郭 佩，米美霞，郭昕懿，張蕓香，郭晉平

（1.山西農(nóng)業(yè)大學林學院，山西太谷030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學城鄉(xiāng)建設學院，山西太谷030801）

城市土壤是指在城區(qū)和城郊區(qū)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(tài)環(huán)境的物質(zhì)基礎，其質(zhì)量直接影響植物的健康生長、生態(tài)效益和景觀功能的發(fā)揮，從而在一定程度上決定著城市綠地質(zhì)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(zhì)發(fā)生變化，如土壤壓實、pH值升高、有機質(zhì)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(chǎn)生了一定影響。因此，針對城市綠地土壤性質(zhì)進行研究，對于提高綠地質(zhì)量、改善城市生態(tài)環(huán)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(qū)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(zhì)進行研究，對城市土壤質(zhì)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(tài)環(huán)境的保護提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)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(jīng) 111°58′～112°44′。長治市被太行山、太岳山所環(huán)繞，構(gòu)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(shù)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(qū)23條道路作為研究對象，研究區(qū)位置及樣帶選取基本覆蓋了整個長治市城區(qū)。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(shù)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(huán)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(qū)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(jīng)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(jié)合國際制土壤質(zhì)地三角形，確定土壤質(zhì)地。容重和孔隙度采用環(huán)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(shù)據(jù)分析

使用SPSS統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)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(nèi)梅羅指數(shù)法。修正的內(nèi)梅羅指數(shù)公式如下。

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

通過修正的內(nèi)梅羅指數(shù)公式計算出的土壤肥力指數(shù)，根據(jù)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(zhì)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(zhì)地為非數(shù)量化參數(shù)，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(zhì)、全氮和pH值（＜7）與土壤質(zhì)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(zhì)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(jié)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(zhì)地 長治市23條道路綠地土壤顆粒組成分析結(jié)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(qū)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(zhì)地為壤土（表3），道路均處于長治市城區(qū)的中部。

表3 長治市各道路綠地土壤顆粒組成百分比及質(zhì)地

2.1.2 土壤容重 長治市道路綠地土壤容重結(jié)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(xiàn)在豐祥路），平均值為1.29 g/cm3，標準差為0.31 g/cm3，變異系數(shù)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(huán)路、豐祥路、潞陽門南路、東大街、南二環(huán)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(shù)為24%。有超過30%的道路綠地土壤孔隙度低于50%，分別為西環(huán)路、豐祥路、潞陽門南路、南二環(huán)路、后府東街、五一街和東大街（圖2），一般適于植物生長發(fā)育的表層土壤孔隙度為50%～56%[11]，可見，這些土壤已有壓實現(xiàn)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(zhì)含量 長治市道路綠地0～15 cm表層土壤有機質(zhì)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(shù)為43%，屬于中等變異。不同深度土壤有機質(zhì)含量變化表現(xiàn)為0～5 cm＞5～10 cm＞10～15 cm（表4）。

根據(jù)全國第二次土壤肥力狀況分級標準，長治市土壤有機質(zhì)含量為1～3級（大于20 g/kg）的頻率占56%（13條路），土壤有機質(zhì)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(zhì)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(zhì)含量

2.2.3 土壤氮、磷含量 土壤養(yǎng)分水平是反映土壤供給植物必需的礦質(zhì)營養(yǎng)能力的重要指標，不同地區(qū)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(xiàn)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(jù)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(tài)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）?？傮w來看，長治市道路綠地表層土壤存在缺氮現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，全磷變幅為0.29～2.05 g/kg，極大值出現(xiàn)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(jù)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(jù)研究結(jié)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(xiàn)富磷現(xiàn)象，磷含量超過1.20 g/kg。

2.3 土壤肥力綜合評價

內(nèi)梅羅指數(shù)法的應用，在較大程度上避免主觀判斷對評價結(jié)果的影響，提高了評價結(jié)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(zhì)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(shù)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%?？傮w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(jié)果

3 結(jié)論與討論

自然土壤平均容重為1.35 g/cm3，根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部自然資源保護局土壤質(zhì)量研究所編撰的《Soil quality test kit guide》中指出，對于質(zhì)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(yǎng)元素的賦存形態(tài)及它們對植物的有效性、微生物的數(shù)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?yōu)橹参镫y以吸收的狀態(tài)，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(fā)現(xiàn)，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(zhì)地、土壤孔隙、有機質(zhì)含量及土壤養(yǎng)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(xiàn)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?；祀s著底土或生土，其有機質(zhì)和養(yǎng)分（尤其速效養(yǎng)分）含量一般都很低。相較于其他園林綠地有機質(zhì)含量的研究，長治市道路綠地土壤有機質(zhì)含量比自然土壤高。根據(jù)長治市道路綠化植物物種分析，落葉大喬木占多數(shù)，秋天落葉回歸土壤，經(jīng)一系列物理化學反應增加土壤中的有機質(zhì)；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(zhì)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(zhì)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(tài)。因此，適當施加氮肥，保證植物較優(yōu)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(xiàn)磷供應不足的現(xiàn)象，不利于植物的生長；而高濃度的磷素對環(huán)境也會產(chǎn)生很大威脅，當磷素的含量超過某一警戒值時，磷素向環(huán)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(xiàn)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(chǎn)上調(diào)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(zhì)的量及促進氮素的吸收[17-18]。

土壤綜合肥力指數(shù)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(yǎng)護時，應合理地施加肥料，以滿足植物的生長需要。