大连市城区绿地土壤质量特征研究

伍海兵，李峰，梁晶*

(1.上海市园林科学规划研究院，上海 200232；2.上海城市困难立地绿化工程技术研究中心，上海 200232；3.大连市城市管理局, 辽宁 大连 116000)

城市绿地作为城市生态基础设施，是城市生态系统的重要组成部分，土壤作为绿地植物生长的介质，土壤质量不仅直接影响植物生长，也直接影响城市的气候环境、生物多样性和生态平衡[1-2]，对维持良好的城市生态环境和可持续发展具有重要作用[3]。随着社会经济的快速发展，人们对生活质量的要求不断提高，对城市生态环境也越来越关注，城市园林绿化在其中起着不可替代的作用[4]。土壤质量的好坏直接决定城市绿化建设的成败，因此，土壤对城市的可持续发展有着重要意义。然而城市绿地土壤质量不佳现象普遍存在，如城市的快速绿化导致绿化用土紧缺，土壤来源复杂，土壤中常掺杂着底层土、生土以及大量的建筑垃圾等，土体层次混乱，土壤结构较差[5]。在施工过程中，由于园林植物直接体现绿化效果，植物的质量易受重视，而对土壤质量则往往考虑较少，因此，许多绿地土壤质量较差是自绿化工程施工之时就“先天”存在，城市人口密度、土地利用等人为因素会直接影响城市绿地土壤质量，使土壤性质发生显著改变，直接影响绿化植物的正常生长[5-6]。近年来，有关城市绿地土壤质量的研究越来越受到重视，陈旭彤[7]对杭州城市绿地土壤肥力质量及张明等[8]对合肥市城区不同类型绿地土壤肥力质量进行分析评价，并提出了相应的改良措施。伍海兵等[9]利用几种改良材料改善城市绿地土壤物理性质。但有关于大连绿地土壤质量研究鲜有报道，并且近几年大连市广泛种植的绿化植物开始出现提前黄化，甚至不同程度的死亡现象，城区绿化景观效果不佳较为普遍[10]。基于此，以大连市中心城区的主要公园、道路的公共绿地土壤为研究对象，对其土壤理化性质进行现场调查和分析，分析影响大连市城市绿化植被生长因素中的土壤因子状况，以期为大连城区绿地土壤的改良与养护管理提供技术支撑。

1 研究区域与方法

1.1 区域

大连市位于暖温带辽东半岛最南端，三面环海，西北临渤海，东南临黄海，地理坐标120°58′ E～123°31′E、38°43′ N～40°10′N。具有海洋性特征的暖温带大陆性季风气候，冬无严寒，夏无酷暑，气候舒适宜人，四季分明，年日照时数3 000 h，年无霜期172～188 d，年平均气温10.5 ℃，年降水量550～950 mm，60%～70%降水集中在夏季。

1.2 方法

1.2.1 样品采集

以大连市中山区、西岗区、沙河口区、甘井子区，以及高新园区5个区内的主要道路、公园绿地土壤为研究对象，共设置30个监测点，采集表层土壤(0～30 cm)和底层土壤(30～100 cm)样品，共采集60个土壤样品。

1.2.2 样品测定

土壤pH采用电位法测定，土壤EC采用电导率法测定，土壤有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法测定，土壤石砾含量采用筛分法测定，土壤容重、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测定，土壤机械组成采用密度计法测定，各指标具体分析方法均参照CJ/T 340—2016《绿化种植土壤》[11]。

2 结果与分析

2.1 绿地土壤理化性质基本概况

2.1.1 pH

pH值是土壤许多化学性质的综合反映，直接影响土壤中养分元素的存在形态以及土壤动植物的群落特征[12]。大连绿地土壤pH为8.07～9.38(表1)，均值高达8.69，土壤pH较高，高于《绿化种植土壤》的最大限值要求(<8.3)；变异系数较小，为0.03，由此可见，各绿地土壤pH空间变异较小。而一般适宜绿地植物生长的土壤为酸性或微酸性，大连市绿地土壤pH过高在一定程度上阻碍了植物的生长。

表1 大连市绿地土壤的基本化学性质

2.1.2 EC

土壤电导率通常作为土壤盐渍化程度高低的指标，EC所反映的离子总量可作为土壤肥力的一个综合性参考指标[13]。大连绿地土壤EC为0.03～0.26 mS·cm-1，均值仅为0.08 mS·cm-1，EC较低(表1)，远低于《绿化种植土壤》的最低限值要求(>0.15 mS·cm-1)；EC变异系数较大，达0.50，即不同区域绿地土壤EC变化较大。由此可见，大连绿地土壤中可溶性养分离子含量普遍较低，是阻碍大连绿地植物生长的因素之一。

2.1.3 有机质

土壤有机质含有植物生长必需的各种营养元素，并影响养分循环及土壤结构稳定性、保水能力、阳离子交换能力等理化和生物学特性。大连绿地土壤有机质含量为9.02～38.70 g·kg-1，均值为21.20 g·kg-1，均值略高于标准最低限值要求(>20 g·kg-1)，但也有50.7%的土壤样品低于标准限值要求，无法给绿地植物提供足够的养分。其中，有机质含量较高的土壤主要分布在公园绿地，这可能与公园经常性的养护以及枯枝落叶未被清扫而长期覆盖和分解有关。

2.1.4 速效养分

土壤速效养分是衡量土壤养分供给的强度指标，土壤速效氮、磷、钾等营养物质的含量直接影响植物的营养供应[14-15]。大连绿地土壤水解氮含量偏低(表1)，为12.60～138.30 mg·kg-1，均值为40.80 mg·kg-1，略高于标准的最低限值要求(>40 mg·kg-1)，有58.3%的土壤样品低于标准限值要求，且水解含量氮的变异系数较大，达0.56，不同区域的水解氮差异较大。大连绿地土壤有效磷含量偏低(表1)，为0.44～90.10 mg·kg-1，均值为11.90 mg·kg-1，而中位数仅为6.94 mg·kg-1，略高于标准的最低限值要求(>5 mg·kg-1)，且变异系数大，达1.24。大连绿地土壤的速效钾含量较丰富(表1)，为39.30～615.80 mg·kg-1，均值为144.70 mg·kg-1，95%的土壤速效钾含量均符合标准要求。土壤速效钾变异系数较大，达0.66，说明不同区域土壤速效钾含量差异较明显。由此可见，虽然大连绿地土壤的速效钾含量较为丰富，而水解氮和有效磷含量普遍偏低，在一定程度上影响植物的正常生长。大连不同区域绿地土壤速效养分含量差异明显，与文献[4]的结果相一致，可能是不同区域绿地养护管理和方式不同所致。

2.1.5 石砾含量

土壤中大量砾石的存在，不仅会对土壤的容重、孔隙度和含水量等物理特性存在影响，并且也会影响土壤的入渗特性[16-17]。大连绿地土壤中石砾含量较高(表2)，为5.29%～66.10%，均值高达26.17%，超过标准要求的石砾含量(低于20%)，有68.3%的土壤样品超过标准限值要求，公园绿地土壤石砾含量相对较少，道路土壤中石砾含量较高，部分区域还发现土壤中存在硬质隔断层，阻断根系向下生长。由此可见，大连绿地土壤中石砾含量较高为普遍现象，石砾含量过高严重阻碍植物的正常生长和发育，并且降低了土壤的保水性，可能是大连行道树植物长势不佳的主要障碍因子之一。

表2 大连市绿地土壤的基本物理性质

2.1.6 土壤质地

土壤质地对于土壤性质和肥力有极为重要的影响，大多数植物适宜生长于壤土，不适宜生长于砂土、黏土。大连绿地土壤质地以壤土为主，占70.0%；其次是砂质壤土和黏壤土，占11.7%；壤质砂土最少，占1.7%。土壤中各颗粒组成相对较好，但也有部分土壤质地黏重或偏砂，这些区域的植物长势均不佳。由此可见，部分区域绿地土壤过黏和过砂均不利于植物生长。

2.1.7 土壤容重

土壤容重的大小可以反映土壤的压实程度，对土壤的透气性、入渗和持水性能以及抗侵蚀能力都有很大影响[18]。大连绿地土壤容重一般(表2)，为1.14～1.65 g·cm-3，均值为1.34 g·cm-3，与标准限值要求相近，但部分区域土壤容重偏高，有41.7%的土壤超过标准限值要求。容重过大，反映土壤板结严重，直接阻碍植物根系在土壤穿透和生长，这也是当前城市绿地土壤普遍存在的现象[19]。

2.1.8 土壤水分

土壤水分是植物生长的物质基础，影响植物生长的各种物理、化学及生物过程[20]，也是土壤水分供应状况以及土壤水源涵养能力评价的重要参数。大连绿地土壤含水率较低(表2)，为9.08%～23.24%，均值为15.67%，这可能与绿地土壤裸露，水分易被蒸发有关，土壤含水率低直接影响植物的正常生长。

土壤田间持水量反映土壤所能稳定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持悬着水的最大量，是对植物有效的最高土壤水含量，田间持水量越大间接反映土壤中有效水含量越高。大连绿地土壤田间持水量偏低(表2)，为189.38～429.80 g·kg-1，均值为308.56 g·kg-1。由此可见，大连绿地土壤的供水和水分涵养能力较差。

2.1.9 土壤孔隙度

土壤孔隙度包括非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度，其数量和大小直接决定土壤中物质转移的形式和速率，是评价土壤贮水能力及肥力特征的重要因素之一[21]。大连绿地土壤非毛管孔隙度相对偏低(表2)，为2.41%～10.16%，均值为6.23%，只有29.2%的土壤高于8%，高达70.8%的土壤非毛管孔隙度小于8%，不适合植物健康生长；土壤毛管孔隙度较低，为31.92%～49.39%，均值为41.35%，土壤保肥和蓄水能力相对较弱；土壤总孔隙度相对较低，为39.76%～52.83%，均值为47.58%，仅有33.3%的土壤总孔隙度超过50%。大连绿地土壤的各孔隙度指标普遍偏低，影响植物的正常生长。

2.2 不同深度土壤理化性质

2.2.1 pH

大连不同深度绿地土壤pH差异较小(图1)，表层土壤pH略高于底层土壤，这可能主要是由于表层土壤受道路施影响，一些混凝土或沥青混入土壤中，加剧了表层土壤的碱化[21]。

柱上无相同小写字母表示组间差异显著(P<0.05)。图2、3、5同。

2.2.2 EC

不同深度土壤EC差异不大(图2)，表层土壤和底层土壤EC均为0.08 mS·cm-1，土壤EC均偏低。

图2 大连市绿地不同土壤深度EC的变化

2.2.3 有机质

大连不同深度绿地土壤有机质差异显著(图3)，表层土壤比底层土壤有机质含量高30.0%，尤其是公园等公共绿地表层有机质含量更高。

图3 大连市绿地不同土壤深度有机质的变化

2.2.4 速效养分

图4看出，表层土壤有效磷、水解氮和速效钾含量均显著高于底层土壤，且较底层土壤分别高48%、35%和17%。表层土壤中的有效态营养含量相对较高可能是由于人工养护添加肥料以及枯枝落叶分解所致。

不同土壤深度柱上无相同小写字母表示组间差异显著(P<0.05)。

2.2.5 物理性质

由于道路土壤的特殊性和局限性，受采样和检测限制，不同深度的土壤物理指标仅对土壤石砾和土壤质地进行分析。结果(图5)表明，表层土壤石砾含量与底层土壤基本持平，分别为26.07%和26.27%。由此可见，不同深度土壤中的石砾含量过高问题普遍存在。

图5 大连市绿地不同土壤深度石砾含量的变化

不同深度土壤颗粒组成差别不明显(图6)，表层土壤黏粒和粉砂粒含量略低于底层土壤，而表层土壤砂粒含量略高于底层土壤。表层土壤和底层土壤都以壤土为主，其次为砂质壤土和粉砂壤土。

图6 大连市绿地不同土壤深度颗粒含量的变化

3 小结与讨论

通过对大连市各区绿地土壤的化学性质分析可以看出，大连市绿地土壤化学性质相对较差，主要体现在土壤EC、有机质、水解氮、有效磷偏低，土壤pH过高，这些化学性质均可能会影响植物的正常生长，尤其是土壤pH、有机质可能是引起植物长势不佳的关键障碍因子。由于受剧烈人为活动的影响，大连绿地土壤与国内部分大中城市园林土壤同样出现了碱化的趋势[22]，并且由于道路施工或建筑施工的混凝土或渣石直接倾倒于土壤，部分街道绿地土壤呈强碱性，pH高达9.38。土壤EC普遍偏低，间接反映大连绿地土壤中可溶性养分离子含量较低。土壤养分指标中除速效钾含量较丰富外，有机质、水解氮、有效磷、全氮含量均偏低，在一定程度上制约了植物的正常生长。

土壤质地以壤土为主，但也有部分土壤质地黏重或偏砂；土壤容重一般，但部分道路绿地土壤容重过大，反映出土壤板结严重，直接阻碍植物根系在土壤的穿透和生长。土壤含水率、田间持水量及孔隙度整体均偏低，反映出土壤的水源涵养能力和保肥蓄水能力较弱。城市化后土壤压实严重是普遍存在的共性问题[19,23]。大连绿地土壤容重过大，孔隙度偏低，均反映出在人为活动的干扰下当地土壤物理性质的退化，对植物正常生长及城市生态系统都将产生不良影响[24]。

大连绿地土壤的EC以及水解氮、速效钾、有效磷含量等化学性质上具有明显的空间变异性，可能与不同区域养护方式不同有关。而土壤容重、孔隙度、田间持水量等物理性质的空间变异性较小，物理性质普遍偏差，则反映出大连绿地土壤普遍存在压实严重等问题。另外，大连绿地土壤不同深度土层之间的石砾含量、颗粒组成、pH、EC的差别不明显，但不同深度的有机质、有效磷、水解氮、速效钾的差别显著，底层的土壤相对表层土壤质量较差。这可能是一方面由于人工养护添加肥料以及枯枝落叶分解所致，另一方面可能是调查地广泛种植的绿化植物为深根系乔木，根系生长较深，对深层土中的养分吸收较大。由此可见，深层土壤中的有效态养分较低一定程度会阻碍植物根系的生长发育，从而阻碍了植物的健康生长。

从本次对大连绿地土壤理化特性的分析结果来看，想要改善大连市绿化景观效果，还需改善植物健康生长所需的土壤环境。加强大连绿地土壤的日常养护，以本次土壤监测数据为施肥的参考数据，有针对性地科学配方施肥，在土壤改良的过程中注重有机改良材料的施加，提升土壤有机质含量；疏松土壤，防止土壤板结和压实，促进良好的土壤物理性质的形成，并添加一些土壤保水和蓄水改良材料，以提升土壤保水蓄水能力；同时，注意排水措施，防止土壤积水。只有加强对土壤养护的投入，综合改善土壤水、肥、气、热，才能有效改善大连绿地土壤质量，从而促进植物的健康生长。