沈辰

(上海奉贤园林绿化工程有限公司，上海 201499)

城市绿地生态系统是城市中唯一的自然生态系统，对城市生态文明建设和居民幸福感提升具有重要意义。绿地由于可以为城市及其居民提供至关重要的生态系统服务，包括改善空气质量、减缓气候变化、控制雨水和提供休闲活动空间等，越来越被认为是城市可持续发展和生态环境安全的重要因素之一[1]。道路绿地是城市绿地生态系统的重要组成部分，道路绿地植被可以消减车辆行驶产生的噪音，对汽车尾气等污染气体也具有一定的吸附作用。绿地土壤是绿地植被的生长介质，土壤质量会直接影响植被生长状况，进而影响绿地景观的生态效应[2]。道路绿地一般立地条件较差，人为践踏严重，且养护措施较公园绿地和公共绿地更少，容易出现土壤肥力较低、植物长势差等问题[3]。通过人为措施改良道路绿地土壤肥力质量，可有效提高道路绿地的植被成活率，营造更好的道路绿地景观效果。

曹刚等[4]研究表明，枝条堆肥和生物有机肥混合施用可以有效降低表层土壤pH，并提升土壤有机质和碱解氮含量，但单独施用羊粪会导致土壤pH升高。槐圣昌等[5]研究表明，施用有机肥可以降低土壤容重、土壤紧实度，同时提高土壤含水量，还能显著增加植被根长密度、根尖数密度和根平均直径。曹春霞等[6]研究还表明，有机管理在总体上可显著降低土壤Cr、Cu、Ni、Zn含量。据估算，单位面积城市绿地的园林绿化废弃物年产量平均值在1～1.5 kg·m-2[7]，截至2019年，上海市绿地面积为157 785 hm2[8]，园林绿化废弃物年产量在158万～237万t。园林绿化废弃物中有机碳、全氮、全磷、全钾含量平均为40%、1%、0.2%和1%，具有较大的土地资源利用潜力[7]。

近年来，有机改良材料在培肥土壤的生产实践中被大规模应用，其应用效果也被广泛关注。尽管如此，有机改良材料的应用在理论和实践中仍存在一些问题，如有机肥的来源问题，有机肥来源种类众多，不同种类有机肥对土壤质量和植物生长的影响存在一定的差异；有机改良材料的施用量也是一个重要的问题，施用量过多或者不足都会对土壤培肥效果和植被长势产生影响。本研究拟采用草炭、生物有机肥和园林绿化废弃物堆肥等有机改良材料，在道路绿地设置小区试验，在有机改良材料的实际应用场景中进行土壤培肥效果的研究。旨在明确园林绿化废弃物施用对土壤肥力质量和土壤重金属含量的影响，为道路绿地土壤的培肥技术和城市主要有机固体废弃物的资源化利用提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验在上海市奉贤区泽园路进行，地理坐标121°50′E、30°84′N，位于长江三角洲地区，土壤类型为潮土，属于平原地貌，年平均气温15.7 ℃，年降水量1 100 mm左右，属亚热带湿润季风气候。

以草炭、绿化废弃物堆肥和生物有机肥作为改良材料，其中：草炭取自吉林省敦化市林地沼泽化形成的草炭地；绿化废弃物堆肥为上海市行道树修剪的枝条，经粉碎机粉碎成1～3 mm粒径后堆肥6个月腐熟的成品；生物有机肥为畜禽粪便经发酵腐熟后添加有益微生物活性菌的腐熟产品。改良材料化学性质见表1。

表1 供试改良材料的基本性质

1.2 处理设计

试验设2个配方：配方1由草炭和生物有机肥混合而成，体积比为9∶1；配方2为绿化废弃物堆肥。4个处理：配方1撒施；配方1混施；配方2撒施；配方2混施。以不施用有机改良材料为对照。

2020年5月10日对泽园路东西两侧的道路绿地土壤进行改造，按照试验设计的有机改良材料配比，分别完成配方1和配方2的配制。混施处理为有机改良材料与0～30 cm土壤进行混合，添加比例为土壤∶有机改良材料3∶1，即为1 m2道路绿地施用有机改良材料0.1 m3；撒施处理则将同样体积的有机改良材料撒施于道路绿地表面。试验期间绿地承接自然降水，不进行施肥管理。

于2020年9月10日对试验地块进行取样，在每块小区进行“S”形布点，去除表层枯枝落叶后，用土钻取0～30 cm土样，每个小区取5个点进行混合，之后采用四分法留取2 kg土壤样品。土壤容重和孔隙度采用环刀法进行取样。

1.3 指标测定

土壤容重、持水量和孔隙度采用环刀法测定[9]。pH采用电极法测定(水土比2.5∶1)；电导率采用电导法测定(水土比5∶1)；土壤有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法测定；土壤重金属采用原子吸收分光光度法(AAS)测定[10]。

1.4 数据分析

数据经Excel 2016整理后，采用IBM SPSS 22进行单因素方差分析，多重比较采用Duncan’s法；采用R 4.0.1软件进行统计和主成分分析；采用Sigmaplot 14进行绘图。

2 结果与分析

2.1 土壤养分状况

2.1.1 pH

有机改良材料施用后各处理土壤pH见图1，总体而言，有机改良材料的施用并不能迅速降低土壤pH，各处理土壤pH均大于《绿化种植土壤》(CJ/T 340—2016)[11]标准要求的阈值上限(8.3)。与对照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)均显著降低了土壤pH值。施用方式显著影响了不同配方土壤的pH，配方1撒施显著高于混施，配方2撒施则显著低于混施。

柱上无相同小写字母者表示组间差异显著(P<0.05)。图2～4同。图1 各处理土壤pH

2.1.2 有机质

施用有机改良材料可显著影响土壤有机质含量(图2)，且不同配方的有机改良材料其施用方式对土壤有机质的提升效果影响较大。配方1混施处理土壤有机质含量最高，为27.4 g·kg-1，其次为配方2撒施处理，土壤有机质含量为22.0 g·kg-1；配方1撒施和配方2混施有机质含量为14.6 g·kg-1，与对照相比无显著差异。《绿化种植土壤》要求有机质含量为12～80 g·kg-1，故试验中各处理土壤有机质含量均符合标准要求，但有机质含量处于较低水平。

图2 各处理土壤有机质含量

2.1.3 速效养分

施用有机改良材料能有效提高绿地土壤速效养分含量。由图3可知，配方1混施和配方2撒施处理土壤水解氮含量显著高于对照，配方1撒施和配方2混施则与对照无显著差异，且配方1混施显著高于配方2撒施。对于配方1而言，混施后土壤水解氮含量为撒施的2.9倍；对于配方2而言，撒施后土壤水解氮含量为混施的1.9倍。各处理土壤水解氮含量依次为配方1混施(129.4±4.06)mg·kg-1>配方2撒施(94.4±5.27)mg·kg-1>对照(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。

各处理土壤速效磷含量分布规律与土壤水解氮规律基本一致，均表现为有机改良材料可有效提高土壤速效磷含量，但同一有机改良材料的施用方法不同，土壤速效养分含量的响应也具有较大差异。

图3 各处理土壤水解氮、速效磷和速效钾含量

相比于对照，配方1混施和配方2撒施均显著提高了土壤速效磷含量，配方1撒施和配方2混施则与对照无显著差异。对于配方1而言，混施后土壤速效磷含量为撒施的5.9倍；对于配方2而言，撒施后土壤速效磷含量为混施的5.8倍。各处理土壤速效磷含量依次为配方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>对照(15.3±0.88)mg·kg-1>配方2混施(14.2±0.29)mg·kg-1。

有机改良材料施用可有效提高土壤速效钾含量，除配方2混施外，其余处理速效钾含量均显著高于对照。同一有机改良材料不同施用方法间土壤速效钾含量也表现出显著差异，配方1混施速效钾含量显著高于撒施，前者约为后者1.7倍；配方2撒施速效钾含量显著高于混施，前者约为后者1.8倍。各处理土壤速效钾含量依次为配方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>对照(218.5±10.0)mg·kg-1>配方2混施(206.7±0.70)mg·kg-1。

2.2 土壤物理性状

2.2.1 容重和毛管持水量

施用有机改良材料可显著改善土壤物理性状，主要表现为降低土壤容重、增加土壤毛管持水量。由图4可知，相比于对照土壤容重1.55 g·cm-3，施用有机改良材料后各处理土壤容重均显著降低，降低幅度为0.18～0.33 g·cm-3；但各有机改良材料处理间无显著差异，土壤容重在1.22～1.37 g·cm-3。《绿化种植土壤》标准要求绿地土壤容重需<1.35 g·cm-3，对照和配方2混施处理土壤容重超过了标准要求的土壤容重最大阈值，其余处理土壤容重符合标准要求。

图4 各处理土壤容重和毛管持水量

相比于对照，施用各有机改良材料处理土壤毛管持水量均显著提高，对照毛管持水量仅为269 g·kg-1，施用有机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混施处理土壤毛管持水量提高分别为151、156、105和65 g·kg-1，提升比例为56%、58%、39%和24%。

2.2.2 孔隙度

施用有机改良材料可以有效提高土壤毛管孔隙度，但对通气孔隙度的提升效果不显著(图5)。对照通气孔隙度为2.69%，有机改良材料施用处理土壤通气孔隙度在1.20%～2.76%，在统计学上无显著差异，但表现为降低的趋势。对照处理土壤毛管孔隙度为42%，施用有机改良材料处理土壤毛管孔隙度为47%～52%，相比于对照，配方1撒施、配方1混施、配方2撒施和配方2混施处理土壤毛管持水量提高5～10百分点。

柱上无相同大写或小写字母者表示组间差异显著(P<0.05)。图5 各处理土壤通气孔隙度和毛管孔隙度

2.3 土壤综合肥力

综合分析各处理土壤有机质、pH、土壤养分及土壤物理性状，对有机改良材料施用后土壤综合肥力进行分析(表2)。主成分PC1轴可解释所有指标变异的59.40%，主成分PC2轴可解释所有指标变异的26.20%，主成分PC1轴和PC2轴累积解释率达85.60%，包含了大部分的土壤指标信息，可用于进行各处理土壤的综合肥力分析。各土壤指标在PC1轴上的载荷均较大，PC1轴可以表征土壤综合肥力的基本情况，PC2轴则对土壤物理性状具有较大载荷，可以解释各处理在物理指标上的差异。计算各处理在PC1轴和PC2轴上的综合得分，得分排序依次为配方1混施>配方2撒施>配方1撒施>配方2混施>对照。

2.4 土壤重金属含量

根据绿地与人群接触的密切程度，不同类型绿地土壤的重金属风险控制指标范围有所差异，根据《绿化种植土壤》标准的土壤重金属控制分级，附属道路绿地需按照Ⅲ类绿地土壤进行重金属管控，其中Pb、Cr、As、Cu、Ni和Zn的风险阈值分别为450、250、35、400、150和500 mg·kg-1。根据管控标准，Pb、Cr、Cu、Ni和Zn均处于较安全水平，距离标准要求的阈值仍有较大差距；As含量在各处理土壤均未超标，但距离阈值较近(表3)。

3 讨论

行道树是构建城市道路绿地的主体，可以直观体现城市的气候特色和精神面貌，行道树的生长状况也是一座城市绿化水平高低的直观体现[3,12-13]。然而道路绿地由于特殊的立地条件，一般会存在土壤呈碱性或强碱性、土壤有机质含量低、土壤养分匮乏以及土壤压实严重等问题[3]。有机材料施用是改善土壤质量的有效途径[4-6,14]，城市园林绿化废弃物堆肥相比于草炭、秸秆及畜禽粪便堆肥，其木质素和纤维素含量更高，施用于绿地后土壤有机质和养分变化可能与农业废弃物有所不同。本研究结果表明，有机改良材料施用能有效提高土壤有机质和土壤养分含量，然而同一配方在撒施和混施处理下对土壤有机质和速效养分含量的影响具有较大差异，总体而言，配方1在混施处理下更有利于土壤有机质积累和土壤有效养分提升，配方2则在撒施处理下更有利于土壤有机质积累和土壤有效养分提升。这可能与不同配方下有机改良材料的有机碳形态不同有关，配方1由90%草炭和10%生物有机肥组成，有机物料的纤维素和木质素含量较低，试验设置于5—9月，上海地区水热条件适宜于微生物活动，草炭和生物有机肥与土壤混合施用后微生物分解的中间产物可与土壤形成有机无机复合体，更有利于有机碳的积累。配方2主要为园林绿化废弃物堆肥，有机物料纤维素和木质素含量较高，且颗粒较大，撒施状态下更有利于微生物分解，从而使小分子有机碳进入土壤，混施状态下园林绿化废弃物堆肥腐解缓慢，在试验取样时仍为较大有机颗粒，没有成为土壤有机质，故在试验结果中表现为有机质含量积累小于撒施处理。同时，本研究还表明，土壤有机质积累和土壤速效养分含量提升具有耦合效应，有机质含量较高的处理，其土壤速效养分含量也较高。

表2 各处理土壤肥力的综合分析

表3 各处理土壤重金属的含量

有机改良材料的施用显著改善了道路绿地土壤物理性状，主要表现在土壤容重降低、毛管孔隙度提高，这与有机肥及秸秆施用于农田后对土壤物理性状的影响的研究结果一致[15-16]。与有机改良材料对土壤有机质和土壤养分的影响规律不同，有机改良材料施用后土壤物理性状的改良效果与施用方式无关，即无论是撒施还是混施，均有利于土壤容重的降低，并提高土壤毛管孔隙度，这可能是因为绿地土壤中有机改良材料的投入量很大，有机物料具有容重小的特点，大量有机物料进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，各有机改良材料添加处理对土壤通气孔隙度均无显著影响，因此，在进行绿地土壤通气孔隙度改良时，还需要注意大孔隙结构骨架材料的应用。城市道路绿地土壤重金属含量超标是土壤绿化建设的障碍因子之一[17]。曹春霞等[6]研究表明，有机物料施用可有效降低农田土壤中部分重金属的含量。本研究中测定的6种重金属含量均较低，无环境危害风险。整体而言，有机改良材料施用对土壤重金属无显著影响，这可能与施用的有机改良材料自身性质有关；也可能是土壤重金属含量不高，导致有机改良材料的吸附和耦合作用效果不明显，同时土壤酸碱度也会影响有机分子与重金属的螯合作用。运用主成分分析法，综合分析了土壤理化指标，对各有机改良材料的土壤质量提升效果进行了评价，结果表明，施用有机改良材料的处理，土壤综合肥力均高于对照，其中配方1混施土壤综合肥力最佳，其次为配方2撒施，

4 小结

本研究结果表明，施用有机改良材料可有效提高城市道路绿地土壤有机质、水解氮、有效磷及速效钾的含量，但有机改良材料对土壤养分的提升效果与施用方法有关，草炭和生物有机肥配合施用时与土壤混施效果较好，园林绿化废弃物堆肥则撒施效果较好。有机改良材料施用还能有效降低土壤容重，提高土壤通气孔隙度，但对土壤通气孔隙度无显著影响，有机改良材料对土壤物理性状的改良与施用方式无关，撒施处理和混施处理间无显著差异。有机改良材料对道路绿地重金属含量无显著影响。主成分分析结果表明，有机改良材料施用可有效提高土壤综合肥力，草炭与生物有机肥配合进行混施处理综合得分最高，土壤肥力改良效果较好。