城市绿化带植被覆盖度对盐碱地土壤盐分的调节

彭晓莉 吴旺泽 沈 娟 成宏斌 贺江涛

（1. 甘肃公航旅建设集团有限公司，兰州 730000；2. 西北师范大学生命科学学院，兰州 730070；3. 兰州新区市政投资管理集团有限公司，兰州 730300）

土壤盐渍化是一个全球性的问题，不仅严重影响农业生产和农民收入，也是影响生态环境稳定的重要因素。由于城镇化的迅速发展，以及近年来城市道路融雪剂的广泛使用，土壤盐渍化不仅严重影响农业生产，对城市绿地及道路绿化带的影响也日益突出。虽然盐碱地的改良已经发展了多种方法，像水利措施的大水漫灌洗盐法；物理措施的客土改良、水旱轮作法；化学措施的添加酸性盐等改良方法，但这些方法都不同程度的受制于区域和成本的限制，很难大面积推广，尤其是城市绿化带，多为基础道路建设后的后期工程，很难用传统的物理、化学等方法进行大面积的盐碱地改良。生物措施的盐碱地治理方法被认为是经济、有效的盐碱地治理方法，其中又以种植耐盐碱植物的生物改良措施最为经济、科学。然而，一些常见的耐盐、吸盐植物多为农作物和一些草本类植物，并不符合城市绿化的要求。如何通过不同的景观组合和土壤肥力措施，既能改良城市绿地土壤盐碱化、减少化学融雪剂对城市绿化带盐渍化的影响，又能提高城市景观园艺绿化的效果和档次，是新时期城镇化发展迫切需要解决的科学问题。

降水量和蒸发量的失调是导致土壤盐渍化的重要因素之一，土壤水分的高蒸发会将地下富含各种盐类的矿物质带到地表，形成土壤盐碱化。已有的报道表明，植被覆盖度和土壤盐分呈显著负相关，增加盐碱地地表植被覆盖度，可减少水分蒸发、防止土壤返盐、抑制盐分上升。例如，张蛟等在江苏如东县东凌垦区的研究表明，“田菁（（Retz.）Poir.）— 野 生 芥 菜L.）”植被覆盖处理，一年后40～100 cm 土壤盐分降低了83%以上。范富等对内蒙古西辽河流域原生态区域地表覆盖度与盐碱化特征的研究也发现，地表覆盖度高的“羊草（）+狗尾草（）”的pH、碱化度和含盐量在4 剖面层中均低于其它景观植物。孙博等在研究秸秆覆盖度对土壤盐分的影响时也发现，秸秆覆盖的盐渍土壤能够减少土壤水分蒸发，提高水分利用效率，从而能抑制盐渍化土壤可溶性盐分的表聚作用，对改良盐渍化土壤具有显著的效果。这些报道有力的证实，通过增加地表植被覆盖能有效降低土壤盐分含量。另外，长期过量使用化肥也是导致土壤盐渍化的另一个重要影响因素。一些报道表明，盐碱地施加有机肥，能增加土壤有机质、促进土壤团聚体形成、改善土壤结构，从而降低土壤pH 和含盐量。这些系统的研究暗示，通过增加植被覆盖度，并结合增施有机肥改良土壤理化性质的措施，是一种廉价、经济、有效的盐碱地生物改良措施。

兰州新区属于典型的温带半干旱气候区域，少雨、高蒸发的气候特征导致兰州新区土壤严重盐渍化，引大入秦水利工程后的农田大水漫灌，更加重了兰州新区土壤的盐渍化，不仅严重影响了当地的农业生产，更为紧迫的是给兰州新区城市绿化工程带来了巨大的挑战。一些景观植物栽种3年后的成活率不足50%，施工单位只能重复补种，费时费力。虽然种植耐盐、吸盐植物的生物改良方法是一种经济有效的方法，但这些植物多为农作物和一些不同生态区域的景观植物，并不适应本地的气候特征和城市道路绿化建设的标准。本研究基于兰州新区气候特征及绿化带土壤盐分状况，通过系统的试验，研究适宜该生态区域城市景观园林绿化设计标准的乔木、灌木及不同地被景观组合对土壤盐分及肥力的影响，并结合有机肥、生物菌肥的配比试验，旨在为兰州新区城市绿化带盐碱地景观园林绿化建设提供详实的试验数据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验区设在兰州新区纬三路、纬五路和经三路城市绿化带区域，试验区域为道路基础建设后回填平整土。试验区域平均海拔约2 000 m，年平均气温5～6.3 ℃，平均降雨量约240 mm，蒸发量约1 800～2 100 mm。年日照时间2 700 h，平均无霜期114 d，年均风速2.3 m·s，最大风速20 m·s。1月平均气温-7.3 ℃，7月平均气温20.5 ℃，为典型干旱大陆性气候，土壤为盐渍灰钙土为主，试验前土壤盐分和肥力见表1。

表1 供试土壤基本理化性质Table 1 Basic physical and chemical characteristics of tested soil

1.2 试验设计

1#和2#试验地为道路基础建设后回填土，3#试验地为多年栽种的零星国槐，株行距大于15 m，土壤表层有明显盐分。由于实验地区的土壤主要以灰钙土为主，因此我们依据多年在兰州新区绿化工程的数据，选取适宜灰钙土、耐盐碱抗风沙的不同乔木、灌木和草本植被的景观组合。1#试验地种植“五角枫（Maxim.）+花叶楸（C.）+鲁冰花（Lindl.）”的景观组合Ⅰ，2#地种植“七叶树（Bunge）+花叶楸（C.）+四季玫瑰（Thunb.）”的景观组合Ⅱ，3 号地为“裸地”对照景观组合Ⅲ。每块地设置3 个肥力处理，CK：不施肥；YF：有机肥（3 kg·m）+腐殖酸（1 kg·m）+羊粪（2.25 kg·m）；YFS：有机肥（3 kg·m）+腐殖酸（1 kg·m）+羊粪（2.25 kg·m）+盐碱地专利微生物菌剂（10 mL·m）。每个肥力处理设3 个重复，随机区组排列，每块试验地共计9 个小区。每小区面积15 m×4 m，小区间隔1 m。五角枫，花叶楸，七叶树移栽前胸径3 cm，株高2 m，株行距2 m×2 m。鲁冰花和四季玫瑰种植株行距0.5 m×0.5 m。各试验地块于2018年3月下旬进行栽种前施肥整地、灌水、小区规划，2018 年4 月中旬栽种。种植景观植物按正常园林标准进行维护管理，分别在2018 年4 月上旬（处理前）和11 月上旬（处理后）土壤采样，利用土钻对1～10，10～30 和30～50 cm 土层分别取样，每小区、每土层深度取样3次重复，共取样243份。每土样约500 g，用自封袋封口标记后带回实验室存储于-4 ℃冰箱，随后进行各项指标测定。

1.3 测试项目与方法

取存储于-4℃冰箱土样250 g，在室内自然阴干并过0.5 mm筛后送交土肥测试中心进行各项肥力及盐分测定。土壤有机质含量测定采用重铬酸钾容量法，土壤全磷含量测定采用钼锑抗比色法，土壤全氮含量测定采用凯氏定氮法，土壤全钾含量测定采用碱熔火焰光度法。取风干土按水土比5∶1 制备待测液，利用pH 机（Sartorius PB-10）测定pH 值，利用电导仪（雷磁DDS-307A）测定土壤电导率，利用残渣烘干法测定可溶性全盐含量，以上各项测定方法依据参考文献进行。利用植被覆盖度测量仪（PLCO1）在2018 年5 月到10 月，每小区、每月测定一次植被覆盖度，取每次测量3 次重复平均数进行统计分析。

1.4 数据分析

试验中所有土壤测定数据均为3 次重复的平均值。所有测定数据利用SPSS 15.0 软件进行数据统计分析，用Excel 2016作图。试验处理采取随机区组单因素方差分析（one-way ANOVA），采用LSD 法进行数值的多重比较（＜0.05 或＜0.01）。多个因素间的相关分析采用Pearson 法，并用双尾检测的方法检验其显著性。

2 结果与分析

2.1 不同景观组合和施肥方式对植被覆盖度的影响

试验对兰州新区道路基建后，回填的城市绿化带土壤栽种前进行了试验地各项肥力、盐分测试，发现土壤肥力指标1#＞2#＞3#，而含盐量相关的参数3#＞2#＞1#，且浅层土的肥力要好于深层土壤，但浅层土壤的含盐量等盐分相关指标要高于深层土壤，说明养分和盐分都聚集在表土（表1）。1#和2#试验地土壤肥力、尤其是有机质含量随土壤深度的增加而降低，差异显著。1#和2#试验地表土含盐量高于深层土壤，随土壤深度增加含盐量下降明显，对照3#“裸地”50 mm 左右深层土含盐量要稍微高于浅土层。由于不同区域土壤盐分离子组成的不同，3 块试验地含盐量与土壤pH 值及电导率并非成线性变化关系。另外，土壤全钾含量相比其他肥力指标变化趋势变缓，但3#样地土壤全钾含量明显小于其他两块试验地。对生长季连续6个月的植被覆盖度统计分析结果表明，景观组合Ⅱ3 种有机肥的配比，其6 个月平均植被覆盖度相比较景观组合Ⅰ和对照“裸地”景观组合Ⅲ差异极显著，3 种肥力配比植被覆盖度都在50%以上，其中YFS 的施肥方式其6 个月平均植被覆盖度高达70.06%，而其他两种种植模式其6 个月平均植被覆盖度均在50%以下，“裸地”对照仅为20%左右（见表2），说明不同的景观组合其植被覆盖度差异明显。另外，3 种种植模式中，施加有机肥的YFS 和YF 处理，植被覆盖度均高于不施肥的CK，而在施加有机肥的基础上再添加专利微生物菌剂的YFS 施肥方式，其植被覆盖度增加更为明显，从6 月份开始，植被覆盖率均在60%以上，到10 月份仍能达到67.45%左右。3种景观组合，3种施肥方式植被覆盖度在8 月均达到顶峰，9～10 月随着气温开始下降，植被开始枯萎，植被覆盖度均严重下降，但景观组合Ⅱ相比其它两种植株模式组合下降则较为缓慢，其中景观组合Ⅱ施肥方式YFS 在10 月份植被覆盖还能达到60%以上，而其它两种景观组合，不论哪种施肥模式均在30%以下（见表2）。植被覆盖度的统计结果说明，“七叶树+花叶楸+四季玫瑰”景观组合Ⅱ在增施有机肥和微生物菌剂的处理下能有效增强植被覆盖面积、延长覆绿时间。

表2 不同景观组合和施肥方式对盐碱地植被覆盖度的影响Table 2 Effect of different landscape groups and fertilization patterns on vegetation coverage of saline land

2.2 不同景观组合和施肥方式对盐碱地盐分的影响

提高绿化带景观植被成活率的首要目标就是降低表土盐分对植被的盐害，从而提高景观植被的覆绿面积和覆绿时间，而其中土壤含盐量是极为重要的限制因子。所有试验绿化带土壤栽种前，含盐量均大于6.5%（见表1），其中3#地块含盐量高达7.2%以上，依据黎立群提出的土壤盐渍化分级标准，兰州新区试验绿化带土壤属于中度盐渍化土壤。一季生长季后，除“裸地”对照外，1～10 和10～30 cm 的土层，含盐量均不同程度下降，尤其是1～10 cm 的表土。其中景观组合Ⅱ，在YFS的肥力处理下，1～10 cm 表土的脱盐率高达53.51%，而30～50 cm 的深层土壤脱盐率也能达到16.11%左右。1～10 cm 土层，CK 和YF的施肥方式脱盐率也分别达到了31.06%和43.63%。而“裸地”的试验地块，30 cm 以上的土层不论何种肥力组合，脱盐率均低于6%，深层土壤的盐分反而有所升高（见表3）。结合植被覆盖率的试验结果，暗示植被覆盖严重影响土壤盐分的空间分布。相比景观组合Ⅱ，景观组合Ⅰ在同等的肥力情况下脱盐率和景观组合Ⅱ差异极显著，说明植被覆盖对盐分的调节作用更为明显。除土壤含盐量外，与土壤理化性质相关的pH 值和电导率，在0～30 cm的土层，各个景观组合都出现下降趋势，其中0～10 cm 的地层土壤下降最为明显，而随着土层深度的增加，趋势逐渐放缓（见图1）。植被覆盖高的景观组合Ⅱ脱盐效果要好于植被覆盖次之的景观组合Ⅰ，而且两种组合在添加微生物菌剂的处理下，其pH 值和电导率下降更为明显。像景观组合Ⅱ在YFS肥力处理下，表土电导率下降了近64%，pH值也下降了近13%，而对照“裸地”景观组合变化不明显，pH 和电导率甚至在30～50 cm 的土层还有所上升（见图1）。这些结果说明不同的景观组合对土壤pH 值和电导率也有显著影响，而施加有机肥和微生物菌剂后土壤盐分的调节效果更为明显。

图1 不同景观组合和施肥方式对不同土层pH和电导率的影响Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ分别表示不同景观组合；CK，YFS 和YF 为不同施肥方式；柱型图顶端的百分数＝（处理前测量值-处理后测量值）∕处理前测量值×100%；图中不同小写字母、大写字母分别表示处理前和处理后不同景观组合、不同施肥方式下pH和电导率差异显著性（P＜0.05）Fig.1 Effect of different landscape groups and fertilization patterns on soil pH and electrical conductivityⅠ，Ⅱand Ⅲrepresent the different landscape groups；CK，YFS and YF represent the different fertilization patterns；The top number of bar chart represent the percent change between before and after treatment；Different lowercase and capital letters represent the significant differences of before and after treatment pH and electrical conductivity，respective

表3 不同景观组合和施肥方式对土壤含盐量的调节Table 3 The regulation of different landscape groups and fertilization patterns to soil salt content

2.3 植被覆盖度与土壤盐分和肥力的相关性分析

在大生态系统中，土壤、植被和土壤微生物是相互依存的3 个因子，植被影响土壤，土壤又制约植被和微生物。盐碱地植被覆盖度与土壤盐分、养分如何相互调节影响植物生长是一个系统的科学问题。我们对兰州新区城市绿化带试验前和一季生长季后，表土土壤盐分、养分（数据未表明）相关性分析发现，不同景观组合的植被覆盖度与肥力在＜0.05 的水平上呈正相关，其中与有机质（=0.887）、全氮（=0.853）高度相关与全钾（=0.642）中度相关，与全磷（=0.472）弱相关。平均植物覆盖度与土壤盐含量、pH 值及电导率呈负相关，其中与土壤含盐量相关性极显著（=-0.949），与土壤pH值（=-0.717）和电导率（=-0.536）中度相关（见表4）。相关性分析还发现，含盐量、pH 值和电导率3个盐分相关指标与土壤养分呈负相关，其中含盐量与全氮呈高度负相关；电导率与全氮、全磷、全钾相关性显著，而pH 值与检测的所有肥力指标均相关，其中和全磷相关性极显著（见表4），说明土壤养分和肥力在空间上的密切相关性。

表4 植被覆盖度与土壤盐分和肥力相关性分析Table 4 The correlation analysis of vegetation coverage with soil salinity and fertility

3 讨论

3.1 不同景观组合和施肥方式对盐碱地植被覆盖度的调节

“盐随水来，水去盐留”，土壤积盐程度，与地表水分高蒸发、地下水矿化程度和土壤理化性质密切相关。地表植被覆盖具有保墒、降低土壤蒸发、降低表土盐渍化的重要作用。兰州新区城市盐碱地的形成的主要因素是地表水分的高蒸发以及农业大水漫灌，抬升了地下盐分。再加上冬季融雪剂的使用，加速了城市绿地土壤盐渍化。据甘肃省气象局的统计资料显示，2018 年兰州新区年均降雨量为520 mm，但年均蒸发量却高达1 500 mm 左右，降雨量少而蒸发量高是兰州新区土壤盐渍化成因的主要因素，因此通过提高植被覆盖减少深层土壤盐离子通过蒸发而在地表聚集是一个行之有效的方法。试验从大量适宜西北气候特征的景观植被中挑选乔灌木、地被组合，一个生长季的研究发现，“七叶树+花叶楸+四季玫瑰”的景观组合Ⅱ地表植被覆盖度最高，虽然地被植物鲁冰花和四季玫瑰的株行距相同，但“五角枫+花叶楸+鲁冰花”的景观组合Ⅰ平均植被覆盖率要明显小于“七叶树+花叶楸+四季玫瑰”的景观组合Ⅱ（见表2）。一个重要的原因是鲁冰花相比四季玫瑰，生育期短、冠幅小等特征，使得在同样的株行距下，植被覆盖率降低。另外四季玫瑰相比鲁冰花更能适应北方气候环境，导致在该区域四季玫瑰的生长量要高于鲁冰花（数据未表明）。另外，同样的景观组合，不同的肥力措施导致植被覆盖率差异明显，在同一景观组合下，没有施肥的CK，3 种景观组合覆盖率均低于施肥的组合，而施肥的同时添加微生物菌剂均要好于未添加微生物菌剂的肥力处理（见表2）。原因在于施加有机肥后能明显提高土壤肥力和理化性质，添加微生物菌剂后能增加植物根际微生物菌群，从而提高植物对肥力的吸收效率，促进植物生长，进而提高了植被覆盖度，高覆盖度的植被抑制了土壤表土水分的蒸发速率，减缓了地表下土壤水分的运动，从而减少深层土壤盐分向地表的聚集，这些结论与大量已报道的结论相符。

3.2 不同景观组合和施肥方式对盐碱地盐分的调节

降水少、蒸发量高，导致土壤通过毛细管的方式将深层土壤矿物盐带到表土，水分蒸发后矿物盐留在表土，导致土壤、尤其是表土盐渍化。通过增加地表植被覆盖度，减少地表水分的蒸发，能有效降低深层盐分向地表运输。试验发现，植被覆盖率高的“七叶树+花叶楸+四季玫瑰”的景观组合Ⅱ，不论是0～10 cm 的表土，还是30～50 cm 的深层土，相比景观组合Ⅰ和Ⅲ，反映土壤盐渍化程度的土壤含盐量、pH 和电导率的指标均明显降低，尤其在YFS 的施肥模式下降低极为显著。景观组合Ⅱ土壤含盐量的显著降低，来自于高植被覆盖率导致的地表水分蒸发减少、土壤理化性质和土壤微生物菌群的调节（数据未表明）。毕远杰等报道，不论用淡水还是微咸水灌溉措施，0～40 cm 的土层都不同程度的积盐，而通过秸秆和地膜覆盖，土壤积盐率则普遍下降，无论是否用淡水还是微咸水进行灌溉。本文试验结果和毕远杰的试验结论相似，说明通过不同的地表覆盖，能降低水分蒸发，是表土盐分含量降低的主要原因之一。另外，本文的研究还证实，施加有机肥的地块，土壤肥力和理化性质指标均明显提高（数据未表明）。施加有机肥后土壤疏松，植被生长加快，植被覆盖度增加，增加的植被覆盖度又通过降低地表水分的蒸发，来降低土壤盐分，表土脱盐率高于深层土壤的结果也支持这样的结论。表土肥力好，但盐分高的一个重要的原因在于试验区域为兰州新区城市绿化带，土壤都是基建后的回填土，无法机械化进行深耕等农事措施，施加的有机肥和菌剂都在表土，导致表土肥力高而盐含量也高。一些报道证实，盐碱地微生物总量要低于同生态区域的非盐碱地总量，微生物总量与盐碱地土壤含盐量和碱化程度负相关。我们的试验发现，施加有机肥的基础上再添加微生物菌剂，确实增加了土壤微生物数量（数据未表明），改善了土壤微生物群落结构，增加了植物根际微生物数量，增强了植物对肥力的吸收，从而增加了景观植物的生长量，提高了植被覆盖度，最终导致表土土壤盐分降低。

3.3 覆盖度与土壤盐分和肥力的关系

大量的报道表明，植被覆盖度和土壤盐分呈显著负相关，我们的统计结果也表明植被覆盖度与含盐量高度负相关，这个结论也和高植被覆盖度的组合其土壤脱盐率高的结论相吻合，说明提高植被覆盖度的确能有效的降低土壤盐分，同样的结论在不同的试验中都有报道。另外，李昂等在西北甘肃酒泉地区种植甘草（Fisch），研究植被特征指标与土壤表层盐含量、碱性间的相互关系时发现，植被覆盖度与pH 值和电导率的负相关性要高于盐含量，但我们的结果表明，pH 值和电导率与植被覆盖度的相关性要低于土壤含盐量，这是因为土壤pH 值反映土壤中的Cl、CO、K、Na等离子状况，而兰州新区土壤盐度从中度到重度阳离子主要从Ca为主逐渐过渡到以Na为主，而阴离子逐渐从HCO过渡到以SO2和Cl为主。酒泉地区和兰州新区土壤盐离子的不同，可能导致土壤pH 值和盐含量并非高度的线性吻合。张晓娜等对荒漠草原不同植被覆盖下土壤粒度组成与速效养分特征研究发现，植被盖度与有机质、速效钾呈显著正相关，植被覆盖度低导致地表裸露的地区粗砂含量增加，较细的沙粒含量降低，引起土壤肥力下降。我们的研究和张晓娜的报道相一致，也发现植被覆盖度与有机质、全氮和全钾相关性极显著。植被群落在空间上的变化与其环境密切相关，植物群落在演替过程也不断改变周围的生态系统，本研究对植被覆盖度与养分和盐分的相关性也说明，植被与赖以生存的养分等生态系统的空间复杂性密切相关。

4 结论

依据兰州新区的气候特征和土壤性质，“七叶树+花叶楸+四季玫瑰”的城市绿化带景观组合植被覆盖度高、覆绿时间长，对土壤脱盐率效果明显，适宜兰州新区城市绿化带的景观建设标准。兰州新区城市绿化带土壤肥力薄弱、含盐量高，在绿化过程中施加有机肥并添加一定量的微生物菌剂能明显提高植被覆盖度，降低土壤盐分含量、增加土壤有机质等养分。对兰州新区城市绿化带土壤盐分和养分的调节，要在满足城市绿化标准的基础上优先考虑冠幅大、植被覆盖度高的乔灌木、地被植被组合。