上海临港新片区茉莉路绿化景观提升中土壤改良技术的应用研究

陈正光 周沙沙

（上海植物园绿化工程有限公司，上海 200231）

土壤是植物生长的基础，土壤条件的优劣对城市生态环境建设至关重要，而目前绿化土壤改良工作存在两级分化的问题。以上海临港新片区茉莉路景观提升工程为例，针对土壤存在的强碱性(pH值均值高达8.76)、有机质含量低(均值仅7.55 g/kg)、物理性状差(土壤密度和非毛管孔隙度均值分别为1.53 Mg/m3和3.43%)的问题，因地制宜地制定改良配方、筛选和控制改良材料质量、资源化利用绿化废弃物，指导土壤改良施工有序开展；结合地上地下排水系统和土壤天然海绵体功能有效地解决土壤积水问题，为植物生长营造良好的地下环境。同时分析目前绿化土壤改良技术中存在的关键问题与解决措施，探讨土壤改良技术在景观提升中的生态作用，以期为相关的景观改造及城市绿地生态环境建设管理提供科学依据。

土壤障碍因子；土壤改良；排水系统；资源化利用；生态技术

随着生态文明建设的发展和“双碳”目标的推动，绿化成为城市生态系统发挥减排和增汇功能的重要载体。土壤是绿化植物生长的物质基础，其质量好坏是影响绿化景观效果的关键因素。要形成高品质的绿化景观、稳定的生物群落，需要采用科学手段对土壤问题进行针对性改良。目前国内外土壤改良技术已从客土置换、改良剂添加和暗管排水等单一的物理、化学、工程改良逐渐向土壤配方改良、引用蚯蚓、使用菌肥的生态改良等综合长效性技术发展[1]；从仅注重pH值、EC值、氮、磷、钾等化学、养分的改良逐渐转向注重非毛管孔隙度、密度、入渗率等物理性状改良[2]。如张涛[3]对滨海盐碱化土壤改良的研究表明，在铺设碎石隔离层的基础上添加沸石和园林废弃物等改良材料较单纯采取暗管排盐工程措施可更有效地抑制土壤盐分表聚现象。受人为或机械碾压、物理性状退化严重的绿化土壤，添加黄砂、石块、沸石等无机材料可改善土壤的物理结构，增加其孔隙度和入渗率[4]。上海迪士尼乐园应用的绿化种植土是国内首次采用全自动化流水线生产的配方改良土[5]，随后上海市花博会、世博文化公园、合肥锦绣湖公园等大型绿化建设项目也按照自动化流水线的方式生产配方改良土[6-7]。但纵观现有土壤改良工程项目可知，土壤改良存在两极分化，一方面虽然重视土壤改良但成本高难以推广，如花博会、世博文化公园等大型绿化建设，均设立土壤改良专项，并建立一套种植土生产线对土壤进行异位改良，但由于成本较高较难进行大规模应用；另一方面土壤改良方法太粗放导致流于形式，多为“撒胡椒面”式土壤原位改良，由于改良不彻底导致最终景观达不到设计效果。究其原因多是对植物地下基础不重视，土壤改良的造价预算低廉。临港新片区自2019年成立至今正处于快速建设期，高品质的绿化建设定位与较差立地条件的矛盾日益突出。盐碱性高、养分低、透水透气性差、地下水位高、矿化度高等影响土壤质量的障碍因子[8]，严重影响植物的生长。要形成高品质的绿化景观必须加大土壤改良的投入，根据土壤障碍因子进行配方改良。文章以上海临港茉莉路绿化景观提升项目为例，结合暗管排盐工程和土壤物理、化学改良综合措施进行土壤原位改良，采用水土一体化、废弃物资源化利用和植物分类改良等技术进行应用研究。

1 项目概况

本项目位于上海临港新片区中心城区，临港气候潮湿多风，30%左右的规划面积是靠人工吹填成陆。受江水、海潮、海水性地下水等因素影响，临港土壤具有典型的地下水位高、碱性严重等特性。茉莉路为南北向道路，北至花柏路，南至橄榄路，全长约1.7 km（图1），项目绿化面积约42 104 m2，其中，道路红线内绿化改造面积16 242 m2（中央分隔带9 060 m2，两侧分隔带7 182 m2），道路红线外公共绿地改造面积共计25 862 m2，行道树多为悬铃木（Platanus acerifolia），长势较差，多数呈小老树状态，中隔带绿化和公共绿地以绿为主，品种单一，缺乏色彩和空间结构，场地利用率极低，种植土有效土层平均深度仅为50 cm。

图1 茉莉路位置（底图源自全能电子地图下载软件3.0）Fig. 1 Location of Moli Road (the bottom map is from the download software of all-round electronic map 3.0)

2 土壤质量分析评价

对茉莉路现状土壤布点进行取样分析，共选取12个样点，其中7个采样点采取0～30 cm土壤层；5个采样点进行剖面取样，按表层（0～30 cm）、中层（30～60 cm）、深层（60～100 cm）分层采取，共采集22个样品。依据《绿化种植土壤》（CJ/T 340-2016）的检测方法对pH值、EC值、有机质、密度、非毛管孔隙度、速效养分指标进行测定[9]。其中pH值采用电位法；EC值采用电导率法；有机质采用重铬酸钾氧化—外加热法；密度、非毛管孔隙度采用环刀法；水解性氮采用碱解—扩散法；有效磷采用钼锑抗比色法；速效钾采用火焰光度法。数据采用Excel 2016和SPSS 22.0 软件进行分析。

2.1 茉莉路绿化土壤概况

绿化土壤指标数据较《绿化种植土壤》标准对比分析可得（表1），土壤pH值范围在8.50～8.90，均值为8.76，总体呈强碱性，远高于标准规定最高限值（8.30）；土壤水溶性盐分较低，EC值范围在0.08～0.20 mS/cm，均值为0.13 mS/cm，间接反映土壤中的养分含量偏低[10]；土壤有机质含量较低，变化范围在3.56～18.30 g/kg，均值为7.55 g/kg，95%的样品均未达到标准最低限值（12 g/kg）；土壤养分中除水解性氮含量较低外，有效磷和速效钾均值符合标准规定。土壤物理性状较差，密度最小值为1.38 Mg/m3，最大值为1.68 Mg/m3，均超出标准的最高限值（1.35 Mg/m3）；非毛管孔隙度均值小于5%。由上可知，土壤存在碱性强、物理性状差、氮元素和有机质较为缺乏的问题，需要进行针对性的配方改良。

表1 茉莉路土壤质量分析Tab. 1 The analysis of soil quality on Moli Road

2.2 茉莉路绿化土壤不同层次深度的土壤质量变化

不同深度的土壤质量存在一定差异（表2），随着深度增加，土壤EC值、速效钾逐渐降低，不同深度土壤EC值差异不显著，但表层土壤的速效钾含量显著高于中层和深层土壤。表层土壤有机质含量最高，其次是底层和中层土壤，且与表层土壤有机质含量差异显著。不同深度的土壤pH值、水解性氮、有效磷、密度和非毛管孔隙度没有显著差异，这与伍海兵等[10]研究上海滴水湖沿岸绿地土壤的pH值、密度变化规律不同。可能因为表层土壤受人为干扰影响较大，经人为踩踏压实和垃圾投放，造成土壤表层pH值、密度相对中下层偏高，表层非毛管孔隙度较中下层偏低的现象。

表2 不同深度的土壤质量差异Tab. 2 The differences in depths of soil quality

3 土壤改良技术应用

3.1 土壤配方改良

土壤改良要遵从本土性、生态型、经济性、科学性、针对性原则，根据土壤障碍因子、改良造价和植物分类进行配方改良，具体配方见表3，为方便项目现场机械作业，配方比例采用体积比。项目现状土壤已是置换的客土，充分利用原土进行原位改良；绿化废弃物加工介质和椰糠富含有机质，养分均衡，可有效改善土壤酸碱度、有机质及物理性状；酸性风化花岗岩和黄砂可增加土壤砂粒含量，改良土壤质地；脱硫石膏可有效改良土壤物理结构和碱化度。此外，在茉莉路生态停车场，为给车辆和市民提供足够的阴蔽环境，保证长效的种植效果和良好的排水措施，采用了结构土技术[11]。结构土是由土和石块按照一定比例混合，添加一定量的粘结剂，用于路面绿化的一种特殊土壤。

表3 茉莉路绿化土壤改良配方Tab. 3 Soil amelioration formula of Moli Road

表土是不可多得、不可再生的自然资源，将项目区域的表土进行剥离和收集作为地形塑造和绿化种植的主要土壤来源。根据土壤检测结果，参照《绿化用表土保护技术规范》（LY/T 2445-2015）[12]对土壤进行分层剥离和分级堆放。对地下水位大于50 cm、无可视杂物、具备改良利用潜力的土壤作为原土储备；对含有大量建筑垃圾、渣土、树根、不透水层等影响植物生长的土壤，进行清除外运。同时，剥离过程中应在低洼处预设排水口与市政排水管道衔接，确保多余水分能及时排出。

为保证配方的稳定性，在改良过程中要控制改良材料的质量。有机介质质量应符合《绿化用种植基质》标准规定要求。材料堆放应做好防雨措施，堆放区域周围挖排水沟。其中，原土收集后应进行晾晒粉碎，粉碎的粒径控制在20 mm以下。椰糠采用压缩椰砖，具体操作时需要加水浸润泡散（图2），严禁采用含有盐分的水源。黄砂应采用河砂或湖砂（图3），严禁采用海砂，砂子粒径在0.3～1 mm。结构土配比的石块粒径要求在4～7.5 cm。

图2 椰糠泡散Fig. 2 Soaked coconut chaff

图3 砂子改良材料Fig. 3 Sand

3.2 土水一体化

茉莉路地下水位高，且含有一定的盐分和碱性。为保障植物根系的正常生长，构建利用地形和排水沟的地上排水和“碎石排水层+盲管+雨水井+盲沟”的地下排水系统（图4）[13]，确保绿地的排水系统和市政排水贯通，避免绿地积水现象。原土开挖剥离前先调查待开挖区域的地下水位高度[14]，碎石排水层应高于地下水位，主要铺设在地形平缓、乔灌木集中种植区域。铺设深度为行道树及乔木种植区域底部1 m深处，铺设厚度不低于15 cm，碎石层上方放置盲管和密度不低于150 g/m2的透水土工布。盲管末端连接至雨水井导出积水（图5），利用水泵及时抽排。在离盲管较远的绿地区域布置排水盲沟，沟底坡度为0.5%。

图4 地下排水层系统Fig. 4 Underground drainage system

图5 盲管末端相连雨水井Fig. 5 The tube connected with well

3.3 绿化废弃物资源化利用

常规的绿化土壤有机改良材料主要是泥炭、椰糠、营养土和绿化废弃物加工介质等[15]。泥炭属于不可再生资源，国内严格把控泥炭开采量，故泥炭需求主要依赖国外进口，价格受疫情影响也在节节攀升，这无疑增加了土壤改良成本。而营养土因没有标准控制质量，市场鱼龙混珠。相反，椰糠和绿化植物废弃物加工介质“取之于绿，用之于绿”，不仅富含有机质，养分均衡，经过高温发酵后产品安全可靠，甚至能达到泥炭的品质[16-17]。绿化植物废弃物循环利用能有效减少对泥炭的依赖，降低绿化土壤改良成本，还有利于实现资源再生和可持续发展，提高土壤碳汇，贯彻低碳城市建设，为实现“双碳”目标助力。茉莉路在整个施工过程都注重绿化废弃物的收集和运用：（1）清理表层土壤时，收集项目原状废弃植物，进行现场粉碎后送至专业的绿化废弃物处置场进行资源化利用；（2）项目施工过程中采用绿化废弃物加工介质与原土、其他改良材料进行原位翻拌混合，改善土壤质量，使用量共计2 000 m3；（3）为减少土壤水分蒸发，降低土壤中盐分的表聚趋势，栽植后的乔木树穴及花境种植裸土区域采用绿化植物废弃物加工材料进行覆盖，共铺设4 000 m2。

3.4 原位改良

一般的绿化项目因施工时间紧张、改良成本较低，且有堆放改良材料和原土场地的条件下可采用原位改良。茉莉路绿化土壤根据不同的区域采用不同的原位改良方法：（1）中分带因位于道路中间，自土壤表面1 m深处已铺设碎石隔盐层，在不影响交通的前提下，将改良材料先均匀铺设土体上，再用翻耕的方法将之均匀混入土体中（图6）；（2）周边的附属绿地需先开挖原土后铺设碎石隔盐层，再将开挖出的原土与改良材料采用机械手段充分混合均匀（图7）。原位改良因在原地及原地附近进行，改良过程中禁止机械设备对混合材料进行碾压，防止改良后的土壤物理性状遭到破坏。

图6 中分带表层土壤原地翻耕回填Fig. 6 In situ ploughing and backfilling in the middle of the belt

图7 绿地土壤翻挖拌和回填Fig. 7 Green space mixed with backfill

4 土壤改良效果

4.1 土壤质量变化

土壤改良后两个月，随机选取乔木和地被种植区域进行土壤主控指标检测，对比改良前后的土壤质量分析如表4，土壤质量明显改善，均达到绿化种植土的标准。其中乔木种植区土壤pH值由8.76降至8.05，降低了0.7个单位；有机质含量由7.55 g/kg增加至13.74 g/kg，增加了81%；土壤密度也相应降低。地被种植区pH值为8.24，较改良前减低了0.5个单位，有机质含量同乔木较改良前也增加了81%，土壤密度降至1.26 Mg/m3。

表4 茉莉路土壤改良前后关键指标对比Tab. 4 The comparison in key indexes among the amelioration of soil on Moli Road

4.2 植物表现

土壤改良两年后，植物景观效果怡人（图8），植物根系生长良好。在结构土改良区域经开挖探根发现，从植物土球外边缘外扩60 cm区域以及距地表面下75 cm深度范围内均有新根生长。2019年种植完成后，经历当年的“利奇马”和2021年“烟花”台风，施用结构土种植的悬铃木在没有做任何支撑的情况下依然挺立，均未出现倒伏现象。

图8 土壤改良后的景观效果Fig. 8 The view of landscape after soil amelioration

5 结语与讨论

土壤是植物生长的必要条件，土壤改良涉及多学科的理论与技术。本文针对茉莉路绿化土壤存在的地下水位高、碱性强、有机质含量低、密度高和通气性差等问题，通过原位改良的方式，应用配方改良、水土一体化、绿化废弃物循环利用等土壤改良技术，采用物理、化学、工程综合改良措施，保障植物健康生长，指导土壤改良施工有序进行。

针对配方改良技术，本项目改良配方以体积配比，便于项目现场采用机械斗量计量体积，较采用质量比更易控制现场改良材料的用量。但由于现场设备、人工操作机械不一致、场地条件等限制，不可避免存在配比粗放管理的问题，难以按各种改良材料的比例进行精准混拌，且混拌的均匀度也不尽相同，一定程度上影响改良效果。今后还需要采取一定措施来加以解决，如优化混拌设备，采用混合搅拌机、装载机加载破碎斗或探索研发移动式智能化的种植土混配设备，精准改良材料的配比，优化混拌混匀度，加快施工进度和质量，确保土壤改良的成效。

针对水土一体化技术，本项目通过土壤配方改良重点改善土壤通气性、密度等物理性状，可以使土壤充当海绵体功能进行“渗、滞、蓄、净、用、排”[18]；多余的水分通过构建地上和地下多重排水系统排至市政管网，较彻底地改善绿化积水问题。但由于地下排水系统需要开挖土方，工程量大，造价相对较高，如没有相应的建设成本则无法构建，且在地下水位高的情况下种植乔木风险也较高。有些项目通过抬高地形，增加与地下水位的高差，以保障植物生长有效的种植土层。但地形抬高所需的用土量较大，相应的土壤改良费用也较高，土壤排水也不彻底。所以如何在有限的造价预算内运用水土一体化技术仍需进行后续研究。

添加绿化废弃物加工介质、椰糠的改良材料，一方面清洁安全，另一方面对改善土壤质量也十分有效，是土壤生态改良的绝佳材料。湿垃圾和生活污泥堆肥也同样有助于土壤改良，但因其成分复杂，施用比例应谨慎。除有机生态改良材料外，有益微生物菌剂和菌肥的使用也是土壤生态改良的趋势[19-20]，能够增加土壤中有益菌群数量，刺激植物根系生长，抑制病虫害危害。虽然改良效果缓慢，但可持续性显著。现在国内微生物菌剂产品质量参差不齐，使用效果千差万别，从研究到最后工程落地仍需后期实践摸索。

注：文中图表除图1外均由作者自绘/自摄。