上海市行道树土壤理化性质与树木健康的相关性研究

贺 坤

宋 婷

王本耀

严 巍*

土壤供给城市树木生长所必需的营养物质，并提供所必需的机械支撑[1]。但由于密集的人类活动影响，城市土壤普遍存在有机质含量偏低、营养元素变异性强、土壤结构和通气性能差等问题[2-5]，导致植物生长衰弱甚至死亡，影响树木长势及生态服务功能的提供[6]。目前，土壤对树木生长影响的研究主要集中在林木生长、叶绿素和光合特性，以及叶片营养与土壤营养的相关性方面[7-8]，较少关注土壤对树木健康的影响。行道树土壤受人为活动影响更为严重，存在土壤厚度低[9]、营养物质缺乏、污染较重和肥力低下等问题[10-11]，土壤普遍紧实、外源侵入物高、生物活性低，导致树木病虫害易发、长势弱，影响行道树健康和生态功能[12]。

国外学者较早建立了树木健康评价体系并不断完善[13-14]，国内相关研究则主要集中在公园树木、古树名木[15]及行道树的树木结构特征上[16]，行道树健康评价体系研究较少。本研究以上海市为例，提出适宜上海行道树健康评价的方法，进一步分析土壤理化特征对行道树健康的影响，以期为健康和精细化管理提供科学依据。

1 研究方法

1.1 研究区域

上海位于长江三角洲地区，主要土壤类型为水稻土、滨海盐土、潮土和黄棕壤土。上海目前共有40多种行道树，其中常见的有香樟(Cinnamomum camphora)、悬铃木(Platanus acerifolia)、复羽叶栾树(Koelreuteria bipinnata)、银杏(Ginkgo biloba)等[17]。近年来，上海行道树建设成绩显著，但依然存在长势不佳、养护管理粗放等问题[18]，急需开展行道树健康研究。

1.2 行道树健康评价方法

采用层次分析法(AHP)构建行道树健康评价体系，参考周宇亭等[19]的方法，将行道树健康程度作为目标层(A)，整体长势、树冠情况、树干情况、根系情况作为结构层(B)，反映树木健康状况的树木长势C1、病虫害C2等11个指标作为指标层(C)，采用因子分析法确定各指标权重(表1)。

表1 城市行道树健康评价指标体系

1.3 行道树健康等级判定

根据上海市道路等级和空间分布特点，在全市16个行政区每个区随机选择4～5条代表性道路(共70条)，采用系统抽样法开展行道树健康调查，对健康指标进行1～5等级的量化打分。

根据健康评价结果，将行道树健康等级划分为衰弱、亚健康、健康3个等级(表2)。根据健康评价模型计算每棵树的健康得分A值，运用模糊综合评价法划分健康等级，按照最大隶属度原则计算各等级的健康阈值和隶属度[19]。健康等级根据计算出来的相邻两级隶属度确定，最终确定的健康等级为较大隶属度对应的健康等级[20]。

表2 行道树健康等级划分标准

行道树健康指数是以各级行道树的得分之和与所有行道树在最好的健康情况下的总得分之比，可以直观地反映某区域行道树个体健康水平。健康指数越趋近于1，表明行道树个体越健康，处于健康状态的行道数量也越多。其计算公式为：行道树健康指数式中，n为级别数；Fi、ti分别为第i级的健康分值和株数；Fn为最好的健康分值；t为总株数。

1.4 土壤指标测定

行道树健康调查同时在对应树穴内用三点混合法采集土壤表层样品，共采集350份混合土样，剔除杂草和石块后自然风干，研磨过筛后测定土壤容重、酸碱度、电导率、营养物质等。土壤质量评价参照《绿化种植土壤》(CJ/T 340—2016)(以下简称《标准》)[21]。

1.5 数据处理与分析

数据处理采用SPSS 25.0，土壤理化性质分析采用单因素方差分析和均值多重比较法，行道树健康与土壤理化性质的相关性采用皮尔森相关分析法。

2 结果与分析

2.1 上海市行道树健康评估

2.1.1 行道树健康评价及等级判定

利用行道树健康评价模型计算上海市行道树健康得分，结果显示：行道树平均健康分值3.83，健康状况最高得分4.28，最低得分3.29，总体健康指数0.862。上海行道树健康指数趋于良好，大部分都处于基本健康状态，但也有部分健康状况得分较低。衰弱型、亚健康型和健康型行道树的健康值平均得分分别为3.48、3.85、4.09。其中，20.0%的行道树存在较严重的健康问题，为衰弱型；55.7%处于亚健康状态，存在轻微健康问题；仅有24.3%处于健康状态，大部分或多或少存在一些健康问题。

2.1.2 行道树健康评价指标分析

行道树健康评价指标平均得分由高到低依次为：树木倾斜＞主干损伤＞树洞＞根系腐烂＞根系损伤＞主干腐烂＞顶梢枯死＞枯枝＞修剪或损伤＞病虫害＞树木长势。树木倾斜指标得分最高，说明大部分行道树倾斜程度都在正常范围内。病虫害与树木长势2项指标得分最低，是影响行道树健康的主要因子。调查中发现，中心城区部分行道树病虫害现象较为严重，不少枝叶或主干都发生了腐烂，甚至出现了严重的树洞。主干损伤一般发生在栽种、养护环节，或是由车辆剐蹭造成，大部分行道树未出现严重的树干损伤现象。根系腐烂得分较低主要是很多行道树根部因为地下管道铺设受损或根部积水过多、压实严重而腐烂。修剪或损伤得分较低主要是为了不遮挡视线，从而影响交通，行道树截枝、截干的情况较多(图1～8)。

图1 长势倾斜的香樟

2.2 行道树土壤理化性质分析

2.2.1 土壤物理性质分析

行道树土壤物理性质如表3所示：土壤容重均值1.40g/cm3，大于《标准》规定的1.35g/cm3。不同健康类型的行道树土壤中，健康型行道树土壤容重值满足标准要求，衰弱型与亚健康型行道树土壤容重均值高于《标准》，二者与健康型行道树土壤相比差异显著。土壤含水量与总孔隙度均随行道树健康类型从衰弱型到健康型的顺序呈递增趋势，不同健康类型行道树土壤含水量与总孔隙度差异均达显著水平。行道树土壤质地构成中粉粒含量最高，黏粒含量最低，随着行道树健康类型从衰弱型到健康型的顺序，土壤黏粒、粉粒含量呈递增趋势，砂粒含量呈现递减趋势。就上海的行道树而言，土壤黏粒含量越高，越有利于保持水分和树木生长，而砂粒含量过高反而不利于土壤保水和树木生长。

表3 不同健康类型行道树土壤物理性质分析

2.2.2 土壤化学性质分析

由表4可知，衰弱型行道树土壤pH均值最大，亚健康型土壤pH均值最小，均高于《标准》要求，且变异系数较低，两两差异不显著，说明行道树土壤pH值普遍偏高，整体呈现碱性。土壤电导率以健康型行道树最高，不同健康类型行道树土壤电导率两两差异不显著。行道树土壤有机质含量均值低于《标准》要求，土壤碱解氮含量均值虽高于《标准》要求；但含量同样偏低；土壤有效磷含量均值也相对偏低。土壤有机质、碱解氮和有效磷含量均是亚健康型，平均值均高于健康型和衰弱型，但差别不大，特别是健康型和亚健康型之间差距非常小。速效钾含量均值197mg/kg，健康型、亚健康型与衰弱型行道树土壤之间呈现显著差异性。行道树土壤有效钙含量均值远远高于《标准》，土壤有效硫整体含量偏低，土壤有效镁的含量均值在《标准》范围内，不同健康类型行道树土壤微量元素含量均无明显差异。

表4 不同健康类型行道树土壤化学性质分析

图2 顶梢枯死的香樟

图3 法桐的树洞

图4 主干损伤的樱花

2.3 土壤理化性质与行道树健康的相关性

2.3.1 土壤物理性质与行道树健康的相关性

土壤物理性质与行道树健康状况相关性分析见表5，行道树健康与土壤容重、砂粒含量存在极显著负相关，与土壤含水量、总孔隙度及黏粒、粉粒含量存在极显著正相关。土壤含水量与行道树健康的相关性最紧密，其次是总孔隙度与黏粒含量。含水量影响土壤中的各种物理、化学及生化过程，对养分循环、植株生长、微生物活性等均产生重要影响。同样，土壤孔隙决定了土壤中物质转移的形式和速率，孔隙度越大，土壤越疏松，容重越小，树木健康状况越好；反之土壤容重越大，土壤越坚实，孔隙体积越小，植物健康状况越差。土壤黏粒体积小而表面积大，是水分和养分的贮藏库，一般黏粒含量高而砂粒含量低的土壤持水能力和养分吸持能力都较强[22-23]。

表5 土壤物理性质与行道树健康状况相关性分析

2.3.2 土壤化学性质与行道树健康的相关性分析土壤化学性质与行道树健康状况相关性分析见表6，仅有土壤速效钾含量与行道树健康存在极显著正相关(P<0.01)，其他化学性质与行道树健康相关性不显著。土壤营养物质如有机质、碱解氮、有效磷与行道树健康状况无显著相关性(P＞0.05)，以上元素在衰弱型行道树土壤中的含量与亚健康、健康型相比差距较大，且几个指标的变异性较大，因此对行道树健康评价的影响不大。部分土壤化学指标在调查区域内差别不大，变异系数较低，如pH值、电导率、有效钙、有效镁含量等，对行道树健康的影响相对于其他指标较小，但土壤pH值与有机质、碱基氮、有效磷含量均呈极显著负相关，与有效钙含量呈显著正相关。

表6 土壤化学性质与行道树健康状况相关性分析

图5 压实造成根系损伤

图6 行道树病虫害

图7 香樟的枯枝

图8 主干腐烂的法桐

3 讨论与结论

3.1 行道树健康评价因子及健康状况分析

行道树健康综合评价各指标权重和平均得分均表明树木长势、病虫害、根系腐烂等是限制上海市行道树健康生长的重要指标。其中，树木长势是多个指标的综合反映。除种植间距不合理，与高空架线、临街建筑的距离过近，或遭受冰雪灾害等导致长势不佳、树冠折枝外[24]，大多数长势不好的行道树都存在土壤问题[25]。土壤理化性质恶化是行道树病害发生的主要原因，如很多香樟都存在黄化现象，多由于土壤pH值过高、土层板结或水泥、石块等杂质较多引起[26]。根系腐烂主要是由土壤营养物质过少或板结严重、水分过湿过干等引起[27]。上海行道树总体健康指数和平均健康分值均处于中间值偏上，但仅有24.29%处于健康状态，需要采取措施防止存在健康问题的树木在外力作用下进一步恶化，引发安全事故[14]。

3.2 土壤理化性质对行道树健康的影响

土壤容重、含水量、孔隙度和质地构成等代表土壤的透气性、透水性、保肥性，以及对树木根系伸展的阻力状况，与行道树健康显著相关，这与王健敏等[27]的研究结果一致。容重大是城市行道树土壤的共性问题，Reisinger等研究表明，土壤容重达到1.40g/cm3是根系生长的限制值[28]。由于人为活动强烈，大部分行道树土壤过于紧实，严重危害了植物根系的生长发育，形成环绕树穴坑壁生长的畸形状况，限制了根系对水分和养分的吸收利用。一般适于植物生长的土壤孔隙度为50%～60%[29]，而上海行道树土壤孔隙度普遍偏低，导致通气性变差，氧气含量减少，阻碍植物根系对养分的吸收。此外，土壤中含有砖块等粉粒结构，黏粒较少，行道树抗旱能力弱也会造成树木生长衰弱。综合分析，土壤容重大、通气性能差等物理性质恶化是行道树长势不良的主因，马想等[25]的研究也表明土壤容重和通气孔隙度均是绿化障碍因子，杨瑞卿等[30]的研究也表明香樟、悬铃木等行道树需要通气良好、水分适中的土壤，因此改善物理性质是提升上海行道树土壤质量的重点。

上海行道树土壤pH均值与城市绿地土壤的pH值接近[26]，结合有效钙含量均值高达3 819mg/kg，说明行道树土壤以石灰性土壤为主，主要是由于城市建筑碱性材料的大量堆积及灰尘中碳酸钙的沉降富集所导致[31]，这与兰州[10]、南京[11]等地的研究结果基本一致。行道树土壤有机质含量偏低，究其原因与pH值过高和土壤过于紧实导致的有机物分解缓慢、微生物减少有关，此外铺装引起的雨水入渗减少也可能会导致有机质缺乏[32]。土壤有机质含量低在一定程度上影响到了土壤氮磷含量，也与兰州[10]、南京[11]等地的研究结果一致，大部分行道树土壤碱解氮处于较低水平，土壤供氮能力不足。土壤有效磷含量也相对较低，但健康型和亚健康型的行道树土壤磷含量高于其他城市绿地，可能是由于含磷废水和垃圾的混入[11]。有效钾含量直接影响植物对土壤养分的利用程度，可增强行道树的抗旱、抗盐碱、抗病虫害能力，缺钾会造成植物腐烂、倒伏等现象发生。因此有效钾含量与行道树健康关联性较大，研究结果也表明，不同健康类型行道树土壤有效钾含量差异显著，其含量与行道树健康呈极显著正相关，是影响上海行道树健康的关键性因子[33]。

3.3 土壤对行道树健康和安全的重要意义

行道树可能因为健康问题造成树木断裂或倒塌，从而造成安全风险，因此开展树木健康评估可以预先防范，以降低树木倾倒的风险。行道树极易出现根系腐烂和食根性虫害等安全问题，出现的集中点主要是在树木根部，而土壤环境条件是影响树木根系生长的主要因素[14-15]。上海行道树大多数种植穴浅或小，内部多有建筑垃圾，且压实严重，致使行道树生长势逐渐减弱，抵抗不良环境的能力减退，遇到病虫害或台风等不利天气时，易使行道树倒伏或死亡。本研究以平均值进行树木健康等级评判，并分析土壤性质对行道树健康的影响，具有一定的主观性，后续还需要进一步开展香樟、悬铃木等主要行道树生长势与土壤关系的分析。此外，行道树健康除受土壤影响外，还受人为、自然干扰因子的复合影响，只有综合考虑各种影响因素及程度，才能真实反映行道树的实际健康状况。

注：文中图片均由作者拍摄。