長治市城區道路綠地表層土壤理化性質研究

郭 佩，米美霞，郭昕懿，張蕓香，郭晉平

（1.山西農業大學林學院，山西太谷030801；2.山西農業大學城鄉建設學院，山西太谷030801）

城市土壤是指在城區和城郊區域、受強烈人為活動影響的土壤[1]。隨著城市化進程的不斷加快，城市人口比例不斷增加，城市土壤和人類的相互作用不斷加強。城市綠地土壤作為城市生態環境的物質基礎，其質量直接影響植物的健康生長、生態效益和景觀功能的發揮，從而在一定程度上決定著城市綠地質量[2-3]。由于近年來城市化加劇，人類活動對土壤的影響強烈，土壤的理化性質發生變化，如土壤壓實、pH值升高、有機質含量下降、缺氮和富磷等[4]。這些土壤性狀的改變降低了土壤肥力，對城市綠化帶產生了一定影響。因此，針對城市綠地土壤性質進行研究，對于提高綠地質量、改善城市生態環境具有重要意義[5]。

長治市是我國園林城市，2018年長治市主城區綠地覆蓋率已達47.18%，綠地率達到42.43%。有關長治市城市濕地公園土壤的碳氮特征、植物群落和土壤的關系等已有研究報道[6-7]，但有關城市綠地土壤的特性尚未見報道。

本試驗通過對城市道路綠地土壤的理化性質進行研究，對城市土壤質量進行評價，旨在為長治市城市綠地土壤改良和管理、綠化植物種類的選擇和配置及城市生態環境的保護提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

長治位于山西東南部、太行山南段，東部與河北邯鄲、河南安陽交界，西部與臨汾交界，南部與晉城交界，北部與晉中交界。地理坐標為北緯35°49′～37°08′，東經 111°58′～112°44′。長治市被太行山、太岳山所環繞，構成高原地形，通稱“沁潞高原”，又稱“上黨盆地”。平均海拔高度為1 000 m。

長治屬典型暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，全年冬無嚴寒，夏無酷暑，雨熱同季。年平均溫度9.7℃，年平均降水549.2 mm，年平均濕度61%，年日照時數2 311.5～2 664.5 h，年平均無霜期156.8～181.9 d，年平均風速為1.1～2.3 m/s。

1.2 樣品采集與處理

選擇長治市城區23條道路作為研究對象，研究區位置及樣帶選取基本覆蓋了整個長治市城區。綜合考慮道路綠地綠化帶長度、植被和土壤特征來確定采樣點的位置與數量，樣帶長度在100～120m，寬度為綠化帶寬度，在2.5～7.5 m。將樣帶長度三等分確定各采樣點，取綠化帶橫向中間部分土壤作為樣本。

分別用環刀取表層原狀土，土鉆取0～15 cm擾動土樣。將擾動土樣進行混合，充分混勻后裝袋標記帶回實驗室，23條城區主干道共采集207個擾動土樣和69個原狀土樣。采回的擾動土樣剔除草根、碎石等雜物后自然風干。土壤pH和顆粒分析直接取樣測定。全量分析所用土樣經研缽磨細過0.149 mm篩待用。

1.3 測定指標及方法

土壤顆粒分析采用馬爾文激光粒度儀2000測定，按國際制標準劃分土粒分級，土壤粒徑分級標準分為 3級：黏粒（＜0.002 mm）、粉粒（0.002～0.02 mm）和砂粒（＞0.02 mm）[8]，結合國際制土壤質地三角形，確定土壤質地。容重和孔隙度采用環刀取樣進行測定。pH和電導率測定方法分別為電位法和電極法；土壤總有機碳測定采用TOC分析儀（Multi N/C2100，Jena，德國）1 000℃高溫燃燒法測定；全氮采用凱氏定氮儀測定；全磷采用HClO4-H2SO4消煮，鉬銻抗比色法測定。

1.4 數據分析

使用SPSS統計軟件進行統計分析，采用Microsoft Excel 2010進行制圖。

1.5 土壤肥力評價方法

土壤肥力評價采用改進的內梅羅指數法。修正的內梅羅指數公式如下。

式中，P是土壤肥力綜合指數；Pi是土壤各項肥力指數；Pi平均是指土壤中各項肥力指數的均值；Pi最小是指土壤中各單項肥力指數中的最小值；n是參評土壤影響因子的個數。

通過修正的內梅羅指數公式計算出的土壤肥力指數，根據P值定量評價土壤肥力，將土壤肥力劃分為4個等級（表1）。

表1 土壤質量等級劃分[9]

屬性值的分級標準（xa，xc，xp）參照第二次全國土壤普查標準（表2）。

表2 土壤各屬性分級標準值[10]

土壤質地為非數量化參數，標準化的方法為：中壤土、重壤土：Pi＝3；輕（砂）壤土、輕（砂）黏土：Pi＝2；砂土、黏土：Pi＝1。

土壤有機質、全氮和pH值（＜7）與土壤質量正相關。當屬性值 ci≤xa 時，Pi＝ci/xa（Pi≤1）；當 xa＜ci≤xc時，Pi＝1＋（ci－xa）/（xc－xa）（1＜Pi≤2）；當xc＜ci≤xp 時，Pi＝2＋（ci－xc）/（xp－xc）（2＜Pi＜3）；當 ci＞xp 時，Pi＝3。

土壤容重和pH（＞7）與土壤質量負相關。當屬性值 ci≤xp 時，Pi＝3；當 xp＜ci≤xc 時，Pi＝2＋（xc－ci）/（xc－xp）；當xc＜ci≤xa時，Pi＝1＋（xaci）/（xa－xc）；當ci＞xa時，Pi＝xa/ci。

2 結果與分析

2.1 道路綠地土壤物理特性分析

2.1.1 土壤粒度組成和質地 長治市23條道路綠地土壤顆粒組成分析結果列于表3。

由表3可知，23條道路中有17條道路綠地的土壤為黏土，超過73%，道路主要位于長治市城區南部和北部；有6條道路（英雄南路、五一街、解放東街、東大街、解放西街、西大街）土壤質地為壤土（表3），道路均處于長治市城區的中部。

表3 長治市各道路綠地土壤顆粒組成百分比及質地

2.1.2 土壤容重 長治市道路綠地土壤容重結果如圖1所示，土壤容重值變幅為0.9～1.87 g/cm3（最大值出現在豐祥路），平均值為1.29 g/cm3，標準差為0.31 g/cm3，變異系數為24%，屬于中等變異。有超過30%（7條）的道路綠地土壤容重超過理想容重（1.40 g/cm3），分別為五一街、西環路、豐祥路、潞陽門南路、東大街、南二環路和后府東街，其中，豐祥路和東大街的土壤容重超過1.80 g/cm3。

2.1.3 土壤孔隙度 長治市道路綠地土壤的孔隙度變幅為29%～66%，平均值為51%，標準差為0.12%，變異系數為24%。有超過30%的道路綠地土壤孔隙度低于50%，分別為西環路、豐祥路、潞陽門南路、南二環路、后府東街、五一街和東大街（圖2），一般適于植物生長發育的表層土壤孔隙度為50%～56%[11]，可見，這些土壤已有壓實現象。

2.2 道路綠地土壤化學特性分析

2.2.1 土壤酸堿性及電導率 長治市道路綠地土壤整體呈堿性。

23條道路綠地土壤0～15 cm土層的土壤pH值分布在7.58～8.72，均在7.5以上，且隨著土層變深，pH值增大，解放東路10～15 cm深度的pH值達到8.72（圖3）。長治市的道路綠地表層（0～10 cm）土壤電導率超過60%（14條路）高于200 μS/cm，最大可達482 μS/cm（西大街）。另外，土壤電導率隨土層深度增加而降低（圖4）。

2.2.2 土壤有機質含量 長治市道路綠地0～15 cm表層土壤有機質含量變幅為4.55～42.63 g/kg，均值為24.94 g/kg，標準差為10.81 g/kg，變異系數為43%，屬于中等變異。不同深度土壤有機質含量變化表現為0～5 cm＞5～10 cm＞10～15 cm（表4）。

根據全國第二次土壤肥力狀況分級標準，長治市土壤有機質含量為1～3級（大于20 g/kg）的頻率占56%（13條路），土壤有機質含量為4～6級（小于20 g/kg）的頻率占44%（10條路），其中，有2條路（德化門東路、后府東街）綠地表層土壤低于園林植物所需土壤有機質含量臨界值（10 g/kg）（圖5）。

表4 長治市道路綠地土壤各層有機質含量

2.2.3 土壤氮、磷含量 土壤養分水平是反映土壤供給植物必需的礦質營養能力的重要指標，不同地區各類型城市綠地土壤中氮、磷含量變異性較大[12]。

由表5可知，長治市道路綠地表層土壤全氮含量變幅為0.13～2.09 g/kg，且在0～15 cm的土層中，不同深度土壤全氮含量變化表現為0～5 cm＞5～10cm＞10～15cm，其中，0～5cm土壤深度全氮含量顯著高于 10～15 cm，5～10，10～15 cm 2個深度的全氮含量之間差異不顯著。根據土壤表土全氮含量分級標準，＜0.5 g/kg為1級，≥0.5＜1.0 g/kg為2級，≥1.0＜1.5g/kg為3級，≥1.5＜2.0g/kg為4級，≥2.0 g/kg為5級。長治市道路綠地0～15 cm表層土壤全氮含量處于1級狀態的樣本占48%（11條路），有35%（8條路）的土壤樣本全氮含量處于2級（圖6）。總體來看，長治市道路綠地表層土壤存在缺氮現象。

表5 長治市道路綠地土壤各層全氮、全磷含量

在對長治市道路綠地土壤樣本進行全磷含量的測定時發現，全磷變幅為0.29～2.05 g/kg，極大值出現在土層0～5 cm土壤深度中，且隨著土層深入全磷含量逐漸降低，其均值分別為0.74，0.63，0.45 g/kg，0～5 cm土壤深度的全磷含量顯著高于10～15cm（表5）。根據土壤表土全磷含量分級標準，＞1.20 g/kg為 1級，＞1.00～1.20 g/kg為 2級，＞0.80～1.00 g/kg為3級，＞0.60～0.80 g/kg為4級，＞0.40～0.60 g/kg為5級，≤0.40 g/kg為6級。根據研究結果（圖7），長治市有78%道路綠地土壤全磷含量處于4～6級；13%的樣本土壤磷含量適宜植物生長；另有9%的道路綠地土壤出現富磷現象，磷含量超過1.20 g/kg。

2.3 土壤肥力綜合評價

內梅羅指數法的應用，在較大程度上避免主觀判斷對評價結果的影響，提高了評價結果的準確性。土壤肥力是影響植物生長的重要因素，是土壤多方面性質的綜合反映。由表6可知，長治市道路綠地土壤綜合肥力指數變幅為0.54～1.93，平均值為1.11；土壤肥力等級長治市道路綠地等級為“良”的占4.3%，等級為“中”的占78.3%，等級為“差”的占17.4%。總體上來說，長治市道路土壤肥力處在中等水平，各條道路間的差異顯著。

表6 長治市道路土壤綜合評價結果

3 結論與討論

自然土壤平均容重為1.35 g/cm3，根據美國農業部自然資源保護局土壤質量研究所編撰的《Soil quality test kit guide》中指出，對于質地較輕的土壤（砂土、壤砂土），當土壤容重大于1.63 g/cm3時，將影響植物根系生長；當土壤容重大于1.80 g/cm3時，將嚴重阻礙植物生長；一般來說，綠化土壤容重＜1.40 g/cm3時最為理想[13]。長治市道路綠地土壤容重大、孔隙度低，說明綠地土壤存在壓實的問題，土壤保水和通氣性能差，不利于植物的生長，而且還會影響雨水和灌概水的入滲及其在土體中的分布。

土壤酸堿性能夠影響土壤營養元素的賦存形態及它們對植物的有效性、微生物的數量、組成和活性。植物適宜生長的pH值一般為6.5～7.5，pH值過低會增加土壤淋溶作用，造成土壤中Mg，P，Ca，K等元素的流失；pH值過高則易導致土壤微量元素Fe，Mn，B變為植物難以吸收的狀態，而高pH值正是城市綠地土壤的共性[14]。綠地植物能正常生長的土壤EC范圍為35～200 μS/cm。長治市道路綠地土壤樣本pH值較高，均超過8，城市道路綠地土壤趨于石灰化。在對長治市其他利用類型的園林綠地土壤pH值測量資料中發現，長治市整體土壤都偏堿性，例如，長治市濕地公園土壤pH值在7.8左右。而道路綠地受人為因素影響，pH值增高，還有一部分城市綠地土壤為建筑回填土，其中混有建筑廢棄物、水泥、磚塊或其他堿性混合物，以及大量含碳酸鹽灰塵的沉降，土壤中碳酸鹽與碳酸反應形成重碳酸鹽，也會導致土壤石灰化。建議在城市綠化中選擇喜堿的園林植物，或者在園林植物的移栽中，應添加酸性客土[14]。

土壤電導率（EC）對土壤質地、土壤孔隙、有機質含量及土壤養分可利用性等具有指示作用[15]。長治市土壤電導率偏高，有鹽漬化現象，且隨土層深入，電導率降低，由此猜想，是因為表層土壤中混入較多的生活垃圾及建筑垃圾，使土壤中可溶性鹽分含量增加，導致電導率增大，而電導率值過高容易造成土壤生理干旱，從而導致植物長勢差或死亡。

城市綠地土壤中常混雜著底土或生土，其有機質和養分（尤其速效養分）含量一般都很低。相較于其他園林綠地有機質含量的研究，長治市道路綠地土壤有機質含量比自然土壤高。根據長治市道路綠化植物物種分析，落葉大喬木占多數，秋天落葉回歸土壤，經一系列物理化學反應增加土壤中的有機質；其次道路綠化植物還有一（多）年生草本，比如鳶尾、萱草，死亡之后覆蓋在土壤表層，也會成為土壤肥料，使土壤中有機質含量升高；另外，道路綠化管理通常會不定時給植物施加有機肥料。這些方面的影響均會導致道路綠地土壤有機質含量高于自然土壤。

與大部分城市綠地土壤一樣，長治市道路綠地土壤整體亦處于缺氮狀態。因此，適當施加氮肥，保證植物較優生長。

土壤磷素含量高低在一定程度反映了土壤中磷素的貯量和供應能力。當全磷含量低于0.80 g/kg時，土壤會出現磷供應不足的現象，不利于植物的生長；而高濃度的磷素對環境也會產生很大威脅，當磷素的含量超過某一警戒值時，磷素向環境的釋放量就會驟增，從而會對城市水體造成潛在的風險[16]。長治市道路綠地土壤磷含量較低，可能是由于土壤呈現堿性導致土壤對磷的固定能力差。長治市道路綠地土壤中應適當施加磷肥以促進植物更好地生長。施用磷肥是生產上調控土壤供磷水平的重要途徑，長期施加不但能提高土壤有效磷水平，還能進一步促進多種植物的生長，增加干物質的量及促進氮素的吸收[17-18]。

土壤綜合肥力指數表明，長治市土壤肥力處在中等偏下水平，建議在今后的道路綠地養護時，應合理地施加肥料，以滿足植物的生長需要。