长春市绿地土壤有效态中微量元素含量研究

秦 莉， 陈洪艳， 蔡丽艳

(1. 通化市白鸡峰国有林保护中心， 吉林 通化 135321； 2. 白山市临江市华山国营林场， 吉林 白山 134600；3. 吉林省林业调查规划院， 吉林 长春 130022)

土壤中微量元素不但是树木细胞物质的组成成分，而且参与树木细胞的生理生化活动，对树木生长发育具有重要意义[1-7]。国内开展土壤中微量元素研究的城市主要有无锡、苏州、常州、贵阳和攀枝花等，研究方向主要集中于土壤微量元素污染与健康风险评价、土壤微量元素空间分布特征和城市土壤微量元素生物循环等几个方面[8-11]，关于城市绿地土壤有效态中微量元素含量方面的研究至今鲜见报道。

长春市地处松辽平原腹地，有规划地进行城市绿地建设始于20世纪30年代。本文以长春市公园绿地、广场绿地、道路绿地、学校绿地、工厂绿地和庭院绿地为研究对象，对土壤中Ca、Mg、Zn、Fe、Cu、Na和B等元素有效态含量进行了测定和统计分析，以期为长春市绿地土壤养分评价和园林树木养护管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

长春市地理位置124°18′～127°05′ E、43°05′～45°15′ N，属温带大陆性半湿润季风气候，年平均气温4.8 ℃，年降水量522～615 mm，年均日照时数2 688 h。地势平坦，海拔250～350 m，主要土壤为黑土、草甸土和黑钙土。长春市绿地率36.5 %，绿化覆盖率41.5 %，人均公园面积11.6 m2，绿地总面积180 km2。

1.2 样品采集与处理

2019年5月进行土样采集，采样区绿地分为公园绿地、广场绿地、道路绿地、学校绿地、工厂绿地和庭院绿地6大类，利用卫星图片在每类绿地随机等量设置采样点，在每个采样点用取土器进行梅花形采样，采集0～30 cm土层深度的土壤样品，按四分法取舍并装袋1 kg左右。对每个采样点进行GPS定位(见图1)。土样在室内自然风干，制成0.1 mm粒径待测样。采用火焰原子吸收法(AA6880原子吸收分光光度计)测定土样中Ca、Mg、Zn、Fe、Cu和Na有效态含量，采用热水浸提、姜黄素比色法测定B有效态含量，土壤pH采用酸度计法测定(PHS-3E数字pH计)，采用电导法(DDS-307型电导率仪)测定水溶性盐(EC)总量，土壤有机质(SOM)含量采用重铬酸钾容量法测定[12]。

1.3 数据处理

采用Excel 2016和SPSS 21.0进行数据分析，包括平均值、标准差、变异系数、单因素方差分析和相关显著性检验；采用ArcGIS 10.0绘制采样点定位图。

2 结果与分析

2.1 长春市绿地土壤有效态中微量元素统计特征

长春市绿地土壤有效态中微量元素统计情况见表1，可以看出：土壤有效Ca的含量为4 635.53 ± 516.28 mg·kg-1，最大值为6 254.92 mg·kg-1，出现在林园绿地，最小值为3 195.80 mg·kg-1，出现在新民主大街中间分车带绿地；有效Mg的含量为563.42 ± 63.36 mg·kg-1，最大值为725.23 mg·kg-1，出现在793厂绿地，最小值为287.51 mg·kg-1，出现在南湖宾馆绿地；有效Zn的含量为0.78 ± 0.27 mg·kg-1，最大值为2.23 mg·kg-1，出现在南湖公园湖边绿地，最小值为0.42 mg·kg-1，出现在461医院绿地；有效Fe的含量为2.55 ± 0.28 mg·kg-1，最大值为3.17 mg·kg-1，出现在南湖宾馆绿地，最小值为1.88 mg·kg-1，出现在迎宾路路侧绿地；有效Cu的含量为5.42 ± 1.20 mg·kg-1，最大值为8.75 mg·kg-1，出现在东北师范大学绿地，最小值为2.87 mg·kg-1，出现在长春市客车厂绿地；有效Na的含量为49.24 ± 11.28 mg·kg-1，最大值为81.02 mg·kg-1，出现在人民广场绿地，最小值为32.50 mg·kg-1，出现在动植物公园绿地；有效B的含量为0.38 ± 0.10 mg·kg-1，最大值为0.62 mg·kg-1，出现在南湖公园绿地，最小值为0.22 mg·kg-1，出现在松苑宾馆绿地。根据变异程度划分标准[13]，有效Ca、有效Mg、有效B、有效Cu、有效Na和有效Fe为中等变异(10 % < CV < 30 %)，有效Zn为强变异(CV > 30 %)。从表1中峰度和偏度数据来看，都偏离正态分布，表明外界因素对长春市绿地土壤有效态中微量元素含量影响较大[14，15]。

表1 长春市绿地土壤有效态中微量元素统计特征

2.2 长春市不同类型绿地土壤有效态中微量元素含量

土壤有效态中微量元素含量在不同类型绿地之间具有明显变化(见表2)，有效Ca的含量表现为公园绿地(5 243.72 ± 665.17 mg·kg-1) > 学校绿地(4 739.64 ± 675.03 mg·kg-1) > 工厂绿地(4 671.85 ± 602.43 mg·kg-1) > 广场绿地(4 541.77 ± 497.15 mg·kg-1) > 庭院绿地(4 252.57 ± 492.32 mg·kg-1) > 道路绿地(4 245.99 ± 684.86 mg·kg-1)。庭院绿地土壤有效Mg的含量(523.88 ± 92.91 mg·kg-1)最小，与道路绿地(564.75 ± 30.31 mg·kg-1)、广场绿地(560.68 ± 54.79 mg·kg-1)、工厂绿地(561.22 ± 53.20 mg·kg-1)、学校绿地(589.18 ± 58.45 mg·kg-1)和公园绿地(577.92 ± 67.68 mg·kg-1)之间差异显著(P< 0.05)，其他绿地之间有效Mg的含量无显著差异(P> 0.05)。有效Cu的含量表现为道路绿地(6.19 ± 1.13 mg·kg-1) > 广场绿地(5.69 ± 1.00 mg·kg-1) > 工厂绿地(5.65 ± 1.11 mg·kg-1) > 公园绿地(5.28 ± 1.60 mg·kg-1) > 学校绿地(4.75 ± 1.24 mg·kg-1) > 庭院绿地(4.58 ± 0.69 mg·kg-1)，这种变化结果与一些学者研究认为城市土壤中的Cu主要来源于交通污染和工业生产的结论相一致[16，17]。有效Fe含量表现为公园绿地(2.62 ± 0.21 mg·kg-1) > 广场绿地(2.51 ± 0.19 mg·kg-1) > 道路绿地(2.48 ± 0.25 mg·kg-1) > 学校绿地(2.28 ± 0.27 mg·kg-1) > 工厂绿地(2.21 ± 0.25 mg·kg-1) > 庭院绿地(1.92 ± 0.33 mg·kg-1)。公园绿地土壤有效Zn的含量(1.00 ± 0.53 mg·kg-1)最大，与其他绿地之间差异显著(P< 0.05)，道路绿地(0.77 ± 0.12 mg·kg-1)、广场绿地(0.73 ± 0.11 mg·kg-1)、工厂绿地(0.70 ± 0.09 mg·kg-1)、学校绿地(0.69 ± 0.08 mg·kg-1)和庭院绿地(0.67 ± 0.10 mg·kg-1)之间差异不显著(P> 0.05)。有效B的含量表现为学校绿地(0.44 ± 0.11 mg·kg-1) > 公园绿地(0.42 ± 0.10 mg·kg-1) > 庭院绿地(0.39 ± 0.10 mg·kg-1) > 广场绿地(0.35 ± 0.08 mg·kg-1) > 工厂绿地(0.34 ± 0.09 mg·kg-1) > 道路绿地(0.32 ± 0.07 mg·kg-1)。有效Na的含量表现为广场绿地(55.25 ± 12.66 mg·kg-1) > 道路绿地(54.91 ± 8.67 mg·kg-1) > 公园绿地(51.71 ± 12.54 mg·kg-1) > 学校绿地(48.65 ± 9.98 mg·kg-1) > 工厂绿地(43.05 ± 8.81 mg·kg-1) > 庭院绿地(41.38 ± 5.71 mg·kg-1)，有效Na含量的变化基本与融雪剂的用量密切相关，广场为主要交通节点，其周围道路融雪剂用量大，行驶车辆对道路上的融雪有很大溅击作用，使广场绿地污染较重，长春市所用的融雪剂主要是以氯盐为主要成分的无机融雪剂，因此，广场绿地中有效Na含量最高。

表2 长春市不同类型绿地土壤有效态中微量元素含量

2.3 长春市绿地土壤中微量元素有效态含量影响因素

为探讨影响土壤中微量元素有效态含量的主要因素，对有效Ca、有效Mg、有效Zn、有效Fe、有效Cu、有效Na、有效B含量及土壤pH、有机质含量(SOM)、导电率(EC)进行Pearson相关性检验(n=155)，分析结果表明(见表3)：土壤基本化学性质是影响中微量元素有效态含量的主要因素，土壤有机质含量与有效Ca、有效Zn、有效Fe、有效Cu、有效B的含量之间呈极显著正相关(P< 0.01)，与有效Mg含量呈显著负相关(P< 0.05)；pH与有效Zn、有效Fe、有效B的含量呈显著负相关(P< 0.05)；EC与中微量元素有效态含量之间相关不显著，但对有效Ca、有效Mg、有效Zn、有效Fe、有效B、有效Na的含量有正影响，对有效Cu含量有负影响。土壤有效态中微量元素之间也存在较强相互作用，有效Ca与有效B呈极显著负相关(P< 0.01)，与有效Fe含量呈显著负相关(P< 0.05)，这可能因为土壤中钙离子可导致pH升高，使B和Fe有效性降低[18，19]；有效Mg与有效Zn、有效Zn与有效Cu、有效Zn与有效Fe、有效Zn与有效B、有效 Fe与有效B含量之间都呈现出极显著正相关(P< 0.01)，有效Mg与有效Na含量呈显著正相关(P< 0.05)，这与国内一些相关研究结果基本一致[20，21]。

表3 长春市绿地土壤有效态中微量元素相关分析

3 讨论

根据全国农业系统土壤有效态元素含量分级标准(见表4)[22]，长春市绿地土壤有效Ca和有效Mg的含量处于很高水平，有效Cu的含量属于高水平，这些元素含量过高，可增强土壤离子之间的拮抗作用，对植物可能产生毒害作用[23]。各类绿地土壤有效Zn的含量都处于很低水平，公园、广场绿地土壤有效Fe含量低，其他4种绿地土壤有效Fe含量也都处于很低水平，土壤有效B的含量在各类绿地都处于低水平。所有采样点有效Na的含量都明显高出长春市土壤背景值(8.07 mg·kg-1)[24]，文化广场的一个采样点高达105.00 mg·kg-1，这说明长春市绿地融雪剂污染已经很严重，需引起高度重视。

表4 全国农业系统土壤有效态元素含量分级标准

由于关于研究区域绿地土壤有效态中微量元素含量的研究未见报道，本研究以郊区农田土壤有效态中微量元素含量为参照进行对比。李志斌等对长春市郊区农田土壤有效态中微量元素含量研究表明，农田土壤有效Ca、有效Mg、有效Cu、有效B、有效Zn的含量分别为3 100.22 mg·kg-1、48.23 mg·kg-1、2.18 mg·kg-1、1.64 mg·kg-1、1.34 mg·kg-1[25]，可以看出农田土壤有效Ca、有效Mg和有效Cu的含量低于绿地土壤，这与绿地土壤有机质含量、城市土壤污染和农作物的消耗有关[26，27]。由于农田大量施用化肥、农药和地膜，造成农田土壤有效B和有效Zn的含量明显高于绿地土壤。

本研究表明，土壤有机质对有效态中微量元素含量影响最大，土壤有机质与有效Ca、有效Zn、有效Fe、有效Cu和有效B含量之间呈显著正相关，冯盼等对东北阔叶红松林土壤微量元素研究也表现出基本相同结果，这是因为土壤腐殖质生成的有机酸可以与这些元素结合成可溶性络合物，从而增加土壤中这些元素有效态含量[28]。本研究结果显示，土壤有机质与有效Mg含量呈显著负相关，这与已有研究结果不同，林万树等对福建省古田县土壤有效态镁含量进行研究时，发现土壤有机质与有效Mg含量呈显著正相关(P< 0.05)[29]。胡小东等研究楚雄土壤交换性镁和土壤有机质含量之间关系时发现，两者之间存在弱相关关系，有效Mg含量与土壤理化性质关系比较复杂，还有待进一步研究[30]。本研究发现土壤pH对有效Mg含量具有正影响，pH与有效Zn、有效Fe、有效Cu、有效B含量之间呈显著负相关(P< 0.05)，这也和有关研究报道不完全相同。张巧萍等研究信阳茶园土壤镁含量时发现，土壤pH与有效Ca、有效Zn、有效B、有效Mg含量之间呈显著正相关(P< 0.05)[31]。邹庆鹏等研究信阳茶园土壤时发现，pH与有效Zn含量呈显著负相关，与有效Cu、有效B含量呈显著正相关[32]。王芳等研究认为pH小，容易造成土壤有效Mg淋失[33]。

4 结论与建议

长春市绿地土壤有效Ca和有效Mg的含量处于很高水平，有效Cu的含量属于高水平，有效Zn含量总体属于很低水平，有效Fe和有效B的含量低，土壤表层有效Na的含量平均为长春市土壤背景值的6.1倍，已经对长春市街路树木造成了较重生理伤害。土壤有效Ca、有效Mg、有效Zn、有效Fe、有效Cu、有效Na和有效B含量在不同类型绿地之间具有明显变化。Pearson相关显著性(双侧)检验结果显示，土壤有机质含量和pH是影响土壤有效态中微量元素含量的主要因素，各中微量元素之间也存在较强相互作用。

为了科学进行绿地养护和管理，保证园林树木正常生长发育，根据本次研究结果，建议采取以下措施：第一，保护好绿地上枯枝落叶，因为枯枝落叶是土壤有机质的主要来源，土壤有机质可以改善土壤理化性质，提高中微量元素有效性，降低土壤污染程度；第二，对于铜富集严重绿地要进行土壤修复，以免对园林树木造成严重生理伤害，可通过使用土壤修复剂、换土和栽培净化植物来降低重金属元素富积；第三，可施含Fe和B的肥料，补充长春市绿地土壤这2种元素的缺乏，保证园林树木正常生长发育；第四，在绿地周围应该严禁使用氯盐融雪剂，目前长春市区融雪剂污染严重，造成绿地土壤表层Na+超标已达6倍以上，必须立即采取控制措施。