高 星，賈慧果

（故宮博物院，北京 100006）

土壤是植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)，也是為植物輸送營養(yǎng)物質(zhì)的重要媒介。植物的健康生長與地下土壤環(huán)境條件有密切聯(lián)系[1-2]。古樹指樹齡在100 a以上的樹木[3]，相比于年輕樹木，古樹樹齡較大，吸收代謝能力普遍下降[4]。古樹土壤環(huán)境及肥力水平不佳及土壤物理和化學(xué)性質(zhì)變差等問題更易引發(fā)樹勢衰弱甚至瀕危[5]。研究表明，戒臺寺衰弱古樹周圍土壤存在缺乏有機質(zhì)、全氮、速效磷，pH值偏高等問題，不利于古樹健康生長[1]。廣東省廣州市沙面古樹群土壤大部分存在有機質(zhì)含量低、土壤全磷和全氮含量偏低甚至缺乏現(xiàn)象，對該地區(qū)古樹生長造成了負面影響[6]。上海市部分松柏古樹生長勢衰弱，與土壤容重偏大及通氣孔隙度小等因素有關(guān)[7]。從過往研究來看，人為因素是造成土壤質(zhì)量下降的重要原因，主要表現(xiàn)在過度踐踏[8]、建筑垃圾污染[9]及過量硬質(zhì)鋪裝[10]等。

土壤肥力是評價土壤質(zhì)量的關(guān)鍵，土壤肥力評價也為高效利用及調(diào)節(jié)保護土壤資源提供了科學(xué)指導(dǎo)[5]。目前，土壤肥力評價趨于定量化和綜合化，主要通過主成分分析法、Fuzzy綜合評判法、內(nèi)梅羅指數(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)分析法等[5，11-13]開展研究。我國很多城市也針對城市公園綠地土壤肥力特征進行了分析探討[14-17]。北京市的古樹主要生長在皇家園林及寺廟環(huán)境中，大部分古樹生長于密集的古建筑群之間，針對該立地環(huán)境開展的古樹土壤監(jiān)測與評價鮮有報道，古建筑環(huán)境對周圍古樹地下環(huán)境的影響尚未深入探討。故宮是明清兩朝皇宮，是重要的世界文化遺產(chǎn)。景福宮位于故宮寧壽宮區(qū)的東北部，院落中的古樹是具有生命的“活文物”，兼具文化與自然遺產(chǎn)雙重身份[18]。為科學(xué)有效保障古樹健康生長，及時準(zhǔn)確對古樹實施健康監(jiān)測，本研究針對故宮景福宮18株古樹周圍土壤采集并測定其土壤化學(xué)性質(zhì)，采用土壤單因子評價、綜合評價、主成分分析及Pearson相關(guān)性分析等方法對景福宮古樹土壤肥力開展分析評價，以期為今后更加科學(xué)高效地開展古樹保護管理工作提供理論依據(jù)和方向指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域基本情況

景福宮區(qū)域內(nèi)共有古樹18株，均為二級古樹，其中，側(cè)柏（Platycladus orientalis）8株、檜柏（Sabina chinensis）9 株、油松（Pinus tabuliformis）1 株。以院墻及古建筑作為劃分，可以分為佛日樓區(qū)域、梵華樓區(qū)域、景福宮南區(qū)域、景福宮西區(qū)域、景福宮西南區(qū)域共計5個院落分區(qū)（以圖1中虛線作為區(qū)域劃分標(biāo)準(zhǔn)），各區(qū)域內(nèi)均有古樹分布。具體古樹分布位置及院落環(huán)境情況見圖1，各院落分區(qū)古樹基本信息見表1。

圖1 景福宮院落古樹分布位置及部分院落土壤采樣點Figure 1 Distribution of ancient trees and part of soil sampling sites in the Palace of Great Blessings

表1 景福宮古樹及其土壤采樣信息Table 1 Information of ancient trees and their soil sampling sites in the Palace of Great Blessings

1.2 樣品采集

根據(jù)景福宮5個院落區(qū)域地下環(huán)境、古樹分布位置及周圍文物建筑分布等實際情況，使用土鉆對景福宮各院落區(qū)域古樹投影范圍內(nèi)土壤，進行不同深度的土壤樣品采集。景福宮西南區(qū)域和景福宮西區(qū)域內(nèi)在每株古樹東南西北4個方向各取1個點采集土壤樣品。景福宮西區(qū)域古側(cè)柏110101B01722和110101B01723距離相對較遠，且古檜柏110101B01728生長于假山上，因此在110101B01722和110101B01723兩株古樹之間隨機選取2個點采集土壤樣品。景福宮西南區(qū)域以文峰石為界，細分為南北2個小區(qū)域分別采樣。其余院落因室外文物陳設(shè)或古建筑保護等因素，選取適宜開展土壤取樣的點位采集土壤樣品。佛日樓區(qū)域、梵華樓區(qū)域和景福宮南區(qū)域土壤樣品采集位置在圖1中使用五角星圖案標(biāo)注。

根據(jù)土壤采集實施具體情況：試驗計劃采集0～90 cm深度的土壤樣品，每30 cm為一個層次，每個層次樣品再平均分為上下兩層，保留其中較深一層作為土壤樣品。佛日樓區(qū)域、景福宮西南區(qū)域（南）地下土壤情況較好，按照試驗計劃采集到0～90 cm深度的土壤樣品，依據(jù)土壤深度劃分為15～30、45～60、75～90 cm 3個土壤層次。景福宮西區(qū)域、景福宮西南區(qū)域（北）土壤采集可能存在古代地下磚石結(jié)構(gòu)，最終采集0～75 cm深度的土壤樣品，依據(jù)土壤深度劃分為15～30、45～60、60～75 cm 3個土壤層次。梵華樓區(qū)域、景福宮南區(qū)域在土壤采集過程中發(fā)現(xiàn)地面鋪裝30～45 cm處有大量原始磚石墊層結(jié)構(gòu)，其中景福宮南區(qū)域土層厚度僅30 cm左右，因此，根據(jù)采集點位實際情況調(diào)整土壤樣品采集數(shù)量及深度：梵華樓區(qū)域采集0～45 cm深度的土壤樣品，依據(jù)土壤深度劃分為15～30、30～45 cm 2個土壤層次。景福宮南區(qū)域因土壤限制較大，僅可以采集到0～30 cm的土壤樣品，土壤深度劃分為0～15、15～30 cm 2個土壤層次。將同一院落中相同土壤深度的樣品均勻混合為一個土壤樣品，共采集到16個古樹土壤樣品。將其及時裝入密封袋保存，馬克筆編號標(biāo)記并帶回實驗室開展土壤檢測工作。各院落采樣深度、采樣點數(shù)及樣品數(shù)見表1。

1.3 測定方法

全部土壤樣品委托北京市園林綠化科學(xué)研究院進行化學(xué)性質(zhì)分析檢測。水解性氮采用堿解-擴散法測定，速效鉀采用火焰光度計法測定，有效磷采用鉬銻抗比色法測定，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定，pH值采用電位法測定，水溶性鈉采用火焰光度法測定，水溶性鹽采用質(zhì)量法測定，氯離子采用硝酸銀滴定法測定，有效態(tài)鐵、錳、銅、鋅采用DTPA浸提—原子吸收分光光度法測定。

1.4 土壤肥力單項指標(biāo)評價

根據(jù)北京市《園林綠化種植土壤技術(shù)要求》（DB11/T 864—2020）[19]，對故宮博物院景福宮院內(nèi)古樹土壤水解性氮（hydrolyzed nitrogen，AN）、有效磷 （available phosphorus，AP）、速效鉀（available potassium，AK）、有機質(zhì)（soil organic matter，SOM）、pH值、水溶性鹽總量（total content of water-soluble salt，TWS）、水溶性鈉（water-soluble sodium，WS）、氯離子（chlorideion，Cl-）、有效態(tài)鐵 （available Fe，AFe）、有效態(tài)錳（available Mn，AMn）、有效態(tài)銅（available Cu，ACu）、有效態(tài)鋅（available Zn，AZn）共計12項指標(biāo)進行單項指標(biāo)評價（表2）。

表2 北京市土壤肥力技術(shù)要求Table 2 Soil fertility technical requirements of Beijing

1.5 隸屬度函數(shù)和土壤肥力評價

隸屬度函數(shù)以數(shù)學(xué)表達式的形式描述指標(biāo)評價與植物生長曲線之間的關(guān)系，依據(jù)參考文獻［20］中的方法建立拋物線型和S型隸屬度函數(shù)對各肥力指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理以消除量綱差異。選擇水解性氮、速效鉀、有效磷、有機質(zhì)、pH值、有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅作為評價指標(biāo)。

水解性氮、有效磷、速效鉀、有機質(zhì)、有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅屬于S型隸屬度函數(shù)。函數(shù)表達式為

土壤pH值屬于拋物線型隸屬度函數(shù)，函數(shù)表達式為

式中，f（x）為土壤肥力的隸屬度數(shù)值；x1、x2、x3、x4為隸屬度函數(shù)的不同拐點，拐點取值根據(jù)北京地區(qū)土壤肥力特征，并參考北京市《園林綠化種植土壤技術(shù)要求》及相關(guān)研究成果[16，20]確定（表3、表4）。

表3 S型隸屬度函數(shù)轉(zhuǎn)折點取值Table 3 Values of turning points in S-type membership function

表4 拋物線型隸屬度函數(shù)轉(zhuǎn)折點取值Table 4 Values of turning points in parabola-type membership function

對各肥力指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進行Kaiser-Meyer-Olkin（KMO）檢驗和 Bartlett球形檢驗，判斷其是否適合進行主成分分析。采用主成分分析法計算出各指標(biāo)的公因子方差和權(quán)重系數(shù)[16]。采用模糊數(shù)學(xué)中的權(quán)重加權(quán)求和來計算土壤綜合肥力指數(shù)（integrated fertility index，IFI）。公式為

式中，n為土壤評價指標(biāo)的數(shù)量；fi為第i個指標(biāo)的隸屬度；wi為第i個指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。隸屬度值及IFI的取值范圍為0.1～1.0，數(shù)值越高說明土壤肥力越高。

1.6 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2010軟件計算數(shù)據(jù)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、極值、極差、變異系數(shù)，并繪制柱形圖。使用SPSS 21.0統(tǒng)計學(xué)軟件進行主成分分析和Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 景福宮古樹土壤肥力指標(biāo)分析

2.1.1 土壤大量元素及有機質(zhì)含量水平

由表5和圖2可知，故宮景福宮區(qū)域古樹土壤中水解性氮、有效磷、速效鉀的含量分別為28.79～122.77、4.10～30.70、122.00～239.00 mg/kg，平均值分別為82.33、10.75、173.38 mg/kg。有效磷的變異系數(shù)相對較大，為63%，水解性氮變異系數(shù)為31%、速效磷變異系數(shù)為22%。除景福宮西南（北）區(qū)域60～75 cm深度土樣水解性氮含量明顯高于淺深度土壤外，其余土樣檢測結(jié)果均顯示隨土壤采集深度增加，水解性氮含量逐漸降低。除景福宮南、梵華樓區(qū)域30～45 cm深度處開始出現(xiàn)磚石墊層結(jié)構(gòu)，無法繼續(xù)深度采樣外，其余水解性氮未達到北京市《園林綠化種植土壤技術(shù)要求》中規(guī)定的土壤樣品深度均大于40 cm。

表5 景福宮古樹土壤肥力指標(biāo)描述統(tǒng)計Table 5 Descriptive statistics of soil fertility indexes of ancient trees in the Palace of Great Blessings

圖2 景福宮古樹土壤大量元素及有機質(zhì)含量分布情況Figure 2 Content distribution of soil macro elements and organic matter of ancient trees in the Palace of Great Blessings

景福宮區(qū)域內(nèi)古樹土壤速效鉀含量均符合北京市《園林綠化種植土壤技術(shù)要求》，水解性氮及有效磷表現(xiàn)為部分點位含量不足。其中，景福宮西區(qū)域內(nèi)15～30 cm深度土壤有效磷含量偏低，但該區(qū)域平均值達到標(biāo)準(zhǔn)，判斷該區(qū)域這3項指標(biāo)基本符合北京市《園林綠化種植土壤技術(shù)要求》；景福宮西南區(qū)域有少量采樣點位指標(biāo)稍低于標(biāo)準(zhǔn)值，但區(qū)域平均值均符合標(biāo)準(zhǔn)，可以判定景福宮西南區(qū)域這3項指標(biāo)基本符合北京市《園林綠化種植土壤技術(shù)要求》；佛日樓區(qū)域土壤水解性氮、有效磷含量處于較低水平，只有15～30 cm采樣點的水解性氮含量較充足；景福宮南區(qū)域、梵華樓區(qū)域的有效磷含量偏低，直接表現(xiàn)為古樹土壤有效磷含量不足。由此可見，景福宮區(qū)域土壤的主要養(yǎng)分中，有效磷含量整體偏低，檢測數(shù)據(jù)中56%未達到北京市《園林綠化種植土壤技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)值。造成這種現(xiàn)象的原因可能是區(qū)域內(nèi)土壤中石灰等堿性廢料較多導(dǎo)致鈣鎂離子富集而降低了磷的有效性[21-22]。

土壤有機質(zhì)含量為15.00～66.90 g/kg，平均值為39.44 g/kg，符合北京市《園林綠化種植土壤技術(shù)要求》規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。其中，景福宮西區(qū)域內(nèi)古樹土壤有機質(zhì)含量達到50.00 g/kg以上，處于較高水平。有機質(zhì)變異系數(shù)為39%，土壤有機質(zhì)是土壤養(yǎng)分的重要來源，除了從有機肥料、生物殘渣、底土或母質(zhì)中獲取外，植物落葉等殘留物回歸土壤也可以形成養(yǎng)分循環(huán)[23]。故宮景福宮目前屬非開放區(qū)域，古樹土壤環(huán)境受人為因素干擾較少，有利于維持有機質(zhì)循環(huán)。從結(jié)果來看，除景福宮西南區(qū)域（北）60～75 cm深度土壤有機質(zhì)含量明顯高于更淺深度土壤外，其余均為采集土樣深度和土壤有機質(zhì)含量呈負相關(guān)。

2.1.2 土壤pH值及鹽分水平

由表5和圖3可知，景福宮古樹土壤pH值變幅在7.49～10.88，平均值為8.68，其中有5個采樣點超過了北京市《園林綠化種植土壤技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)值。梵華樓區(qū)域、景福宮南區(qū)域土壤pH值達到9.22～10.88，屬于強堿性土壤[24]。景福宮西南區(qū)域（北）45～60 cm深度土壤pH值達到8.52，屬于強堿性土壤，但因超出部分僅為0.02，且該區(qū)域其他5個點位pH值均在8.50以下，認為該區(qū)域土壤pH值基本符合北京市《園林綠化種植土壤技術(shù)要求》。其余區(qū)域土壤pH值均在6.00～8.50的標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間內(nèi)。土壤pH值變異系數(shù)為12%，變異強度較低，說明景福宮各院落土壤pH值差距較小，整體處于較高的堿性水平。這與北京市[25-26]、上海市[16]、成都市[27]等城市綠地土壤情況基本一致。這可能主要由于土壤中混有石灰渣、建筑垃圾等所造成[25，28]。在對景福宮進行古樹土壤取樣時曾發(fā)現(xiàn)古建筑磚下土壤中存在白灰碎塊等，土壤40～90 cm深度處砂漿層及磚石結(jié)構(gòu)較多，這些建筑材料都有可能對土壤起到堿化作用。景福宮各區(qū)域間pH值與土壤深度無明顯聯(lián)系，且各采樣點不同深度之間pH值變化不明顯。

圖3 景福宮古樹土壤pH值及鹽分水平Figure 3 Soil pH value and salinity level of ancient trees in the Palace of Great Blessings

鹽堿土的鹽分主要以氯化鈉為主[23]。土壤中水溶性鹽總量、水溶性鈉及氯離子含量直接反映出土壤的鹽漬化水平。景福宮區(qū)域內(nèi)古樹土壤中，水溶性鹽總量、水溶性鈉、氯離子的含量變幅分別為0.90～2.60 g/kg、2.87～29.57 mg/kg、7.10～122.12 mg/kg，平均值分別為 1.39 g/kg、13.81 mg/kg、38.87 mg/kg。從平均值來看，整個景福宮區(qū)域3項反映土壤鹽分的指標(biāo)均符合北京市《園林綠化種植土壤技術(shù)要求》。從各區(qū)域情況來看，梵華樓區(qū)域的水溶性鹽總量、氯離子含量出現(xiàn)稍高于標(biāo)準(zhǔn)值的情況，但數(shù)值均小于3.00 g/kg，對植物生長基本影響不大[29]；其他區(qū)域土壤鹽分含量均處于正常水平。土壤鹽漬化表現(xiàn)為土壤鹽分在土壤表層積累的現(xiàn)象[30]，景福宮古樹土壤深度與水溶性鹽含量無明顯關(guān)聯(lián)，說明區(qū)域內(nèi)基本未出現(xiàn)土壤鹽漬化情況，同時也反映出景福宮區(qū)域古樹土壤養(yǎng)護管理情況良好，土壤容重及通氣度符合北京市《園林綠化種植土壤技術(shù)要求》。

2.1.3 土壤中微量元素含量

由表5和圖4可知，土壤中微量元素有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅的含量分別為3.50～63.40、0～11.60、0.87～54.53 和 0～8.52 mg/kg，平均值分別為18.71、4.67、17.69和2.68 mg/kg。其中，有效態(tài)鐵的變異系數(shù)達到89%，變異強度大，反映出采樣點間的較大差異性。對于土壤有效態(tài)鐵而言，景福宮南區(qū)域0～15 cm深度土壤有效態(tài)鐵含量低于5.00 mg/kg，其余區(qū)域均達到標(biāo)準(zhǔn)值，但景福宮南區(qū)域15～30 cm有效態(tài)鐵含量為63.40 mg/kg，超過標(biāo)準(zhǔn)值30.00 mg/kg，但區(qū)域平均值符合北京市《園林綠化種植土壤技術(shù)要求》。對于土壤有效態(tài)錳，除梵華樓區(qū)域和景福宮南區(qū)域15～30 cm深度土壤中未檢測到有效態(tài)錳外，其余土壤樣品均符合北京市《園林綠化種植土壤技術(shù)要求》。土壤含錳量隨母質(zhì)變化較大，我國北方地區(qū)因?qū)儆谑彝寥?，錳的有效性較低[31]，因此推測部分土壤樣品有效態(tài)錳缺乏可能與區(qū)域內(nèi)土壤堿化程度有關(guān)。整個景福宮院落土壤有效態(tài)銅含量均大于北京市《園林綠化種植土壤技術(shù)要求》規(guī)定的0.50 mg/kg，且絕大部分點位數(shù)值超過標(biāo)準(zhǔn)值5.00 mg/kg。該要求中同時指出土壤中銅含量應(yīng)小于等于80.00 mg/kg，根據(jù)陳同斌等[32]研究介紹，北京市土壤銅的背景值為18.00 mg/kg，除山區(qū)以外，大部分綠地類型土壤含銅量均大于35.00 mg/kg，從而分析得出景福宮土壤有效態(tài)銅含量處于正常且充足的水平。土壤有效態(tài)鋅的平均值符合北京市《園林綠化種植土壤技術(shù)要求》規(guī)定的1.00～10.00 mg/kg標(biāo)準(zhǔn)，但是梵華樓區(qū)域及景福宮南區(qū)域15～30 cm深度土壤樣品未檢測到有效態(tài)鋅，表現(xiàn)出有效態(tài)鋅缺乏狀態(tài)；佛日樓區(qū)域45～60 cm深度土壤樣品有效態(tài)鋅含量低于15～30 cm和75～90 cm，表現(xiàn)出該區(qū)域土壤有效態(tài)鋅分布不均的現(xiàn)象。

圖4 景福宮古樹土壤微量元素含量分布情況Figure 4 Content distribution of soil trace elements of ancient trees in the Palace of Great Blessings

2.1.4 景福宮古樹土壤肥力單項指標(biāo)評價

雷達圖常用于多項指標(biāo)的綜合分析，每個坐標(biāo)軸上的點距離圓心越近則隸屬度值越低，說明該項土壤肥力指標(biāo)偏低，反之則偏高。由圖5可知，雷達圖中實線代表景福宮古樹土壤肥力平均水平，虛線代表不同院落中土壤肥力隸屬度值情況。5個獨立院落中古樹土壤肥力水平基本一致，但也存在差異。景福宮整體古樹土壤隸屬度值為0.128～0.943，不同指標(biāo)間隸屬度值差異較大。其中，水解性氮（0.500）、速效鉀（0.727）、有機質(zhì)（0.943）、有效態(tài)鐵（0.700）、有效態(tài)銅（0.843）的隸屬度值高于0.500，表現(xiàn)出較高的肥力水平[20]。有效磷隸屬度值僅為 0.128，pH值（0.300）和有效態(tài)錳（0.201）的隸屬度值也處于較低水平。由圖5可知，景福宮西區(qū)域和景福宮西南區(qū)域整體土壤肥力指標(biāo)的隸屬度值高于或持平于整體平均值，說明這兩個區(qū)域土壤肥力水平相對較高；佛日樓區(qū)域水解性氮含量明顯低于平均水平；梵華樓區(qū)域和景福宮南區(qū)域大部分土壤肥力指標(biāo)的隸屬度值均低于平均水平，說明這兩個區(qū)域的土壤肥力水平相對較低。

圖5 景福宮各院落土壤肥力指標(biāo)平均隸屬度雷達圖Figure 5 Radar plot of average membership degree of soil fertility indexes of different yards in the Palace of Great Blessings

2.2 景福宮古樹土壤肥力綜合評價

景福宮古樹土壤水解性氮、速效鉀、有效磷、有機質(zhì)、pH值、有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅9項指標(biāo)KMO檢測結(jié)果為0.541，Bartlett球形度檢驗顯著性系數(shù)為0.00（P＜0.05），可以進行主成分分析。由表6主成分分析結(jié)果可知，前4個主成分特征值分別為 3.367、2.131、1.663、1.051，方差貢獻率分別為 37.413%、23.677%、18.475%、11.678%，涵蓋了原始信息總量的91.244%，基本可以代表原始數(shù)據(jù)信息。

將這4個主成分作為綜合變量來分析故宮景福宮古樹土壤情況。由表7可知，第一主成分中系數(shù)相對較大的包括pH值、有效態(tài)錳；第二主成分系數(shù)較大的是水解性氮、有機質(zhì)。前兩個主成分貢獻率達到了61.09%，可以解釋一半以上的土壤肥力情況。基于公因子方差求得權(quán)重系數(shù)表現(xiàn)為pH值（0.119）＞有效態(tài)銅（0.115）＞有機質(zhì)（0.114）=有效態(tài)錳（0.114）＞速效鉀（0.112）＞有效態(tài)鐵（0.111）=水解性氮（0.111）＞有效磷（0.104）＞有效態(tài)鋅（0.099），說明pH值、水解性氮和有機質(zhì)是對土壤肥力貢獻率較大的化學(xué)因子，微量元素中有效態(tài)銅、有效態(tài)錳的貢獻率較大。

表7 景福宮古樹土壤肥力指標(biāo)主成分分析Table 7 Principal component analysis of soil fertility indexes of ancient trees in the Palace of Great Blessings

由表8可知，景福宮古樹土壤綜合肥力指數(shù)（IFI）結(jié)果，數(shù)值處于 0.462～0.633，平均值為 0.54。其中，景福宮西區(qū)域和景福宮西南區(qū)域土壤綜合肥力指數(shù)均高于平均水平，說明這2個區(qū)域古樹土壤肥力水平相對較高；佛日樓區(qū)域、梵華樓區(qū)域和景福宮南區(qū)域土壤綜合肥力指數(shù)低于平均水平，說明其古樹土壤肥力水平相對較低。根據(jù)相關(guān)研究成果[33]，景福宮古樹土壤肥力整體屬于較好水平（IFI≥0.5），其中，景福宮西區(qū)域、景福宮西南區(qū)域及佛日樓區(qū)域古樹土壤肥力水平為優(yōu)（IFI≥0.5），梵華樓區(qū)域和景福宮南區(qū)域古樹土壤肥力水平良好（0.5＞IFI≥0.4）。

表8 景福宮古樹土壤綜合肥力指數(shù)Table 8 Integrated fertility index of soil of ancient trees in the Palace of Great Blessings

采集各區(qū)域土壤樣品時發(fā)現(xiàn)，梵華樓區(qū)域和景福宮南區(qū)域地面鋪裝下30～45 cm處有堅硬的磚石層或墊層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致最終土壤采樣品數(shù)量減少至2個，其中景福宮南區(qū)域土層厚度僅30 cm左右，可供古側(cè)柏和古檜柏根系生存利用的土壤空間及營養(yǎng)面積較小。而古樹土壤環(huán)境較好的景福宮西區(qū)域是景福宮院落中唯一沒有硬質(zhì)鋪裝的區(qū)域，可以較好地實現(xiàn)古樹地上地下營養(yǎng)循環(huán)。故宮景福宮整體區(qū)域面積較小且各區(qū)域間的古樹土壤環(huán)境條件差異明顯，不同區(qū)域間古樹土壤肥力情況與地下環(huán)境條件顯示出一定的相關(guān)性。故宮博物院是明清兩代的皇宮，地下環(huán)境較為復(fù)雜，推測環(huán)境因素是影響景福宮區(qū)域土壤狀況的一個重點。綜合景福宮古樹土壤肥力指標(biāo)、IFI值及現(xiàn)場實際情況，景福宮古樹土壤肥力質(zhì)量水平由高至低順序為：景福宮西區(qū)域＞景福宮西南區(qū)域＞佛日樓區(qū)域＞梵華樓區(qū)域＞景福宮南區(qū)域。

2.3 景福宮古樹土壤肥力指標(biāo)相關(guān)性分析

通過12個土壤肥力指標(biāo)的Pearson相關(guān)性分析可知（表9），水解性氮和有機質(zhì)相關(guān)性系數(shù)為0.762，呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。氮主要以有機態(tài)的形式存在于土壤有機質(zhì)中，是其重要的組成元素[23]，這也是兩者極顯著相關(guān)的一個主要原因。有效磷與速效鉀相關(guān)性系數(shù)為0.526，呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。水解性氮與有機質(zhì)呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），而有機質(zhì)、水解性氮分別與速效鉀、有效磷等化學(xué)因子無顯著相關(guān)聯(lián)系，該結(jié)果與部分研究結(jié)果[5，16-17，26]不一致，這可能與土壤pH值較高降低了有效磷的有效性有關(guān)。北方地區(qū)速效鉀含量普遍較高，且有機質(zhì)主要組成元素為 C、H、O、N、P、S等，可以提供的 K 元素較少[23]。這說明景福宮區(qū)域古樹土壤以原生土壤為主。

表9 景福宮古樹土壤肥力指標(biāo)Pearson相關(guān)性分析Table 9 Pearson correlation analysis of soil fertility indexes of ancient trees in the Palace of Great Blessings

土壤pH值與水溶性鹽總量、氯離子含量均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），說明土壤鹽漬化和堿性狀態(tài)常常會同時出現(xiàn)。水溶性鹽總量和氯離子相關(guān)系數(shù) 0.793，呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），水溶性鈉、有效態(tài)鐵與pH值無顯著相關(guān)性，但與水溶性鹽總量、氯離子均呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），說明水溶性鹽總量、水溶性鈉、氯離子在土壤中的含量變化是相互影響作用的，但與氯離子組成水溶性鹽的水溶性金屬離子可能不止水溶性鈉一個。有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅與土壤pH值呈負相關(guān)，其中，有效態(tài)錳與pH值呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01），有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅均與pH值呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）。當(dāng)土壤的堿性較高時會造成磷、鋅等元素鈍化，植物吸收困難等情況[24]，說明土壤的堿性程度對土壤中微量元素含量有較大影響，在堿性土壤環(huán)境中較高的土壤pH值會抑制土壤微量元素的有效性。從景福宮的具體情況看，梵華樓區(qū)域、景福宮南區(qū)域古樹土壤中有效磷、有效態(tài)錳、有效態(tài)鋅等營養(yǎng)元素含量偏低，推測可能與土壤堿性程度相關(guān)。這說明土壤pH值對古樹土壤養(yǎng)分的存在形態(tài)有直接影響，通過土壤酸堿度程度來判斷有效養(yǎng)分情況也較可靠[34-35]。

微量元素與其他指標(biāo)也存在相關(guān)性聯(lián)系。有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅3者均與水溶性鹽總量、氯離子呈負相關(guān)，且有效態(tài)銅分別與水溶性鹽總量、氯離子呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）和呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01）。因此減輕土壤的鹽堿化程度對于提升土壤中的微量元素含量有重要作用。

3 討論

3.1 環(huán)境條件對土壤養(yǎng)分的影響

故宮景福宮院落整體面積不大，但因景福宮地上部分古建筑密集，地下環(huán)境比較復(fù)雜，且不同院落地面鋪裝情況也存在差異，不同環(huán)境立地條件可能對土壤肥力質(zhì)量造成影響。周章義等[9]在探究七王墳古油松瀕死原因時發(fā)現(xiàn)，古廟遺址處三合土塊及石灰石的存在使得土壤趨于堿性，且堿性土壤中鐵、錳、銅、鋅等微量元素的有效性均會受到制約。原忠林等[8]分析千山古油松衰亡原因，認為主要是氣候變化、游客增多導(dǎo)致的土壤及古樹根系被破壞致使樹勢衰弱。李丹丹[29]曾以承德避暑山莊古油松為研究對象，指出宮殿區(qū)、山巒區(qū)及平原區(qū)的土壤養(yǎng)分情況存在較大差異，且土壤含水量、土壤酸堿度及水解性氮等指標(biāo)對古油松生長有一定影響。本研究在對景福宮進行土樣采集時發(fā)現(xiàn)，梵華樓區(qū)域、景福宮南區(qū)域地磚下30～45 cm深度開始出現(xiàn)堅硬的磚石層或墊層結(jié)構(gòu)，且考慮到文物保護問題，并未繼續(xù)向下采集更深層次土樣。這也直接說明這兩個區(qū)域古樹土壤厚度較淺，可供古側(cè)柏和古檜柏根系生存利用的土壤空間較小，古樹營養(yǎng)面積比較受限。檢測結(jié)果還顯示，梵華樓區(qū)域、景福宮南區(qū)域IFI數(shù)值在整個景福宮院落中相對較低。王玉東[35]通過采集不同鋪裝環(huán)境下古柏土壤并檢測其養(yǎng)分狀況發(fā)現(xiàn)，人為活動頻率及地面環(huán)境均會對古樹土壤養(yǎng)分造成影響。劉家雄等[13]研究指出，保持土壤原生環(huán)境、受人為影響小的土壤綜合肥力情況更佳。故宮景福宮目前屬于非開放區(qū)域，受人為踩踏影響較小，但地面鋪裝、地下磚石墊層結(jié)構(gòu)及院內(nèi)古建筑庭院環(huán)境等因素可能對古樹土壤造成影響。檢測結(jié)果顯示，景福宮西區(qū)域的土壤肥力質(zhì)量在整個院落中是最好的，且該院落也是整個景福宮院落內(nèi)唯一沒有硬質(zhì)鋪裝的區(qū)域，可以較好地實現(xiàn)古樹地上地下營養(yǎng)循環(huán)。曾有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[10]，古樹下的硬質(zhì)鋪裝比例與樹體健康狀況呈極顯著負相關(guān)，且裸露土地可以保證土壤基本的透水透氣性及生態(tài)循環(huán)營養(yǎng)交換[29]，說明立地條件對土壤養(yǎng)分存在一定影響。故宮博物院是世界文化遺產(chǎn)由密集的古建筑群組成，地下存在磚石墊層結(jié)構(gòu)是古建筑營造過程中不可缺少的部分，院落中的硬質(zhì)鋪裝也均為具有歷史文化價值的文物，需要最大限度地進行文物保護，包括在本研究土壤樣品采集時，需全面考慮室外文物陳設(shè)及古建筑情況并篩選出可以進行土壤采樣的點位，這也使得本研究具有一定的局限性。本研究選擇故宮景福宮18株古樹下土壤作為試驗對象，探究土壤肥力情況及古建筑周圍地下環(huán)境對土壤養(yǎng)分的影響，試驗區(qū)域及試驗樣品數(shù)量有限，今后可針對該問題增加土壤樣品數(shù)量等影響因素以提升研究結(jié)果的科學(xué)性與實用性?；始覉@林中古樹保護管理工作精細復(fù)雜，需要全面考慮古樹及文物的保護問題，也將是未來持續(xù)研究探討的重要方向。

3.2 古樹周邊土壤環(huán)境條件對古樹健康的影響

土壤養(yǎng)分有效性對植物吸收養(yǎng)分有直接影響，是植物健康生長的基礎(chǔ)和保障[30]。土壤養(yǎng)分下降對古樹的健康狀況存在不利影響[5]。劉家雄[36]研究得出，上海古銀杏、古香樟的生長勢與土壤有效氮、速效磷等含量顯著相關(guān)，直接影響古樹健康狀況。鄒瑀琦等[37]研究發(fā)現(xiàn)，北京古側(cè)柏的健康情況與土壤中礦物質(zhì)元素有密切聯(lián)系，其中，鋅含量與古樹健康等級呈正相關(guān)，鎂含量為負相關(guān)，鈣含量及鐵含量在某個數(shù)值對古樹健康等級影響最優(yōu)。但也有學(xué)者持不同觀點，趙娟等[38]研究指出，中山公園不同長勢古側(cè)柏周圍土壤的pH值、氮、磷、鉀及鈣、鎂元素含量沒有顯著差異，認為古樹健康情況判定與土壤含量無關(guān)。

景福宮古樹土壤不同院落的情況差異性較大，土壤大量元素中水解性氮、速效鉀及有機質(zhì)含量基本充足，但有效磷含量不足情況比較普遍，其中約56%的采樣點顯示古樹土壤有效磷含量偏低，成為主要的限制因子。該結(jié)果與張宇超[23]、田宇[25]、杜田甜等[26]等的研究結(jié)果基本一致，也是北方地區(qū)較為常見的土壤狀態(tài)。景福宮內(nèi)梵華樓區(qū)域及景福宮南區(qū)域pH值超過8.50，屬于強堿性土壤，且表現(xiàn)為與土壤鹽分水平及部分微量元素顯著相關(guān)。這與目前大部分城市土壤狀況一致[16]。李丹丹[29]研究發(fā)現(xiàn)，土壤水溶性鹽含量及pH值對古油松健康狀況相關(guān)，湯珧華等[7]則提出適當(dāng)降低土壤pH值有利于古樹健康生長，并可以協(xié)同提升土壤中微量元素的有效性。因此，合理改善土壤pH值并及時補充磷肥是未來古樹養(yǎng)護工作中一個重要方向。

4 結(jié)論

故宮景福宮古樹土壤主要呈堿性至強堿性，水解性氮、速效鉀、有機質(zhì)、有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅含量基本處于充足狀態(tài)，其中約56%的采樣點顯示古樹土壤有效磷含量偏低，梵華樓區(qū)域、景福宮南區(qū)域采樣點出現(xiàn)有效態(tài)錳、有效態(tài)鋅存在未檢出情況。有效磷及微量營養(yǎng)元素小區(qū)域間差異明顯。主成分分析結(jié)果顯示，土壤pH值的權(quán)重系數(shù)最大（0.119），與水溶性鹽總量、氯離子呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與有效態(tài)錳呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01）；同時水解性氮（0.111）及有機質(zhì)（0.114）權(quán)重系數(shù)也相對較大，且兩者呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），表明土壤pH值、水解性氮、有機質(zhì)含量在古樹土壤肥力中起重要作用。故宮景福宮古樹土壤綜合肥力指數(shù)（IFI）為0.462～0.633，平均值為0.540。景福宮區(qū)域古樹土壤肥力水平整體較好（IFI≥0.5），綜合景福宮古樹土壤肥力指標(biāo)、IFI值及現(xiàn)場實際情況，景福宮古樹土壤肥力質(zhì)量水平由高至低順序為：景福宮西區(qū)域＞景福宮西南區(qū)域＞佛日樓區(qū)域＞梵華樓區(qū)域＞景福宮南區(qū)域。

針對故宮景福宮內(nèi)古樹土壤情況，今后將繼續(xù)有針對性地開展古樹養(yǎng)護管理工作。一是重點改善古樹土壤pH值，適量施用酸性肥料；二是提升土壤養(yǎng)分水平，根據(jù)景福宮不同區(qū)域內(nèi)古樹土壤養(yǎng)分實際狀況，重點施用磷肥、微量元素肥料等以調(diào)節(jié)土壤肥力。目前國內(nèi)古樹土壤環(huán)境不理想的情況較為普遍，這不僅需要古樹保護管理者們的不懈努力，更是需要其他行業(yè)人員提高古樹保護意識，共同為守護好這些“活文物”貢獻力量。