代琦 葉子易 蔡云鵬

摘要通過對(duì)上海辰山植物園土壤修復(fù)一期工程前后各區(qū)域土壤主要化學(xué)性狀、養(yǎng)分及物理性質(zhì)的調(diào)查，探討土壤修復(fù)對(duì)植物園土壤理化性質(zhì)的影響，以期為今后辰山植物園的土壤修復(fù)工程提供科學(xué)依據(jù)，并為未來新建植物園和有效改良現(xiàn)有植物園提供科學(xué)借鑒。

關(guān)鍵詞土壤修復(fù);理化性質(zhì);效果評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)S156文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611（2019）03-0050-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.03.017

2000年，BGCI發(fā)布的《植物園保護(hù)國(guó)際議程》明確要求，植物園在植物多樣性保護(hù)工作中的全球使命包括：“防止全世界植物物種及其遺傳多樣性的流失;注重防止世界自然環(huán)境的進(jìn)一步退化;使公眾認(rèn)識(shí)到植物多樣性的價(jià)值以及他們所面臨的威脅;以實(shí)際行動(dòng)改善全球自然環(huán)境;為了我們的子孫后代，努力實(shí)現(xiàn)世界自然資源的可持續(xù)利用”。在此現(xiàn)狀下，植物園成為世界各國(guó)共同關(guān)注的機(jī)構(gòu)和積極支持建設(shè)的重點(diǎn)，許多新的植物園在世界各地不斷興起，并成為當(dāng)?shù)刂参锓N質(zhì)資源的保護(hù)中心，植物園的建設(shè)和發(fā)展也成為一個(gè)國(guó)家文明發(fā)展、科技進(jìn)步的重要標(biāo)志，其功能和作用比以往任何時(shí)期都備受關(guān)注，它不僅是人類面對(duì)生物多樣性衰退和全球氣候變化采取的一項(xiàng)應(yīng)對(duì)措施，更是人類通過科學(xué)手段構(gòu)建的一個(gè)多樣性的植物生存空間，在如今全球生態(tài)系統(tǒng)受到嚴(yán)重威脅的環(huán)境下，它體現(xiàn)了當(dāng)代社會(huì)人類對(duì)待植物與自然的態(tài)度和方式，彰顯了人與自然之間和諧共存的關(guān)系與智慧。

上海辰山植物園是由上海市人民政府、中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家林業(yè)局以及中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院于2005年合作共建，占地面積207 hm2，是一座融科研、科普、景觀和休憩為一體的國(guó)家級(jí)綜合性植物園。自開園以來，辰山植物園始終緊跟國(guó)家戰(zhàn)略，圍繞地方需求，充分利用現(xiàn)代生物技術(shù)，合理挖掘資源潛力，不斷開發(fā)新資源、探索新技術(shù)、培育新品種;充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，深度挖掘社會(huì)需求，不斷開拓市場(chǎng)資源，創(chuàng)新科普形式、提升文化內(nèi)涵;充分利用現(xiàn)代服務(wù)理念，探索創(chuàng)新機(jī)制，強(qiáng)化社會(huì)服務(wù)功能，提升服務(wù)品質(zhì)。

隨著辰山植物園自身的發(fā)展和國(guó)際影響力的提升，植物收集展示和保育研究的種類逐漸增多，但由于辰山植物園綠化種植土質(zhì)較差，板結(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重，及規(guī)劃、建設(shè)時(shí)期的歷史遺留原因，土壤中磚頭、石塊等建筑垃圾較多，機(jī)械碾壓現(xiàn)象嚴(yán)重[1]，不少區(qū)域內(nèi)發(fā)生積水，導(dǎo)致植物發(fā)根不好甚至死亡。為了能夠給來自世界各地的植物提供一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境，更好地發(fā)揮辰山植物園在全球生物多樣性保護(hù)中的作用，同時(shí)提升我國(guó)植物園事業(yè)在國(guó)際上的影響力，進(jìn)一步推動(dòng)上海生態(tài)之城的建設(shè)步伐[2]，在此背景下，結(jié)合園區(qū)現(xiàn)狀以及土壤初步研究結(jié)果，擬對(duì)植物園相關(guān)區(qū)域綠化種植土壤進(jìn)行有針對(duì)性地改良修復(fù)工作[3]。為此，辰山植物園已于2015年開始分區(qū)塊對(duì)園區(qū)綠化種植土壤進(jìn)行一期改良與修復(fù)工作，并取得初步成效，為全球植物多樣性保護(hù)奠定基礎(chǔ)。筆者通過對(duì)土壤修復(fù)一期工程前后各區(qū)域土壤主要化學(xué)性狀、養(yǎng)分及物理性質(zhì)的調(diào)查[4]，探討土壤修復(fù)對(duì)植物園土壤理化性質(zhì)的影響，以期為今后辰山植物園的土壤修復(fù)工程提供科學(xué)依據(jù)，并為未來新建植物園和有效改良現(xiàn)有植物園提供科學(xué)借鑒。

1采樣與方法

1.1概況

上海辰山植物園（圖1）綠化種植土壤修復(fù)一期工程主要涉及南入口區(qū)、礦坑花園和巖石藥用園及周邊區(qū)、展覽溫室周邊區(qū)共26.5 hm2，是辰山植物園內(nèi)深受游客喜愛的重點(diǎn)游覽區(qū)域，包含平地、山體、溫室建筑等多種類型，全園80%的游客會(huì)集中在此。但自建園以來，三區(qū)植物長(zhǎng)勢(shì)較差，尤其是入口區(qū)的廣玉蘭數(shù)量逐年遞減。2015年經(jīng)專家評(píng)審，開始實(shí)施上海辰山植物園綠化種植地下部分改良修復(fù)一期工程[5]。

1.2土樣采集

項(xiàng)目組分別在土壤修復(fù)工程前后，即2014年9月27—29日、2017年6月14—20日進(jìn)行土樣采集。共采樣點(diǎn)數(shù)為60個(gè)，樣品79個(gè)，符合《CJ/T 340-2016綠化種植土壤》驗(yàn)收規(guī)范的取樣頻率要求。樣品分為表層樣品及分層樣品2類。表層樣品定位采樣點(diǎn)共設(shè)60個(gè)，采樣深度為0～30 cm，代號(hào)為“A”，每個(gè)采樣點(diǎn)按連續(xù)“S”形采樣法用土鉆采集0～30 cm土樣，將多點(diǎn)土樣混合成1個(gè)樣品，共60個(gè)表層土樣;除表層樣品外，再用土鉆采集30～60 cm（代號(hào)為“B”）和60～100 cm（代號(hào)為“C”）的分層樣品，分別鉆取5～6個(gè)剖面組成混合樣品，其中，心土層（B層）采集18個(gè)土樣，底土層（C層）采集1個(gè)土樣，合計(jì)采集19個(gè)土壤樣品，3層總計(jì)79個(gè)土樣[6]。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤修復(fù)工程前主要測(cè)定pH、電導(dǎo)率（EC）、有機(jī)質(zhì)（O.M）、土壤密度、土壤非毛管孔隙度等5項(xiàng)指標(biāo)，測(cè)定方法按CJ/T 340—2016[7]規(guī)定的方法操作。隨著土壤修復(fù)工程的不斷深入，項(xiàng)目組發(fā)現(xiàn)，園區(qū)土壤現(xiàn)狀比原設(shè)想更為惡劣，考慮到土壤入滲率和土壤質(zhì)地指標(biāo)對(duì)該次修復(fù)工程的重要性，故在修復(fù)工程后的測(cè)定項(xiàng)目中增設(shè)此兩項(xiàng)內(nèi)容。

1.4數(shù)據(jù)處理

分析所用的藥品和試劑均為AR級(jí)，試劑配制、樣品稀釋和蒸餾等一律用雙重蒸餾水，以免引入離子導(dǎo)致誤差;每個(gè)樣品各測(cè)試項(xiàng)目均做2個(gè)平行值，以消除偶然誤差。

在數(shù)據(jù)處理過程中，用Excel對(duì)測(cè)試所得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法確定土壤質(zhì)量單因子評(píng)價(jià)的隸屬度、權(quán)重，建立隸屬函數(shù)和綜合評(píng)價(jià)模型，確立上海辰山植物園土壤修復(fù)一期工程土壤質(zhì)量等級(jí)。

2結(jié)果與分析

2.1土壤主要化學(xué)性狀變化

2.1.1pH整體降低。

土壤pH的大小，對(duì)植物及生活于土壤中的有益微生物有很大的影響，而不同的植物對(duì)土壤pH的反應(yīng)是不同的，對(duì)多數(shù)植物來講，適宜的土壤環(huán)境，一般是中性到微酸性和微堿性。土壤pH是影響土壤肥力的重要因素之一，它與土壤養(yǎng)分的存在性及有效性有密切關(guān)系。因此，土壤酸堿度是土壤化學(xué)性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，上海辰山植物園綠化種植地下部分改良修復(fù)工程（一期）土壤改良修復(fù)后的pH整體降低。68.80%為pH>7.5～8.0的弱堿性土壤，pH>8.0～8.3的堿性土壤占22.80%，最適宜大多數(shù)植物生長(zhǎng)的中性土壤pH 6.5～7.5占13.90%，無(wú)強(qiáng)堿性土壤。按國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布的城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《綠化種植土壤CJ/T 340-2016》規(guī)定土壤pH≤8.3為合格，則上海辰山植物園綠化種植地下部分改良修復(fù)工程（一期）土壤的合格率為100%。改良修復(fù)后3個(gè)區(qū)域的土壤pH的合格率提高，平均值分別降低5.54%～8.79%，其中礦坑花園及周邊的降低效果最好。

2.1.2土壤EC值在正常值范圍內(nèi)。

據(jù)測(cè)試結(jié)果，土壤EC主要分布在2個(gè)區(qū)間，其中，土壤EC在0.15～0.30 mS/cm較適宜范圍的為64.60%，無(wú)土壤EC在0.05～0.15 mS/cm較低范圍內(nèi)，說明改良修復(fù)后土壤的可溶性養(yǎng)分離子明顯增加，有利于植物對(duì)養(yǎng)分的吸收;土壤EC在0.3～0.9 mS/cm稍高范圍的為35.4%，無(wú)EC >0.9 mS/cm的土壤，表明土壤無(wú)明顯的鹽分積累。按國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布的城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《綠化種植土壤CJ/T 340—2016》規(guī)定土壤EC值0.15～0.90 mS/cm為合格，則上海辰山植物園綠化種植地下部分改良修復(fù)工程（一期）土壤的整體合格率為100%，總體而言，土壤的可溶性離子在正常值范圍內(nèi)。改良修復(fù)前土壤EC的平均值均低于合格值的下限，改良修復(fù)后平均值分別提高了82.2%～146.6%，但均能控制在適宜的范圍內(nèi)，一般不會(huì)導(dǎo)致次生鹽漬化，其中礦坑花園及周邊提高的幅度最大。

2.2土壤主要養(yǎng)分變化

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中各種營(yíng)養(yǎng)元素特別是氮、磷的重要來源。它還含有刺激植物生長(zhǎng)的胡敏酸類等物質(zhì)。由于它具有膠體特性，能吸附較多的陽(yáng)離子，因而使土壤具有保肥力和緩沖性。它還能使土壤疏松和形成結(jié)構(gòu)，從而改善土壤的物理性質(zhì)。它也是土壤微生物必不可少的碳源和能源。因此，除低洼地土壤外，一般來說，土壤有機(jī)質(zhì)含量是土壤肥力高低的重要指標(biāo)。通過改良修復(fù)，上海辰山植物園綠化種植地下部分改良修復(fù)工程（一期）區(qū)域土壤的有機(jī)質(zhì)含量大幅度地提高，很肥沃的土壤占優(yōu)勢(shì)，達(dá)45.60%;肥沃的土壤達(dá)24.10%;較肥沃的為21.50%。按國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布的城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《綠化種植土壤CJ/T 340—2016》規(guī)定植物園的土壤有機(jī)質(zhì)≥20～80 g/kg為合格，則上海辰山植物園綠化種植地下部分改良修復(fù)工程（一期）土壤的合格率為100%，土壤有機(jī)質(zhì)含量>20 g/kg高達(dá)91.10%。這保證了上海辰山植物園綠化種植地下部分改良修復(fù)工程（一期）的大多數(shù)植物正常生長(zhǎng)，有利于土壤理化性質(zhì)的改善。改良修復(fù)前土壤有機(jī)質(zhì)的平均值均在一般的區(qū)間內(nèi)，改良修復(fù)后不同區(qū)域的土壤有機(jī)質(zhì)平均值分別提高197.0%～291.9%，平均值均屬于很肥沃的水平，其中溫室及周邊提高的幅度最大。

2.3土壤主要物理性質(zhì)變化

2.3.1土壤密度合格。

土壤密度會(huì)影響土壤中各元素、空氣、水以及溫度等，從而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。對(duì)于同一質(zhì)地的土壤，土壤密度過大，會(huì)直接影響植物根系的生長(zhǎng);密度小，說明土壤疏松，非常適宜種植一些草本和小灌木，但太低的密度不利于固定高大植物，因此土壤密度并非越低越好。通過改良修復(fù)，在土壤密度1.20～1.35 mg/m3 的適宜范圍內(nèi)土壤占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，高達(dá)84.80%;土壤密度<0.75 mg/m3 占比僅為3.80%。按國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布的城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《綠化種植土壤CJ/T 340—2016》密度<1.35 mg/m3 為合格，則整體合格率為100%。改良修復(fù)前土壤密度的平均值均在很緊實(shí)的區(qū)間內(nèi)，改良修復(fù)后不同區(qū)域的土壤密度平均值分別降低了14.4%～29.0%，平均值均屬于適宜的范圍，其中礦坑花園及周邊改善的效果最大。

2.3.2土壤非毛管孔隙度平均值增大。

毛管水不能占據(jù)的大孔隙被稱為通氣孔隙，也被稱為非毛管孔隙。蓄水能力低下和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)匱乏。通氣孔隙度直接關(guān)系到植物根系的呼吸和生長(zhǎng)，直接關(guān)系到園林植物的成活率，是評(píng)價(jià)園林綠化土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)。通過改良修復(fù)前后對(duì)比，改良修復(fù)前各區(qū)域土壤非毛管孔隙度的平均值均不合格且極低，改良修復(fù)后不同區(qū)域的土壤非毛管孔隙度平均值分別增大27500%～341.18%（表1），平均值均屬于合格以上，其中溫室及周邊改善的效果最明顯。

2.3.3土壤質(zhì)地獲得明顯改善。

上海辰山植物園所在地區(qū)土壤質(zhì)地偏黏，通過改良修復(fù)，最適宜園林植物生長(zhǎng)的砂壤土和壤土高達(dá)87.3%，改良修復(fù)效果十分明顯。按國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布的城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《CJ/T 340—2016綠化種植土壤》規(guī)定土壤質(zhì)地壤土類、黏壤土類為合格，則整體合格率達(dá)100%。溫室及周邊的土壤質(zhì)地改善最為明顯，其次是南入口及周邊，經(jīng)過改良礦坑花園及周邊雖然均合格，但有33.30%的土壤稍偏黏。

2.3.4土壤入滲率得到有效提高。

土壤入滲率是土壤質(zhì)量的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，一般用飽和導(dǎo)水率來表示，其好壞直接關(guān)系到地表徑流量大小和對(duì)土壤水分的補(bǔ)給強(qiáng)弱，也是評(píng)價(jià)土壤水分調(diào)節(jié)能力的重要指標(biāo)之一。經(jīng)過改良修復(fù)，無(wú)土壤入滲率在5 mm/h以下的極差土壤，在100～360 mm/h的土壤入滲率優(yōu)的土壤僅有6.3%。入滲率良好的土壤占241%。按國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布的城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《CJ/T340—2016綠化種植土壤》規(guī)定土壤入滲率≥5 mm/h為合格，則整體合格。該項(xiàng)目的3個(gè)改良修復(fù)區(qū)域中，礦坑花園及周邊的土壤入滲率提高幅度最大，有19%的土壤達(dá)到優(yōu)的水平，其次是溫室及周邊土壤，有40%的土壤達(dá)良好的水平。

2.4土壤綜合質(zhì)量變化

用Excel對(duì)測(cè)試所得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將測(cè)定各項(xiàng)目作為土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的單因子，應(yīng)用層次分析法劃分各測(cè)定指標(biāo)的權(quán)重，用模糊數(shù)學(xué)方法確定土壤質(zhì)量單因子評(píng)價(jià)的隸屬度，確立上海辰山植物園土壤質(zhì)量等級(jí)，將綜合評(píng)價(jià)指數(shù)0.8～1.0、0.6～0.8、0.4～0.6、0.2～0.4、≤0.2分別定為1、2、3、4、5類土壤，該項(xiàng)目5類土壤均有分布。整體而言，改良修復(fù)前土壤質(zhì)量等級(jí)主要為4類土，而改良修復(fù)后，土壤質(zhì)量等級(jí)明顯提升，以2類土為主，而且出現(xiàn)質(zhì)量最好的1類土（10.10%）。該項(xiàng)目的3個(gè)區(qū)域中，改良修復(fù)前各區(qū)域土壤均以4類土為主，改良修復(fù)后不同區(qū)域的土壤質(zhì)量均上升為2類土為主，分別提升8790%～103.20%，平均值均屬于合格以上，其中提升幅度最大的是礦坑花園及周邊的土壤。

3結(jié)論

從土壤修復(fù)前后的檢測(cè)指標(biāo)看，通過改良修復(fù)，土壤pH整體降低;土壤的EC明顯增加;有機(jī)質(zhì)含量大幅提高;土壤密度合格;土壤非毛管孔隙度平均值增大。修復(fù)后的土壤質(zhì)地獲得明顯改善，土壤入滲率整體合格，土壤質(zhì)量等級(jí)獲得較大幅度改善，其中提升幅度最大的是礦坑花園及周邊的土壤。其原因是建園后該區(qū)域?yàn)槌缴街参飯@的特色景觀區(qū)域，全年布置花境，深受廣大游客喜愛，園區(qū)自身養(yǎng)護(hù)、投入較大，且因地形條件多以人工操作為主，不需要機(jī)械壓實(shí)，利于植物生長(zhǎng)。

綜上所述，上海辰山植物園土壤非毛管孔隙度小、土壤密度大、入滲率低等是造成植物長(zhǎng)勢(shì)不良的主要障礙因子。為建設(shè)世界一流植物園，辰山園區(qū)必須對(duì)土壤進(jìn)行大規(guī)模修復(fù)與治理，保障植物健康生長(zhǎng)。上海辰山植物園通過一期的工程實(shí)踐，取得了較好的效果，通過土壤修復(fù)措施不斷增強(qiáng)

植物園土壤對(duì)外界環(huán)境脅迫的抵抗力（resistance）和恢復(fù)力（resilience）[4]，構(gòu)建以土壤修復(fù)為主的自我演替、循環(huán)發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)。有效的土壤改良不僅是解決植物園現(xiàn)狀問題的最好途徑，也是推動(dòng)其可持續(xù)發(fā)展的重要原動(dòng)力，這客觀驗(yàn)證了土壤修復(fù)工程是有效的、可行的，對(duì)提升辰山植物園區(qū)土壤質(zhì)量及植物的生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)產(chǎn)生良好的效果。

上海辰山植物園綠化種植土壤修復(fù)工程有利于實(shí)現(xiàn)將辰山植物園建設(shè)成世界一流植物園的發(fā)展目標(biāo)，不僅能夠提升我國(guó)在植物多樣性保護(hù)及資源植物的利用與研究領(lǐng)域的綜合實(shí)力，加快上海建設(shè)全球卓越城市的步伐。同時(shí)，也為城市綠化建設(shè)過程中土壤修復(fù)提供參考和借鑒。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2019年

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