人工湖沿岸带绿地土壤质量特征研究——以上海滴水湖沿岸带为例

伍海兵

梁 晶

蔡永立

何小丽

随着中国对城市生态环境质量要求的提高，城市绿化得到了快速发展，同时，城市绿化需求的快速增加与城市土地资源紧缺间的矛盾也日益突出，尤其是在沿海发达城市，一方面城市土地资源面积狭小，可用于绿地建设的土地越来越少；另一方面由于城市在建设过程中，各种人为活动干扰因素对土壤质量的影响较大，土壤空间变异复杂，而且在其特殊的地理及气候环境背景干扰下的土壤，与自然土壤和农业土壤相比，既继承了自然土壤的某些特性，又有其独特的成土环境与过程，表现特殊的土壤特性，如具有高盐碱、低养分、高矿化度地下水侵蚀等缺陷[1-2]，不利用于植物生长。滴水湖是在上海市临港新城围垦滩地上人工开挖而成的人工湖泊，承担着临港新城防汛排涝、置换水体和塑造城市景观生态的功能和作用，其沿岸带绿地扮演着污染物净化、养分截留、涵养水源、景观提升等生态功能[3-4]，土壤作为绿地的基础，沿岸带绿地土壤质量直接制约着滴水湖各功能的发挥。关于沿海城市土壤质量的研究较多[5-7]，但有关沿海地区人工湖沿岸带这种受地理环境及人为干扰众多因素影响的绿地土壤研究鲜有报道。为此，本研究以滴水湖沿岸带绿地土壤为研究对象，分析沿岸带绿地土壤质量特征及空间分布变异规律，以期为沿岸带绿地建设和管理提供科学基础和理论依据。

1 研究区域与方法

1.1 研究区域概况

滴水湖位于东海之滨的上海临港新城，总面积5.6km2，属于亚热带季风气候，春夏多雨湿润，秋冬少雨干燥，最高气温在8月，最低气温在1月，年均气温15.7℃，年均降雨量为1 111mm，全年总日照为2 100h左右，月均蒸发量92mm。自20世纪起，为使岸滩淤长，临港新城修建了人民塘、解放塘、八五塘、九四塘、2002海堤等堤塘[8]，滴水湖则位于2002海堤和九四塘之间。

1.2 研究方法

1.2.1 样品采集和处理

本研究主要以滴水湖西侧已建绿地为研究对象，其他区域沿岸带主要以规划绿地和正在建设绿地为主，于2018年8—10月进行采样，共设置了59个样点，分3层采样，分别采集表层(0～20cm)、中层(20～40cm)和深层(40～80cm)，共177个土壤样品。此外，选取了滴水湖西侧3个典型裸地土壤(CK1)和中心城区7个绿地土壤(CK2)为对照，中心城区绿地植物与滴水湖沿岸带绿地类似，以探讨植被、地理环境对滴水湖沿岸带绿地土壤质量的影响。采样点分布见图1。

图1 土壤采样点分布

1.2.2 测定方法

土壤pH值采用电位法；土壤EC值采用电导率法；土壤有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法；土壤全盐量采用质量法；土壤容重、饱和持水量、田间持水量、总孔隙度及非毛管孔隙度采用环刀法测定；土壤含水率采用烘干法；土壤颗粒组成采用密度计法。各指标的具体分析方法均参照《森林土壤分析方法》[9]。

1.2.3 数据分析

利用Excel 2007和SPSS 22.0软件对数据进行统计分析，采用单因素方差分析(One-Way ANOVA)和LSD法进行方差分析和多重比较(α=0.05)，利用Excel 2007软件作图。

2 结果与分析

2.1 滴水湖沿岸带绿地土壤理化性质概况

2.1.1 土壤化学性质

滴水湖沿岸带绿地土壤化学性质如表1所示，其中土壤pH值变化范围为8.00～9.57，均值为8.90，土壤碱性较强，土壤pH值变异程度小，变异系数仅为0.03，这与土壤酸碱性本身较稳定有关。滴水湖沿岸带绿地土壤中有高达89.4%的土壤为强碱性(＞8.5)，8.9%的土壤为极强碱性(＞9.5)。

土壤EC值变化范围为0.03～0.62mS/cm，均值仅为0.11mS/cm(表1)，滴水湖沿岸带绿地土壤EC含量较低，间接反映土壤中的养分含量偏低；土壤EC值变异程度较高，变异系数高达0.93，故滴水湖沿岸带不同绿地土壤EC值差别较大。

土壤有机质变化范围为2.57～38.30g/kg，均值仅为9.04g/kg(表1)，滴水湖沿岸带绿地土壤有机质含量较低，土壤有机质缺乏直接阻碍土壤物理、化学及生物功能的发挥[10]，从而易引起土壤质量的退化。土壤有机质变异程度高，变异系数高达0.57，故滴水湖沿岸带不同绿地土壤有机质含量差别较大。

土壤全盐量变化范围为0.23～0.97g/kg，均值为0.45g/kg(表1)，滴水湖沿岸带绿地土壤全盐量含量低，为非盐化土，由此可见，滴水湖沿岸带虽临近东海，但其绿地土壤为非盐化土壤，这与一般滨海城市土壤盐分含量较高有所差别[11]。土壤全盐量变异程度较高，变异系数为0.40，故滴水湖沿岸带不同绿地土壤全盐量差别较大。

表1 绿地土壤基本化学性质

2.1.2 土壤物理性质

滴水湖沿岸带绿地土壤容重变化范围为1.14～1.65g/cm3(表2)，均值为1.44g/cm3，土壤容重偏大，说明滴水湖沿岸带土壤紧实。土壤容重变异程度较小，变异系数仅为0.07，故不同绿地土壤容重差异较小，土壤容重偏大是滴水湖沿岸带绿地土壤普遍存在的障碍因子之一。

土壤非毛管孔隙度变化范围为0.22%～7.46%(表2)，均值仅为3.13%，土壤非毛管孔隙度较低，土壤非毛管孔隙度偏低在城市绿地土壤中普遍存在[12]；土壤总孔隙度变化范围为39.14%～57.85%，均值为46.59%，土壤总孔隙度相对偏低。滴水湖沿岸带绿地土壤总孔隙变异程度小，变异系数仅为0.08，而土壤非毛管孔隙度变异程度较大，变异系数为0.45，故滴水湖沿岸带各绿地土壤非毛管孔隙度差别较大。

土壤含水率变化范围为9.10%～45.53%(表2)，均值为21.05%，变异系数为0.30，变异程度较高，这主要是由于绿地土壤含水率受灌溉和降雨影响较大；土壤饱和持水量为240.32～493.81g/kg，均值仅为326.49g/kg，土壤饱和持水量较低，土壤田间持水量变化范围为225.32～468.68g/kg，均值仅为299.30g/kg；滴水湖沿岸带绿地土壤饱和持水量和土壤田间持水量变异系数均为0.15，变异程度一般，故滴水湖沿岸带各绿地土壤持水能力差别相对较小。

表2 绿地土壤基本物理性质

土壤粉砂粒含量较大，变化范围为31.64%～80.02%(表2)，均值为59.17%，其次是黏粒含量，砂粒含量相对最小，均值为16.37%。不同绿地土壤颗粒组成变异程度较大，尤其是土壤砂粒变异程度最大，变异系数高达1.08，而粉砂粒变异程度相对最小，为0.20。土壤质地类型有壤土、粉(砂)壤土、粉(砂)质黏壤土和砂质壤土4种类型，而以粉(砂)壤土和粉(砂)质黏壤土为主，所占比例分别为55.5%和27.8%。

2.2 滴水湖沿岸带绿地不同深度土壤理化性质

2.2.1 不同深度土壤化学性质

不同深度土壤化学性质存在一定差异性(表3)，其中表层土壤pH值最小，而深层和中层土壤pH较大，且深层和中层土壤均显著高于表层土壤(p＜0.05)。土壤EC值和全盐量随着土层深度的增加而增加，深层土壤EC值(0.14mS/cm)显著高于表层和中层土壤(p＜0.05)；深层土壤全盐量(0.58g/kg)显著高于表层土壤(p＜0.05)，而表层与中层土壤全盐量差异不明显(p＞0.05)。表层土壤有机质含量最高(12.24g/kg)，且显著高于中层和深层土壤(p＜0.05)。

表3 不同土层土壤化学性质差异性

2.2.2 不同深度土壤物理性质

不同深度土壤物理性质存在一定差异性(表4)，其中表层土壤容重最小，为1.42g/cm3，随着土层深度增加，土壤容重有增加趋势，且表层土壤容重显著低于中层和深层土壤(p＜0.05)，这与林地土壤容重变化规律类似[13]，而一般在无人为干扰时，表层土壤容重远低于下层，随干扰强度的增加，上下层之间土壤容重趋于接近[14]。

随着土层深度增加，含水率逐渐增加(表4)，且表层土壤含水率显著低于中层和深层土壤(p＜0.05)，这与段民福等研究林地土壤含水率的空间变异规律一致[15]。不同土层的土壤饱和持水量、田间持水量变化规律类似，随着深度增加均先降低，后增加，不同土层土壤饱和持水量和田间持水量均差异不明显(p＞0.05)。

不同土层的土壤非毛管孔隙度差异明显(表4)，其中土壤表层非毛管孔隙度最大，且随着土层深度的增加而降低，尤其是深层土壤非毛管孔隙度显著低于表层土壤(p＜0.05)，这与林义辉等研究森林土壤结果相似[16]。不同土层总孔隙度差异不明显(p＞0.05)，但表层土壤总孔隙度相对最大，高于中层和深层土壤，这与曾峰等研究林地土壤结果一致[17]。

不同土层的土壤颗粒组成无明显差异(表4)，表层土壤的黏粒和粉砂粒含量相对低于中层和深层土壤，而砂粒含量高于其他土层，但均无显著差异(p＞0.05)。

表4 不同土层土壤物理性质差异性

2.3 不同区域绿地土壤理化性质差异性

2.3.1 不同区域绿地土壤化学性质

不同区域绿地土壤pH值存在显著差异性(图2)，其中沿岸带裸地土壤pH值最大(9.40±0.10)，显著高于沿岸带绿地土壤(p＜0.05)，可见，植被可有效降低土壤pH值；沿岸带绿地土壤pH值显著高于上海中心城区绿地(p＜0.05)。

图2 不同区域土壤pH值差异性

沿岸带裸地土壤EC值最高，为(0.25±0.19)mS/cm，显著高于沿岸带绿地和中心城区绿地(p＜0.05)，而沿岸带绿地和中心城区绿地土壤EC值差异不明显(图3)。

图3 不同区域土壤EC值差异性

不同区域绿地土壤全盐量存在显著差异性(图4)，其中沿岸带裸地土壤全盐量最高，为(0.89±0.43)g/kg，显著高于沿岸带绿地和中心城区绿地(p＜0.05)。

图4 不同区域土壤全盐量差异性

中心城区绿地土壤有机质含量最高，为(27.24±10.24)g/kg，而沿岸带裸地土壤有机质含量最低，为(4.55±1.83)g/kg(图5)。且沿岸带裸地土壤有机质含量显著低于沿岸带绿地(p＜0.05)，这说明植被对提升土壤有机质具有促进作用。沿岸带绿地土壤有机质含量显著低于中心城区绿地土壤(p＜0.05)。

图5 不同区域土壤有机质差异性

2.3.2 不同区域绿地土壤物理性质

沿岸带裸地土壤容重最大，为(1.55±0.03)g/cm3，其次为沿岸带绿地土壤，中心城区绿地土壤容重最小，为(1.28±0.09)g/cm3，且中心城区绿地显著低于沿岸带绿地和沿岸带裸地(p＜0.05)(图6)。

图6 不同区域土壤容重差异性

中心城区绿地土壤饱和持水量和田间持水量均最大，其次为沿岸带绿地土壤，而沿岸带裸地土壤最小，且中心城区绿地土壤饱和持水量和田间持水量均显著高于沿岸带绿地和沿岸带裸地(p＜0.05)(图7)。

图7 不同区域土壤持水量差异性

中心城区绿地土壤非毛管孔隙度和总孔隙度均最大，其次是沿岸带绿地土壤，而沿岸带裸地土壤最小。不同绿地土壤非毛管孔隙度差异不明显(p＞0.05)，而土壤总孔隙度差异明显，其中沿岸带绿地和沿岸带裸地显著低于中心城区绿地(p＜0.05)(图8)。

图8 不同区域土壤孔隙差异性

中心城区绿地土壤黏粒含量显著高于沿岸带绿地和沿岸带裸地(p＜0.05)，而沿岸带绿地土壤黏粒含量显著高于沿岸带裸地；沿岸带绿地土壤粉砂粒含量显著高于沿岸带裸地(p＜0.05)，但与中心城区绿地差异不明显；沿岸带裸地土壤砂粒显著高于沿岸带绿地和中心城区绿地，而沿岸带绿地土壤砂粒含量高于中心城区绿地，但差异不明显(p＞0.05)(图9)。

图9 不同区域土壤颗粒组成差异性

3 讨论

滴水湖沿岸带绿地土壤理化性质相对较差，主要表现在土壤pH值偏高，而大多数用于绿地建设的植物适宜的土壤pH值一般为中性或微酸性，因此，土壤偏碱是滴水湖沿岸带绿地土壤质量的主要障碍因子之一，这也是沿海城市绿地土壤普遍存在的问题。土壤EC值含量偏低，说明滴水湖沿岸带可溶性养分偏低，不利用植物生长。土壤有机质含量低，不利于土壤团粒结构的形成，从而加剧土壤质量的退化。土壤全盐量相对天津、厦门等沿海城市偏低[18-19]，这可能由于滴水湖沿岸带在绿地建设过程中土壤主要是客土，且施工过程中大部分绿地设置了隔盐层，减缓了地下水对土壤的侵蚀。土壤容重偏大，土壤压实严重，研究表明，当容重超过1.4g/cm3，则严重阻碍根系生长发育[20]，容重偏大在城市绿地土壤普遍存在，这也是城市绿地土壤物理性质退化的主要因素之一[21]。土壤通气性较差，非毛管孔隙度和总孔隙度均较低，一般适于植物正常生长的土壤总孔隙高于50%[22]，而滴水湖沿岸带有高达83.9%的绿地土壤总孔隙度低于50%，这主要是由于滴水湖沿岸带土壤板结，降低了土壤孔隙含量。土壤饱和持水量和田间持水量相对较低，与一般林地土壤饱和持水量高达651～900g/kg和田间持水量高达519～768g/kg相差较大[23]，滴水湖沿岸带绿地土壤的蓄水和持水能力相对较弱，主要是由于土壤中孔隙含量较低，阻碍了土壤水分的蓄积和存储。土壤砂粒含量相对较高，而黏粒含量偏低，与上海中心城区绿地土壤砂粒含量仅为5.0%和黏粒含量为35.4%相差较大[12]。

滴水湖沿岸带绿地不同深度土壤理化性质存在差异性，表层土壤理化性质明显优于深层土壤，主要体现在表层土壤pH值、EC值、全盐量显著低于深层土壤(p＜0.05)，一方面可能是由于降雨和灌溉水对表层土壤的淋洗，另一方面可能是由于滴水湖沿岸带地下水位较高，深层土壤较表层土壤更易受地下水中盐分的侵蚀。表层土壤容重显著低于深层土壤(p＜0.05)，而土壤有机质、非毛管孔隙度显著高于深层土壤(p＜0.05)，这主要是由于绿地土壤表层植物根系相对较多，根系对土壤的穿插等机械作用使土体疏松并产生缝隙[24]，形成大孔隙，从而降低了土壤容重和增加了土壤非毛管孔隙度，而且表层植物凋落物较丰富和土壤生物活动较频繁，其分解增加了土壤有机质，随着土层的加深，且下层生物活动少，从而使有机质含量逐渐降低，这与梁晶等研究上海植物园的土壤肥力特性结果一致[25]。

滴水湖沿岸带绿地土壤质量明显优于沿岸带裸地土壤，主要体现在滴水湖沿岸带绿地土壤pH值、EC值、全盐量、容重和砂粒均显著低于裸地土壤(p＜0.05)；土壤黏粒、粉砂粒、有机质均显著高于裸地土壤(p＜0.05)，这主要是由于植物及其凋落物覆盖一方面降低了土壤水分的蒸发，也降低了地下水中的盐分通过蒸腾作用经过土壤毛管孔隙迁移而被截留在土壤中，从而降低土壤pH值、EC值及全盐量，并且植物通过自身的新陈代谢对土壤的改良具有促进作用，如根系的生长和穿插可疏松土壤，降低土壤容重，提高土壤孔隙，并且植物凋落物的分解增加土壤有机质，促进土壤团粒结构的形成[26]，从而改善了土壤质量。滴水湖沿岸带绿地土壤质量与上海中心城区绿地相比较差，主要体现在滴水湖沿岸带绿地土壤容重、pH值、全盐量均显著高于中心城区绿地土壤(p＜0.05)，而土壤饱和持水量、田间持水量、总孔隙度、黏粒、有机质均显著低于中心城区绿地土壤(p＜0.05)，这主要是由于滴水湖位于长江与杭州湾交汇处，东临大海，长期受台风、风暴潮等影响程度远高于中心城区，从而受海风、海水带有的盐分对土壤的毒害明显高于中心城区，且滴水湖沿岸带地下水位整体偏高，虽然在一些绿地建设过程中设置隔盐层，但沿岸带绿地土壤也会不同程度受地下水侵蚀而导致土壤各理化的退化。

4 结论

滴水湖沿岸带绿地土壤pH值较大，EC值和有机质含量较低，土壤容重较大，土壤孔隙含量和持水量较低，土壤以粉(砂)壤土和粉(砂)质黏壤土为主。滴水湖沿岸带绿地不同深度土壤理化性质存在一定差异性，表层土壤pH值、EC值、全盐量、容重、含水率显著低于深层土壤(p＜0.05)，表层土壤有机质、非毛管孔隙度显著高于深层土壤(p＜0.05)，而土壤饱和持水量、田间持水量以及土壤颗粒组成差异不明显。滴水湖沿岸带绿地土壤质量明显优于裸地土壤，土壤容重、砂粒、pH值、EC值、全盐量均显著低于裸地土壤(p＜0.05)，而土壤黏粒、粉砂粒、有机质均显著高于裸地土壤(p＜0.05)，其他指标差异不明显，由此可见，植被对土壤质量的改善作用较为明显。滴水湖沿岸带绿地土壤质量与上海中心城区绿地相比较差，土壤容重、pH值、全盐量均显著高于中心城区绿地土壤(p＜0.05)，而土壤饱和持水量、田间持水量、总孔隙度、黏粒、有机质均显著低于中心城区绿地土壤(p＜0.05)，由此可见，沿岸带绿地土壤易受沿海地理环境影响而导致土壤质量退化。

注：文中图片均由作者绘制。