标；主成分4中，土壤速效钾的因子负荷较高，研究表明上海城市土壤速效钾含量普遍较丰富[18]，将主成分4归纳为本底养分指标。进一步比较各主成分的贡献率，可以得知，影响上海搬迁地土壤质量大小的因子依次为土壤物理指标、养分指标和化学指标。

表3 搬迁地土壤因子载荷矩阵、特征向量及贡献率

3 讨论

上海城市搬迁地土壤理化性质整体相对较差，主要表现为土壤容重大、持水能力弱、通气性差、入渗能力差、pH值高、EC值低、水解性氮含量低。搬迁地土壤容重与上海中心城区绿地土壤(1.31Mg/m3)相比高出8.4%[9]，且最高达1.63Mg/m3，已严重阻碍植物根系生长。土壤饱和持水量与田间持水量低于城市绿地土壤饱和持水量(379g/kg)与田间持水量(347g/kg)[9]，且远低于自然林地土壤的饱和持水量(651～900g/kg)与田间持水量(519～768g/kg)[19]，搬迁地土壤蓄水和持水能力差。土壤非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度整体偏低，尤其是非毛管孔隙度，有92.59%的搬迁地土壤低于《绿化种植土壤》(CJ/T 340—2016)最低限值要求。土壤入渗率低于城市绿地土壤入渗率[9]。土壤pH值高，表现为碱性或强碱性，88.89%的土壤超过标准的最大限值要求，且与上海新建绿地土壤相比偏高(8.36)[14]，这可能是由于搬迁地中存在大量建筑垃圾所致[20]。土壤EC值整体偏低，有高达70.37%的土壤EC值低于标准最低限值要求，低于上海新建绿地土壤(0.21mS/cm)[14]。土壤水解性氮含量低，有74.07%的搬迁地土壤低于标准最低限值要求，与上海新建绿地的65.66mg/kg相比差距较大[14]。

城市搬迁地土壤各理化指标空间变异性差别较大，其中土壤入渗率、石砾含量和有效磷的变异系数分别为2.04、1.51和1.08，故其空间变异性很大[21]；EC值、水解性氮、有机质、有效磷、速效钾、非毛管孔隙度、饱和持水量、田间持水量和容重空间变异性为中等水平；总孔隙度、毛管孔隙度和pH值空间变异性小。

城中村搬迁地土壤质量明显优于工企业搬迁地，城中村搬迁地土壤容重、饱和持水量、田间持水量和水解性氮显著优于工企业搬迁地(p＜0.05)，而土壤饱和持水量、田间持水量、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、总孔隙度、入渗率、pH值、EC值、有机质、水解性氮及有效磷也优于工企业搬迁地，但差异不明显(p＞0.05)。这可能是由于城中村中含有部分菜园地、农田及果园等，经过长期的耕作、培肥等人为活动，其土壤质量相对较好，而工企业搬迁地在生产运营过程中对土壤可能产生一定的破坏，加剧了土壤质量的退化。

主成分分析显示，土壤物理指标、养分指标及化学指标是影响搬迁地土壤质量的主要因子。物理指标有土壤容重、饱和持水量、田间持水量、毛管孔隙度和总孔隙度；养分指标为水解性氮、有效磷和有机质；化学指标主要是土壤pH值。这些指标也是影响当前城市绿化土壤质量的主要障碍因素[8，13]。因此，搬迁地土壤作绿化用时，一方面，可通过改善其土壤物理性质，增加速效养分，降低土壤pH，来提升搬迁地土壤质量，以满足城市绿化种植需求，提升搬迁地绿化景观效果；另一方面，在城市绿化需求快速增加与城市土壤资源紧缺的矛盾日益突出的前提下，搬迁地土壤作为绿化用潜力越来越明显，而搬迁地类型不同，土壤质量差别较大，因此应加强搬迁地土壤质量调查和分析评价，结合不同搬迁地土壤理化性质的分布状况和各指标的重要性及绿化工程景观需求，对搬迁地土壤质量进行分类分级评价，并对搬迁地土壤进行分类收集和储备，对搬迁地土壤进行针对性改良，如可通过添加酸性有机基质、草炭等综合降低土壤pH值和容重，以及增加土壤有机质含量。

4 结论

上海搬迁地土壤理化性质较差，主要表现为土壤容重大，均值为1.42Mg/m3；土壤持水能力弱，饱和持水量和田间持水量低，均值分别为350.55和320.88g/kg；土壤孔隙差，非毛管孔隙度和总孔隙度小，不能满足植物生长需求；土壤入渗能力差，入渗率均值为13.68mm/h，中位数仅为1.05mm/h，低于《绿化种植土壤》(CJ/T 340—2016)最低限制要求；土壤pH值高，均值高达8.78；土壤EC值偏低，均值为0.15mS/cm；土壤水解性氮较低，均值仅为33.17mg/kg。

不同搬迁地类型的土壤存在差异性，尤其是城中村搬迁地土壤容重、饱和持水量、田间持水量及水解性氮显著优于工企业搬迁地(p＜0.05)。搬迁地土壤质量的障碍因子有4类，可归纳为土壤物理指标、养分指标、化学指标及本底养分指标，而主要障碍因子为土壤物理指标，具体为土壤容重、饱和持水量、田间持水量、毛管孔隙度和总孔隙度；其次是土壤养分指标，具体为水解性氮、有效磷和有机质；最后为土壤化学性质，具体为土壤pH值。