叢曉峰，黎 斌，陳 昊

（陜西省西安植物園，西安710061）

城市土壤是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是城市綠化植物生長的介質(zhì)和養(yǎng)分的供應(yīng)者，是城市污染物的凈化器，對城市的可持續(xù)發(fā)展有著重要意義［1］。隨著城市化進(jìn)程的加快，城市綠地土壤肥力的退化已受到越來越多的關(guān)注。在城市新建綠地土壤肥力研究中，人們更多關(guān)注土壤中氮、磷、鉀等有效成分的含量，而忽略由于土壤物理性質(zhì)的改變對土壤肥力產(chǎn)生的影響。

土壤物理性質(zhì)影響土壤中諸多物理、化學(xué)過程［2，3］，進(jìn)而影響著土壤肥力的釋放。壓實(shí)是引起城市新建綠地土壤質(zhì)量退化的主因之一［4］，也是城市新建綠地土壤與耕地土壤以及森林土壤的一個(gè)顯著區(qū)別，在綠地建設(shè)過程中，重型機(jī)械施加在土壤上，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)體破壞，土壤肥力產(chǎn)生退化。植被覆蓋率降低，物種多樣性銳減，各種有效養(yǎng)分也隨之下降。因此，土壤的物理參數(shù)可作為必要影響因子參與城市新建綠地土壤肥力的測評(píng)。

土壤容重與水分特征是影響城市新建綠地土壤質(zhì)量的兩個(gè)重要的物理參數(shù)，Zisa［5］認(rèn)為土壤容重超過1.6 g·cm－3時(shí)會(huì)制約植物根系的生長。Tan等［6］發(fā)現(xiàn)，壓實(shí)對土壤中的碳、氮等元素的礦化作用存在潛在的影響，導(dǎo)致土壤肥力的降低。盧瑛等［7］在對南京城市綠地土壤肥力的研究中提出，城市綠地土壤特殊的形成過程和物理性質(zhì)，是導(dǎo)致其養(yǎng)分狀況與其它土類不同的主要原因。

因此，本研究以陜西省西安植物園遷擴(kuò)建工程項(xiàng)目（以下簡稱：西安植物園新區(qū)）為典型案例，將容重、飽和導(dǎo)水率、有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀、陽離子交換量、p H值作為影響因子進(jìn)行土壤肥力綜合評(píng)價(jià)。運(yùn)用修正的內(nèi)梅羅公式法，研究各因子與土壤肥力之間的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

西安植物園新區(qū)地處西安市區(qū)東南部，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年降水量558～750 mm，主要集中在夏秋季，年日照時(shí)數(shù)1 983～2 267 h，土壤以褐土為主，碳酸鹽母質(zhì)。

西安植物園新區(qū)原址由三部分組成：①荒蕪的農(nóng)田、果園，占整個(gè)園區(qū)面積的40%；②生活、建筑垃圾場，約占園區(qū)面積的40%；③杜陵陪葬墓及其保護(hù)區(qū)，約占整個(gè)園區(qū)面積的20%。在前期垃圾清運(yùn)以及后來的工程施工過程中，大型載重車輛對園區(qū)內(nèi)的土壤進(jìn)行了不同程度的碾壓，使某些區(qū)域的原始地貌發(fā)生了極大變化。

1.2 肥力評(píng)價(jià)方法

1.2.1 修正的內(nèi)梅羅（Nemoro）公式 在土壤綜合肥力評(píng)價(jià)時(shí)，選擇不同的影響因子，面對不同的分析對象，所采用的評(píng)價(jià)方法也不盡相同［8］，這些方法各有優(yōu)劣。本研究采用國際上較為通用的修正的內(nèi)梅羅（Nemoro）公式法［9，10］對土壤肥力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.2.2 各參評(píng)因子肥力指數(shù)（Pi）的確定 參照其他學(xué)者的研究成果［8，12－17］以及第二次全國土壤普查分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［18］，將各影響因子分級(jí)劃分 （Pl，Pm，Ph）見表1。土壤飽和導(dǎo)水率是研究土壤水分參數(shù)的一個(gè)重要指標(biāo)，但我國土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)并沒有將土壤飽和導(dǎo)水率列為土壤肥力的制約因子。本研究依據(jù)日本綠化土壤飽和導(dǎo)水率的劃分等級(jí)進(jìn)行劃分［19］。

運(yùn)用公式（2）－（5）對各影響因子的數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理［10，20－21］，以消除各因子之間的量綱差別。當(dāng)某一影響因子的測定值Ci超過一定的標(biāo)準(zhǔn)值 （Ph）后，該因子對土壤綜合肥力的貢獻(xiàn)不再提高，恒為3［11］，這反映了植物生長過程中對某影響因子的依賴存在一個(gè)飽和值的現(xiàn)象［22］。

當(dāng)Ci≤Pl時(shí)，Pi＝Ci／Pl，（Pi≤1） 公式（2）

當(dāng)Pl＜Ci≤Pm時(shí)，Pi＝1＋（Ci－Pl）／（Pm－Pl），（1＜Pi≤2） 公式（3）

第三，法律促進(jìn)科技人才的培養(yǎng)。人才是科技進(jìn)步的最核心最重要的因素，唯有不斷培養(yǎng)出優(yōu)秀的人才，才能促進(jìn)科技的發(fā)展。通過立法促進(jìn)人才的培養(yǎng)，成為發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)。比如，2007年，美國國會(huì)制定了《美國競爭法》，該法規(guī)定了加強(qiáng)美國科技人才培養(yǎng)、引進(jìn)海外優(yōu)秀科技人才的制度和措施，促進(jìn)了美國科技人才的培養(yǎng)。目前美國擁有世界上最龐大的科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。

當(dāng)Pm＜Ci＜Ph時(shí)，Pi＝2＋（Ci－Pm）／（Ph－Pm），（2＜Pi＜3） 公式（4）

當(dāng)Ci≥Ph時(shí)，Pi＝3 公式（5）

1.3 樣品的采集與分析

1.3.1 樣地設(shè)置與樣品的采集 西安植物園新區(qū)按功能劃分為11個(gè)專類園區(qū)，每個(gè)專類園區(qū)的基本地貌與采樣數(shù)見表2，本研究采集25份土樣，每份土樣設(shè)有三個(gè)重復(fù)，化學(xué)指標(biāo)檢測的樣品均為0～60 cm的土壤混合樣，每份樣品約500 g。飽和導(dǎo)水率測定0～30 cm表層土，土壤容重測定的是0～50 cm土層的平均值。土壤樣品采集與測定的時(shí)間為2014年4—6月。

表1 各影響因子的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表2 各專類園的地貌特征

1.3.2 樣品分析方法

速效氮：1MKCl浸提－全自動(dòng)間斷分析儀法；速效磷：0.5 M碳酸氫鈉，紫外光度計(jì)比色法；速效鉀：1 mol／L乙酸銨浸提－火焰光度法；p H值：p H計(jì)測定；土壤有機(jī)質(zhì)：K2Cr2O4容量法；陽離子交換量（CEC）：1 mol／L乙酸銨交換法（p H 7.0）。土壤容重采用環(huán)刀法測定，土壤飽和導(dǎo)水率采用定水頭法測定。

1.3.3 實(shí)驗(yàn)儀器 全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀（德國DeChem－Tech.Gmb H公司），p H計(jì)（梅特勒公司），火焰分光光度計(jì)（上海儀電分析儀器有限公司），紫外分光光度計(jì)（日本島津公司），電子天平（梅特勒公司）。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理與評(píng)價(jià)方法 數(shù)據(jù)分析采用Excel 2007和SPSS 17.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 影響西安植物園新區(qū)土壤肥力單因子特征

對西安植物園新區(qū)11個(gè)專類園土壤樣品的測定分析見表3。

多重比較顯示，各專類園不同地貌之間速效氮、速效磷、有機(jī)質(zhì)含量差異顯著，速效鉀含量差異不顯著。按全國第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分［18］，速效氮、速效磷含量屬于第六級(jí)，為極貧瘠水平，有機(jī)質(zhì)含量屬于第五級(jí)，為貧瘠水平，難以滿足植物生長需要；速效鉀含量屬于第三級(jí)，為中等水平，可以滿足植物生長需求。

西安植物園新區(qū)p H值最高的區(qū)域是兒童園，為8.10，最低的是遺忘園，為7.50，平均值為7.85，各專類園不同地貌之間土壤的p H值沒有明顯的差異，其中18.2%的土壤p H在8.0～8.3之間，呈堿性，81.8%的土壤p H 在7.5～8.0之間，呈弱堿性，因此西安植物園新區(qū)土壤的p H不會(huì)影響到植物的生長繁殖。

陽離子交換量最高值位于薔薇園，值為14.30 cmol·kg－1，最低值位于水景園，值為6.8 cmol·kg－1，平均值為9.07 cmol·kg－1，各專類園不同地貌之間陽離子交換量差異顯著，有18%的土壤的陽離子交換量超過10.0 cmol·kg－1，其余區(qū)域土壤的陽離子交換量均低于10 cmol·kg－1，說明西安植物園新區(qū)土壤的陽離子交換量偏低［23］。

飽和導(dǎo)水率最高值為37.7 mm·h－1，位于薔薇園，最低值為4.3 mm·h－1，位于水景園，平均值為20.87 mm·h－1。西安植物園新區(qū)有45.5%的區(qū)域飽和導(dǎo)水率為良，27.2%的區(qū)域?yàn)椴睿?7.3%的區(qū)域?yàn)闃O差。各專類園不同地貌之間飽和導(dǎo)水率差異極顯著，飽和導(dǎo)水率差的土壤主要集中在受過機(jī)械碾壓較重的區(qū)域，如水景園、系統(tǒng)園和秦嶺園。

容重最高值為1.71 g·cm－3，位于水景園，最低值為1.37 g·cm－3，位于薔薇園，平均值為1.51 g·cm－3，受人為擾動(dòng)及大型機(jī)械壓實(shí)的影響，西安植物園新區(qū)土壤容重普遍偏高，各專類園不同地貌之間土壤容重差異極顯著。

表3 各采樣點(diǎn)土壤的肥力指標(biāo)

2.2 土壤肥力質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

運(yùn)用公式（1）對西安植物園新區(qū)11個(gè)專類園區(qū)土壤肥力進(jìn)行分析，結(jié)果（表4）顯示：西安植物園新區(qū)平均綜合肥力水平為0.956，屬于較差水平。土壤綜合肥力極差區(qū)域，即F＜0.9區(qū)域占園區(qū)總面積45.5%，主要分布于垃圾場及其周邊區(qū)域，此區(qū)域的地表有較強(qiáng)的人為擾動(dòng)痕跡，重型機(jī)械碾壓頻繁，地表基本裸露。土壤綜合肥力較差區(qū)域即0.9＜F＜1.8區(qū)域占園區(qū)總面積54.5%，主要分布于離垃圾場較遠(yuǎn)的區(qū)域，此區(qū)域的土壤人為擾動(dòng)較少，無機(jī)械碾壓，地表覆蓋植物種類較多且稠密。整個(gè)園區(qū)沒有土壤綜合肥力良和優(yōu)的區(qū)域，綜合肥力水平最高的專類園是薔薇園（F＝1.29），最低的是水景園（F＝0.64）。

2.3 影響城市綠化用地土壤肥力的主要因素

有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀、陽離子交換量、飽和導(dǎo)水率與土壤肥力之間為極顯著正相關(guān)，見表5。介于1.35～1.71 g·cm－3之間的土壤容重與土壤綜合肥力為極顯著的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r＝0.970 8，p H 值在7.6～8.1范圍內(nèi)與綜合肥力之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r＝0.333 9。

通過各因子相關(guān)系數(shù)的比較可看出，對城市綠化用地土壤綜合肥力指數(shù)影響作用依次為土壤飽和導(dǎo)水率＞容重＞速效氮＞有機(jī)質(zhì)＞速效鉀＞陽離子交換量＞速效磷＞p H值（表5）。

表4 各采樣點(diǎn)土壤的肥力指數(shù)（Pi）

表5 肥力指數(shù)與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)關(guān)系

3 討論

土壤速效養(yǎng)分和土壤物理特性是土壤肥力的重要組成，是評(píng)價(jià)土壤肥力的關(guān)鍵指標(biāo)［24］，西安植物園新區(qū)的土壤為褐土，其基本特點(diǎn)是缺磷少氮，鉀含量適中。這與田有國［25］等對褐土的養(yǎng)分分析結(jié)果相近。

韓冰等認(rèn)為［26］，城市綠地土壤肥力的評(píng)價(jià)受物理性質(zhì)的影響小于化學(xué)因素。與其觀點(diǎn)不同，本研究引入物理參數(shù)后各專類園的綜合肥力排名為薔薇園＞百卉園＞絲路園＞兒童園＞遺忘園＞本草園＞藤蔓園＞木蘭園＞系統(tǒng)園＞秦嶺園＞水景園；而不含物理參數(shù)的肥力排名為薔薇園＞絲路園＞百卉園＞本草園＞遺忘園＞兒童園＞藤蔓園＞木蘭園＞秦嶺園＞水景園＞系統(tǒng)園。受人為踐踏和機(jī)械壓實(shí)的影響飽和導(dǎo)水率較低，土壤水分的自我調(diào)節(jié)功能弱化，易導(dǎo)致干旱；土壤容重偏高，且不同區(qū)域差異較大；土壤的自然層次紊亂，分布無規(guī)律。影響城市綠化用地土壤肥力的八個(gè)因子與土壤肥力之間均呈現(xiàn)不同程度的線性關(guān)系，相對而言飽和導(dǎo)水率、土壤容重、速效氮含量、有機(jī)質(zhì)含量對土壤肥力的影響更為顯著，與于法展等學(xué)者的研究相似［14，27］，土壤物理參數(shù)對城市綠地土壤肥力評(píng)價(jià)的結(jié)果影響較大。

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