张磊

(上海奉贤园林绿化工程有限公司，上海 201499)

城市绿地是指用以栽植树木、花草和布置的配套设施，基本上由绿色植物所覆盖，并赋以一定的功能与用途的场地[1]。城市绿地发挥着提升景观效益，净化空气污染，缓解城市热岛效应，丰富生物多样性等功能[2]，也直接影响城市地表径流、城市洪涝和雨洪利用效果[3-4]，是城市生态系统的重要组成部分，对维持良好的城市生态环境和可持续发展具有重要作用[5]。土壤作为绿地的主体部分，其肥力特征直接影响到城市绿地各种功能的正常实现[6]。在城市化背景下，绿地土壤很大程度上体现出了城市土壤的一般特征，例如具有高度时空变异性，土壤结构和剖面发育层次混乱，人为附加物增多，土壤紧实变性、通透性差，养分循环和土壤生物活性受扰动以及高度的污染特征等[7]。城市绿地土壤普遍出现的理化性质退化会直接影响城市绿地植物的长势[8-9]。随着城市化进程的加速发展以及居民生活水平和环境意识的不断提升，城市绿地质量越来越引人关注，有关城市绿地土壤质量的研究越来越受到重视[10-11]。提高城市绿地质量已成为改善城市生态环境最重要的途径之一，而对绿地土壤的利用、管理和改良则被认为是关系城市绿地建设成功与否的关键问题[12]。目前，我国一些城市，如深圳、广州、重庆等均开展过城市绿地土壤肥力特征的研究[13-15]，主要通过土壤有机质及大量元素等指标来进行综合评价研究[16]，缺乏对土壤中微量元素指标的研究。上海作为国际化大都市和我国的园林城市，建成区的绿化覆盖率达39.7%，而奉贤区作为上海市的五大新城之一，其城市绿地的质量对奉贤区的生态景观和生态环境起重要作用。为此，本研究以上海市奉贤区典型公园和道路绿地土壤为研究对象，对其土壤理化性质进行现场调查和分析，分析绿地土壤肥力因子特征，并对土壤肥力质量进行综合评价，以期为上海市奉贤区绿地土壤质量提升和绿地土壤质量管理提供技术支撑，提高奉贤区绿地生态功能的发挥，为提升城市生态环境质量提供技术保障。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

上海市奉贤区位于长江三角洲东南端，地处上海市南部，南临杭州湾，北枕黄浦江，与闵行区隔江相望，东与浦东新区接壤，西与金山区、松江区相邻，区域面积为687.39 km2。区内年均气温为17.3 ℃，年降水量为1 451.1 mm[17]。截至2019年，奉贤区域内绿地面积14 556.42 hm2，其中，公园绿地708.00 hm2[18]。

1.2 土壤样品采集与分析

1.2.1 样品采集

以上海市奉贤区主要城市道路绿地和公园绿地为研究对象，布设22个绿地样点(图1)，其中，公园绿地设16个样点，道路绿地设6个样点。每个样点随机选取3个5 m×5 m样地，样地间隔保持在20 m以上。每个样地内按照“S”形取样法采集0～30 cm表层土壤，土壤样品均匀混合。土壤样品于室内自然风干后，剔除石砾和植物根系等，研磨并过孔径2 和0.149 mm筛后，装入密封袋后待用。

图1 奉贤区绿地土壤采样点的分布

1.2.2 样品测定分析

取部分风干磨细的土壤样品进行土壤化学性质测定。土壤pH、电导率(EC)分别采用电位法和电导法进行测定，有机质采用重铬酸钾-外加热法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用钼锑抗比色法测定，速效钾采用1 mol·L-1乙酸铵浸提法测定[19]。有效钙、有效镁、有效硫采用碳酸氢铵-二乙三胺五乙酸(AB-DTPA)浸提-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定。

1.3 土壤肥力单项指标评价

参照第二次全国土壤普查及上海市《绿化种植土壤》(CJ/T 340—2016)等相关标准[20-21]要求对奉贤区绿地土壤pH、EC、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、有效钙、有效镁和有效硫9项指标进行分级评价[22]。

1.4 土壤综合肥力评价

采用模糊评价法[23]对上海市公园绿地土壤综合肥力进行评价。参照文献中的方法[20]建立抛物线型(式1)和S型(式2)隶属度函数对各肥力指标进行标准化处理以消除量纲差异，选择土壤pH、EC、有机质，有效态氮、磷、钾，以及有效态钙、镁、硫作为评价指标。

pH、EC属于抛物线型隶属度函数：

(1)

其余指标属于S型隶属度函数：

(2)

式中，f(x)为土壤各肥力指标的隶属度值，x1、x2、x3、x4分别为隶属函数的各个拐点，拐点的取值参照标准和规范要求并结合上海市绿地土壤肥力特征确定(表1)。

表1 各隶属度函数的拐点值

使用主成分分析法计算出各评价指标的权重系数，按照模糊数学中加乘法原理，将土壤各肥力指标的隶属度值与权重系数相乘，加和后即为土壤综合肥力评价指数。

IFI=∑(fiwi)。

(3)

式中，IFI为土壤综合肥力评价指数，fi为第i个评价指标的隶属值，wi为第i个评价指标的权重系数。隶属值和IFI的取值范围均为0.1～1.0，值越高表示土壤肥力越好。

1.5 数据处理

采用Excel 2016整理数据，并运用SAS 9.2对土壤化学性质进行主成分分析和Pearson相关性分析，采样点分布图使用ArcGIS10.2软件绘制。

2 结果与分析

2.1 单项指标评价

土壤pH直接关系到土壤养分的存在形态和有效性，一般情况下，土壤pH为中性时比较适宜植物生长[24]。奉贤区绿地土壤pH为6.12～7.69，平均值为7.06，变异系数为8.01%(表2)。对比pH分级标准，土壤整体呈中性(45.45%)，酸性和碱性土壤各占27.27%(图2)。本研究结果与上海市公园绿地土壤多数呈碱性的特点有差别，这是由于上海市为长江冲积平原，碳酸钙沉积明显，而奉贤区处于上海的中南部，离海边有一定的距离，且与城市绿地养护中注重采用中性或者酸性改良材料有关。

表2 奉贤区绿地土壤的化学指标

图2 奉贤区绿地土壤肥力指标的分布频率

土壤EC反映了一定水分条件下土壤盐分的实际状况，影响到土壤养分的转化、存在状态及有效性，是限制植物和微生物活性的阈值[25]。奉贤区绿地土壤EC在0.28～0.86 mS·cm-1，平均值为0.44 mS·cm-1，变异系数为31.65%，为中等变异强度。从EC的分级频率来看，奉贤区绿地土壤EC主要集中在>0.35～1.00 mS·cm-1，约27.27%的EC值在>0.12～0.35 mS·cm-1。研究[26]表明，当土壤EC为0.35～1.00 mS·cm-1时，有利于植物生长；而土壤EC>1.20 mS·cm-1时，对植物生长存在盐害威胁；土壤EC<0.35 mS·cm-1则表明土壤中可交换性离子含量较低，影响植物养分的供应。可见奉贤区绿地土壤可交换离子含量处于较好水平。

土壤有机质中含有植物所需的各种养分，可以直接或者间接为植株提供氮、磷、钾、钙、镁、硫和微量元素[27]。奉贤区绿地土壤有机质含量为7.00～50.00 g·kg-1，平均值为22.68 g·kg-1，变异系数为54.46%，为中强度变异。土壤有机质主要分布在>10～20和>20～30 g·kg-1，均占31.82%，>40 g·kg-1的土壤仅占9.09%。根据第二次全国土壤普查相关标准，奉贤区绿地土壤有机质含量基本满足植物正常生长。

土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为22.00～205.00、2.20～51.70和96.00～208.00 mg·kg-1，平均值分别为68.23、12.34和151.45 mg·kg-1，均表现为中等变异。其中，有效磷的变异系数最高，为97.81%。碱解氮主要分布在>30～60和>60～90 mg·kg-1，分别占50.00%和22.73%。有效磷主要分布在>3～5和>5～10 mg·kg-1，均占27.27%。速效钾主要分布在>100～150 mg·kg-1，约占45.45%，>150～200和>200 mg·kg-1均占22.73%。根据第二次全国土壤普查肥力分级标准，奉贤区绿地土壤碱解氮和有效磷含量偏低，速效钾含量丰富，可以满足植物正常生长。

土壤中量元素是植物生长不可或缺的营养元素[28]。奉贤区绿地土壤中有效钙、有效镁和有效硫含量分别在277.00～340.00、56.00～250.00和6.70～20.70 mg·kg-1，平均值分别为310.14、130.53和10.59 mg·kg-1，3个指标的变异系数分别为5.56%、36.58%和40.66%，分别属于弱变异、中度变异和中度变异。根据全国第二次土壤普查的分级标准，奉贤区绿地所有采样点的有效钙都处于较低水平，72.73%的样点有效镁含量处于中等及以上水平，81.82%样点的有效硫含量处于较低水平。

2.2 综合评价

奉贤区绿地土壤IFI在0.42～0.94，平均值为0.65。将IFI划分为3个等级，分别为较好(IFI<0.7)、中等(IFI=0.4～0.7)、较差(IFI<0.4)[29]，表明奉贤区绿地土壤综合肥力平均处于中等水平，其中处于较好水平的占31.82%，处于中等水平的占68.18%。奉贤区道路绿地的IFI平均为0.573，显著(P<0.05)低于公园绿地的IFI=0.675。结合单因子评价和综合评价分析，碱解氮、有效钙、有效镁和有效硫在一定程度上限制了奉贤区绿地的土壤肥力。

2.3 相关性分析

通过对奉贤区绿地土壤9个化学指标进行相关性分析(表3)发现，有机质与碱解氮和速效钾呈极显著(P<0.01)正相关，与有效磷和有效硫呈显著正相关，这与吴家森等[30]对浙江省杭州市临安区山核桃产区林地土壤的研究结果相一致。这是由于有机质能改善土壤结构和其他物理性状，是土壤微生物生长所必需的碳源和能源，直接影响土壤养分供应。有效磷与速效钾呈显著正相关，有效钙与有效镁呈显著负相关。

表3 奉贤区绿地土壤化学指标间的相关性

3 小结与讨论

城市绿地土壤由于受到人为活动影响较强烈，其形成和性质与所处自然环境没有必然的联系，与自然土壤不同，城市绿地土壤一般表现出土层不规律、结构差、土壤偏碱、养分匮乏等特性[31]。本研究通过对上海市奉贤区绿地土壤肥力单因子分析、土壤肥力综合评价以及相关性分析，对奉贤区绿地土壤养分丰缺状况进行了评价。结果表明：1)奉贤区绿地土壤主要呈中性，这与国内部分大中城市绿地土壤pH较高有所差异[32]。土壤有机质、速效钾、有效镁等养分含量整体充足，而土壤碱解氮、有效钙、有效磷和有效硫含量偏低，超出一半区域的绿地土壤碱解氮、有效钙、有效磷和有效硫含量不足，不能满足绿地植物正常生长需求。土壤碱解氮和有效磷的变异系数较大，不同区域绿地空间变异较大。2)奉贤区绿地土壤综合肥力为中等水平，公园绿地的土壤肥力质量显著优于道路绿地，这可能是由于不同绿地类型土壤养护管理不同，如道路绿地中枯枝落叶的清扫导致肥力成分流失，道路绿地较公园绿地土壤日常养护管理不足。土壤碱解氮、有效钙、有效镁和有效硫是奉贤区绿地土壤肥力的主要障碍因子。3)有机质与碱解氮和速效钾呈极显著正相关，而与有效磷和有效硫呈显著正相关。有效磷与速效钾呈显著正相关，有效钙与有效镁呈显著负相关。

从本次对上海奉贤区绿地土壤肥力特性的分析结果来看，若要改善奉贤区绿化景观效果，还需改善植物健康生长所需的土壤环境。加强奉贤区绿地土壤的日常养护和管理，根据土壤监测数据为施肥提供参考依据，有针对性地进行科学配方施肥，增施有机肥、合理施用氮磷肥、适当补充中量元素肥料是改善奉贤区绿地土壤肥力质量的有效措施。加强绿地土壤的表土翻耕，合理灌溉和排水，部分绿地可增加护栏或隔离带，防止人为严重践踏、破坏土壤结构而导致土壤质量退化。