沈辰

(上海奉賢園林綠化工程有限公司，上海 201499)

城市綠地生態(tài)系統(tǒng)是城市中唯一的自然生態(tài)系統(tǒng)，對城市生態(tài)文明建設(shè)和居民幸福感提升具有重要意義。綠地由于可以為城市及其居民提供至關(guān)重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，包括改善空氣質(zhì)量、減緩氣候變化、控制雨水和提供休閑活動空間等，越來越被認(rèn)為是城市可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境安全的重要因素之一[1]。道路綠地是城市綠地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，道路綠地植被可以消減車輛行駛產(chǎn)生的噪音，對汽車尾氣等污染氣體也具有一定的吸附作用。綠地土壤是綠地植被的生長介質(zhì)，土壤質(zhì)量會直接影響植被生長狀況，進(jìn)而影響綠地景觀的生態(tài)效應(yīng)[2]。道路綠地一般立地條件較差，人為踐踏嚴(yán)重，且養(yǎng)護措施較公園綠地和公共綠地更少，容易出現(xiàn)土壤肥力較低、植物長勢差等問題[3]。通過人為措施改良道路綠地土壤肥力質(zhì)量，可有效提高道路綠地的植被成活率，營造更好的道路綠地景觀效果。

曹剛等[4]研究表明，枝條堆肥和生物有機肥混合施用可以有效降低表層土壤pH，并提升土壤有機質(zhì)和堿解氮含量，但單獨施用羊糞會導(dǎo)致土壤pH升高?；笔ゲ萚5]研究表明，施用有機肥可以降低土壤容重、土壤緊實度，同時提高土壤含水量，還能顯著增加植被根長密度、根尖數(shù)密度和根平均直徑。曹春霞等[6]研究還表明，有機管理在總體上可顯著降低土壤Cr、Cu、Ni、Zn含量。據(jù)估算，單位面積城市綠地的園林綠化廢棄物年產(chǎn)量平均值在1～1.5 kg·m-2[7]，截至2019年，上海市綠地面積為157 785 hm2[8]，園林綠化廢棄物年產(chǎn)量在158萬～237萬t。園林綠化廢棄物中有機碳、全氮、全磷、全鉀含量平均為40%、1%、0.2%和1%，具有較大的土地資源利用潛力[7]。

近年來，有機改良材料在培肥土壤的生產(chǎn)實踐中被大規(guī)模應(yīng)用，其應(yīng)用效果也被廣泛關(guān)注。盡管如此，有機改良材料的應(yīng)用在理論和實踐中仍存在一些問題，如有機肥的來源問題，有機肥來源種類眾多，不同種類有機肥對土壤質(zhì)量和植物生長的影響存在一定的差異；有機改良材料的施用量也是一個重要的問題，施用量過多或者不足都會對土壤培肥效果和植被長勢產(chǎn)生影響。本研究擬采用草炭、生物有機肥和園林綠化廢棄物堆肥等有機改良材料，在道路綠地設(shè)置小區(qū)試驗，在有機改良材料的實際應(yīng)用場景中進(jìn)行土壤培肥效果的研究。旨在明確園林綠化廢棄物施用對土壤肥力質(zhì)量和土壤重金屬含量的影響，為道路綠地土壤的培肥技術(shù)和城市主要有機固體廢棄物的資源化利用提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗在上海市奉賢區(qū)澤園路進(jìn)行，地理坐標(biāo)121°50′E、30°84′N，位于長江三角洲地區(qū)，土壤類型為潮土，屬于平原地貌，年平均氣溫15.7 ℃，年降水量1 100 mm左右，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候。

以草炭、綠化廢棄物堆肥和生物有機肥作為改良材料，其中：草炭取自吉林省敦化市林地沼澤化形成的草炭地；綠化廢棄物堆肥為上海市行道樹修剪的枝條，經(jīng)粉碎機粉碎成1～3 mm粒徑后堆肥6個月腐熟的成品；生物有機肥為畜禽糞便經(jīng)發(fā)酵腐熟后添加有益微生物活性菌的腐熟產(chǎn)品。改良材料化學(xué)性質(zhì)見表1。

表1 供試改良材料的基本性質(zhì)

1.2 處理設(shè)計

試驗設(shè)2個配方：配方1由草炭和生物有機肥混合而成，體積比為9∶1；配方2為綠化廢棄物堆肥。4個處理：配方1撒施；配方1混施；配方2撒施；配方2混施。以不施用有機改良材料為對照。

2020年5月10日對澤園路東西兩側(cè)的道路綠地土壤進(jìn)行改造，按照試驗設(shè)計的有機改良材料配比，分別完成配方1和配方2的配制?；焓┨幚頌橛袡C改良材料與0～30 cm土壤進(jìn)行混合，添加比例為土壤∶有機改良材料3∶1，即為1 m2道路綠地施用有機改良材料0.1 m3；撒施處理則將同樣體積的有機改良材料撒施于道路綠地表面。試驗期間綠地承接自然降水，不進(jìn)行施肥管理。

于2020年9月10日對試驗地塊進(jìn)行取樣，在每塊小區(qū)進(jìn)行“S”形布點，去除表層枯枝落葉后，用土鉆取0～30 cm土樣，每個小區(qū)取5個點進(jìn)行混合，之后采用四分法留取2 kg土壤樣品。土壤容重和孔隙度采用環(huán)刀法進(jìn)行取樣。

1.3 指標(biāo)測定

土壤容重、持水量和孔隙度采用環(huán)刀法測定[9]。pH采用電極法測定(水土比2.5∶1)；電導(dǎo)率采用電導(dǎo)法測定(水土比5∶1)；土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；土壤重金屬采用原子吸收分光光度法(AAS)測定[10]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2016整理后，采用IBM SPSS 22進(jìn)行單因素方差分析，多重比較采用Duncan’s法；采用R 4.0.1軟件進(jìn)行統(tǒng)計和主成分分析；采用Sigmaplot 14進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分狀況

2.1.1 pH

有機改良材料施用后各處理土壤pH見圖1，總體而言，有機改良材料的施用并不能迅速降低土壤pH，各處理土壤pH均大于《綠化種植土壤》(CJ/T 340—2016)[11]標(biāo)準(zhǔn)要求的閾值上限(8.3)。與對照pH(8.48±0.16)相比，配方1混施(8.33±0.01)和配方2撒施(8.33±0.01)均顯著降低了土壤pH值。施用方式顯著影響了不同配方土壤的pH，配方1撒施顯著高于混施，配方2撒施則顯著低于混施。

柱上無相同小寫字母者表示組間差異顯著(P<0.05)。圖2～4同。圖1 各處理土壤pH

2.1.2 有機質(zhì)

施用有機改良材料可顯著影響土壤有機質(zhì)含量(圖2)，且不同配方的有機改良材料其施用方式對土壤有機質(zhì)的提升效果影響較大。配方1混施處理土壤有機質(zhì)含量最高，為27.4 g·kg-1，其次為配方2撒施處理，土壤有機質(zhì)含量為22.0 g·kg-1；配方1撒施和配方2混施有機質(zhì)含量為14.6 g·kg-1，與對照相比無顯著差異?！毒G化種植土壤》要求有機質(zhì)含量為12～80 g·kg-1，故試驗中各處理土壤有機質(zhì)含量均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但有機質(zhì)含量處于較低水平。

圖2 各處理土壤有機質(zhì)含量

2.1.3 速效養(yǎng)分

施用有機改良材料能有效提高綠地土壤速效養(yǎng)分含量。由圖3可知，配方1混施和配方2撒施處理土壤水解氮含量顯著高于對照，配方1撒施和配方2混施則與對照無顯著差異，且配方1混施顯著高于配方2撒施。對于配方1而言，混施后土壤水解氮含量為撒施的2.9倍；對于配方2而言，撒施后土壤水解氮含量為混施的1.9倍。各處理土壤水解氮含量依次為配方1混施(129.4±4.06)mg·kg-1>配方2撒施(94.4±5.27)mg·kg-1>對照(52.6±0.46)mg·kg-1>配方2混施(50.4±4.70)mg·kg-1>配方1撒施(44.2±16.2)mg·kg-1。

各處理土壤速效磷含量分布規(guī)律與土壤水解氮規(guī)律基本一致，均表現(xiàn)為有機改良材料可有效提高土壤速效磷含量，但同一有機改良材料的施用方法不同，土壤速效養(yǎng)分含量的響應(yīng)也具有較大差異。

圖3 各處理土壤水解氮、速效磷和速效鉀含量

相比于對照，配方1混施和配方2撒施均顯著提高了土壤速效磷含量，配方1撒施和配方2混施則與對照無顯著差異。對于配方1而言，混施后土壤速效磷含量為撒施的5.9倍；對于配方2而言，撒施后土壤速效磷含量為混施的5.8倍。各處理土壤速效磷含量依次為配方1混施(90.3±8.01)mg·kg-1>配方2撒施(82.8±6.74)mg·kg-1>配方1撒施(15.2±1.05)mg·kg-1>對照(15.3±0.88)mg·kg-1>配方2混施(14.2±0.29)mg·kg-1。

有機改良材料施用可有效提高土壤速效鉀含量，除配方2混施外，其余處理速效鉀含量均顯著高于對照。同一有機改良材料不同施用方法間土壤速效鉀含量也表現(xiàn)出顯著差異，配方1混施速效鉀含量顯著高于撒施，前者約為后者1.7倍；配方2撒施速效鉀含量顯著高于混施，前者約為后者1.8倍。各處理土壤速效鉀含量依次為配方1混施(447.4±1.35)mg·kg-1>配方2撒施(379.2±0.86)mg·kg-1>配方1撒施(270.5±1.76)mg·kg-1>對照(218.5±10.0)mg·kg-1>配方2混施(206.7±0.70)mg·kg-1。

2.2 土壤物理性狀

2.2.1 容重和毛管持水量

施用有機改良材料可顯著改善土壤物理性狀，主要表現(xiàn)為降低土壤容重、增加土壤毛管持水量。由圖4可知，相比于對照土壤容重1.55 g·cm-3，施用有機改良材料后各處理土壤容重均顯著降低，降低幅度為0.18～0.33 g·cm-3；但各有機改良材料處理間無顯著差異，土壤容重在1.22～1.37 g·cm-3?！毒G化種植土壤》標(biāo)準(zhǔn)要求綠地土壤容重需<1.35 g·cm-3，對照和配方2混施處理土壤容重超過了標(biāo)準(zhǔn)要求的土壤容重最大閾值，其余處理土壤容重符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖4 各處理土壤容重和毛管持水量

相比于對照，施用各有機改良材料處理土壤毛管持水量均顯著提高，對照毛管持水量僅為269 g·kg-1，施用有機改良材料后土壤毛管持水量在334～425 g·kg-1，配方1撒施、配方1混施、配方2撒施和配方2混施處理土壤毛管持水量提高分別為151、156、105和65 g·kg-1，提升比例為56%、58%、39%和24%。

2.2.2 孔隙度

施用有機改良材料可以有效提高土壤毛管孔隙度，但對通氣孔隙度的提升效果不顯著(圖5)。對照通氣孔隙度為2.69%，有機改良材料施用處理土壤通氣孔隙度在1.20%～2.76%，在統(tǒng)計學(xué)上無顯著差異，但表現(xiàn)為降低的趨勢。對照處理土壤毛管孔隙度為42%，施用有機改良材料處理土壤毛管孔隙度為47%～52%，相比于對照，配方1撒施、配方1混施、配方2撒施和配方2混施處理土壤毛管持水量提高5～10百分點。

柱上無相同大寫或小寫字母者表示組間差異顯著(P<0.05)。圖5 各處理土壤通氣孔隙度和毛管孔隙度

2.3 土壤綜合肥力

綜合分析各處理土壤有機質(zhì)、pH、土壤養(yǎng)分及土壤物理性狀，對有機改良材料施用后土壤綜合肥力進(jìn)行分析(表2)。主成分PC1軸可解釋所有指標(biāo)變異的59.40%，主成分PC2軸可解釋所有指標(biāo)變異的26.20%，主成分PC1軸和PC2軸累積解釋率達(dá)85.60%，包含了大部分的土壤指標(biāo)信息，可用于進(jìn)行各處理土壤的綜合肥力分析。各土壤指標(biāo)在PC1軸上的載荷均較大，PC1軸可以表征土壤綜合肥力的基本情況，PC2軸則對土壤物理性狀具有較大載荷，可以解釋各處理在物理指標(biāo)上的差異。計算各處理在PC1軸和PC2軸上的綜合得分，得分排序依次為配方1混施>配方2撒施>配方1撒施>配方2混施>對照。

2.4 土壤重金屬含量

根據(jù)綠地與人群接觸的密切程度，不同類型綠地土壤的重金屬風(fēng)險控制指標(biāo)范圍有所差異，根據(jù)《綠化種植土壤》標(biāo)準(zhǔn)的土壤重金屬控制分級，附屬道路綠地需按照Ⅲ類綠地土壤進(jìn)行重金屬管控，其中Pb、Cr、As、Cu、Ni和Zn的風(fēng)險閾值分別為450、250、35、400、150和500 mg·kg-1。根據(jù)管控標(biāo)準(zhǔn)，Pb、Cr、Cu、Ni和Zn均處于較安全水平，距離標(biāo)準(zhǔn)要求的閾值仍有較大差距；As含量在各處理土壤均未超標(biāo)，但距離閾值較近(表3)。

3 討論

行道樹是構(gòu)建城市道路綠地的主體，可以直觀體現(xiàn)城市的氣候特色和精神面貌，行道樹的生長狀況也是一座城市綠化水平高低的直觀體現(xiàn)[3,12-13]。然而道路綠地由于特殊的立地條件，一般會存在土壤呈堿性或強堿性、土壤有機質(zhì)含量低、土壤養(yǎng)分匱乏以及土壤壓實嚴(yán)重等問題[3]。有機材料施用是改善土壤質(zhì)量的有效途徑[4-6,14]，城市園林綠化廢棄物堆肥相比于草炭、秸稈及畜禽糞便堆肥，其木質(zhì)素和纖維素含量更高，施用于綠地后土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分變化可能與農(nóng)業(yè)廢棄物有所不同。本研究結(jié)果表明，有機改良材料施用能有效提高土壤有機質(zhì)和土壤養(yǎng)分含量，然而同一配方在撒施和混施處理下對土壤有機質(zhì)和速效養(yǎng)分含量的影響具有較大差異，總體而言，配方1在混施處理下更有利于土壤有機質(zhì)積累和土壤有效養(yǎng)分提升，配方2則在撒施處理下更有利于土壤有機質(zhì)積累和土壤有效養(yǎng)分提升。這可能與不同配方下有機改良材料的有機碳形態(tài)不同有關(guān)，配方1由90%草炭和10%生物有機肥組成，有機物料的纖維素和木質(zhì)素含量較低，試驗設(shè)置于5—9月，上海地區(qū)水熱條件適宜于微生物活動，草炭和生物有機肥與土壤混合施用后微生物分解的中間產(chǎn)物可與土壤形成有機無機復(fù)合體，更有利于有機碳的積累。配方2主要為園林綠化廢棄物堆肥，有機物料纖維素和木質(zhì)素含量較高，且顆粒較大，撒施狀態(tài)下更有利于微生物分解，從而使小分子有機碳進(jìn)入土壤，混施狀態(tài)下園林綠化廢棄物堆肥腐解緩慢，在試驗取樣時仍為較大有機顆粒，沒有成為土壤有機質(zhì)，故在試驗結(jié)果中表現(xiàn)為有機質(zhì)含量積累小于撒施處理。同時，本研究還表明，土壤有機質(zhì)積累和土壤速效養(yǎng)分含量提升具有耦合效應(yīng)，有機質(zhì)含量較高的處理，其土壤速效養(yǎng)分含量也較高。

表2 各處理土壤肥力的綜合分析

表3 各處理土壤重金屬的含量

有機改良材料的施用顯著改善了道路綠地土壤物理性狀，主要表現(xiàn)在土壤容重降低、毛管孔隙度提高，這與有機肥及秸稈施用于農(nóng)田后對土壤物理性狀的影響的研究結(jié)果一致[15-16]。與有機改良材料對土壤有機質(zhì)和土壤養(yǎng)分的影響規(guī)律不同，有機改良材料施用后土壤物理性狀的改良效果與施用方式無關(guān)，即無論是撒施還是混施，均有利于土壤容重的降低，并提高土壤毛管孔隙度，這可能是因為綠地土壤中有機改良材料的投入量很大，有機物料具有容重小的特點，大量有機物料進(jìn)入土壤可以有效降低容重，提高土壤毛管孔隙度。但值得注意的是，各有機改良材料添加處理對土壤通氣孔隙度均無顯著影響，因此，在進(jìn)行綠地土壤通氣孔隙度改良時，還需要注意大孔隙結(jié)構(gòu)骨架材料的應(yīng)用。城市道路綠地土壤重金屬含量超標(biāo)是土壤綠化建設(shè)的障礙因子之一[17]。曹春霞等[6]研究表明，有機物料施用可有效降低農(nóng)田土壤中部分重金屬的含量。本研究中測定的6種重金屬含量均較低，無環(huán)境危害風(fēng)險。整體而言，有機改良材料施用對土壤重金屬無顯著影響，這可能與施用的有機改良材料自身性質(zhì)有關(guān)；也可能是土壤重金屬含量不高，導(dǎo)致有機改良材料的吸附和耦合作用效果不明顯，同時土壤酸堿度也會影響有機分子與重金屬的螯合作用。運用主成分分析法，綜合分析了土壤理化指標(biāo)，對各有機改良材料的土壤質(zhì)量提升效果進(jìn)行了評價，結(jié)果表明，施用有機改良材料的處理，土壤綜合肥力均高于對照，其中配方1混施土壤綜合肥力最佳，其次為配方2撒施，

4 小結(jié)

本研究結(jié)果表明，施用有機改良材料可有效提高城市道路綠地土壤有機質(zhì)、水解氮、有效磷及速效鉀的含量，但有機改良材料對土壤養(yǎng)分的提升效果與施用方法有關(guān)，草炭和生物有機肥配合施用時與土壤混施效果較好，園林綠化廢棄物堆肥則撒施效果較好。有機改良材料施用還能有效降低土壤容重，提高土壤通氣孔隙度，但對土壤通氣孔隙度無顯著影響，有機改良材料對土壤物理性狀的改良與施用方式無關(guān)，撒施處理和混施處理間無顯著差異。有機改良材料對道路綠地重金屬含量無顯著影響。主成分分析結(jié)果表明，有機改良材料施用可有效提高土壤綜合肥力，草炭與生物有機肥配合進(jìn)行混施處理綜合得分最高，土壤肥力改良效果較好。