史正軍1   盧   瑛2   鐘   曉1   陸少雁1   劉振良1
　(1.深圳市園林科學(xué)研究所518003   2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院510642)
　

    摘要　通過(guò)實(shí)地調(diào)查、土壤樣品采集和實(shí)驗(yàn)室分析、GIS技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)研究了深圳市城市綠地土壤理化特性，包括顆粒組成、容重、孔隙度、土壤滲透性、pH、有機(jī)質(zhì)、陽(yáng)離子交換量、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀等以及土壤重金屬含量，繪制了深圳市城市綠地土壤質(zhì)量主要指標(biāo)分布狀況專(zhuān)題圖，評(píng)價(jià)了深圳市城市綠地土壤肥力質(zhì)量和環(huán)境質(zhì)量，揭示了深圳市城市綠地土壤存在的主要問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞　深圳；城市綠地；土壤質(zhì)量

　　城市綠地土壤是城市園林植物生長(zhǎng)的介質(zhì)和養(yǎng)分的供給者，是城市環(huán)境污染物的凈化器，與城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和人類(lèi)健康密切相關(guān)。由于人為活動(dòng)的強(qiáng)烈影響，其性質(zhì)不同于一般的自然土壤，土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)發(fā)生了顯著的改變，城市化進(jìn)程中的各種不利因素，如建筑、人為活動(dòng)等改變了土壤的理化性質(zhì)，使土壤質(zhì)量退化，養(yǎng)分狀況惡化，不適宜于植物生長(zhǎng)。長(zhǎng)期以來(lái)，土壤質(zhì)量調(diào)查評(píng)估及改良研究主要集中在農(nóng)林土壤上，而對(duì)城市綠地土壤研究不多。本調(diào)查通過(guò)研究深圳市中心城區(qū)的主要公園綠地、道路綠化帶、住宅區(qū)綠地、單位附屬綠地和風(fēng)景名勝區(qū)綠地土壤的肥力質(zhì)量和環(huán)境質(zhì)量，探明影響深圳城市綠化植被生長(zhǎng)因素中的土壤因子狀況，將GIS技術(shù)應(yīng)用到城市綠地土壤研究，并繪制土壤養(yǎng)分狀況的專(zhuān)題圖。提出土壤改良與治理的具體措施和建議。研究結(jié)果對(duì)提高深圳城市綠化水平、保護(hù)和治理城市生態(tài)環(huán)境提供了科學(xué)依據(jù)。

1　調(diào)查研究方法

1．1　樣品采集與測(cè)定

　　選擇深圳市中心城區(qū)主要公園綠地、道路綠化帶、住宅區(qū)綠地、單位附屬綠地和風(fēng)景名勝區(qū)共143采樣單元，調(diào)查采樣分布點(diǎn)如圖1所示。用土鉆分別采集采樣單元0～20 cm和20～40 cm共283個(gè)土壤混合樣品(每個(gè)土壤樣品由5～6個(gè)樣點(diǎn)土壤混合而成)，其中0～20 cm土壤樣品143個(gè)，20～40 cm土壤樣品140個(gè)。測(cè)定全部0～20 cm、20～40 cm土壤的顆粒組成、pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀含量；測(cè)定部分0～20 cm土壤容重、孔隙度、水分滲透率、陽(yáng)離子交換量和重金屬Cu、Zn、Pb、Cd的含量。

1．2　數(shù)據(jù)處理與評(píng)價(jià)方法

　　所得數(shù)據(jù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、相關(guān)分析等處理均采用SAS統(tǒng)計(jì)軟件和Microsoft Excel軟件完成。重金屬污染分別采用單因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)。

1．3　圖形的掃描、數(shù)字化、配準(zhǔn)及數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

　　采用GIS技術(shù)，以深圳市土地利用現(xiàn)狀圖為工作底圖，以此作為主要信息源進(jìn)行城市綠化信息的提取。進(jìn)行圖形數(shù)字化；對(duì)各種空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分類(lèi)、編碼、輸入和編輯，建立城市綠地土壤養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)分析數(shù)據(jù)庫(kù)。

2　調(diào)查結(jié)果與評(píng)價(jià)

2． 1　土壤物理性質(zhì)

　　土壤質(zhì)地反映了土壤不同粒級(jí)的顆粒組成情況，是土壤的一項(xiàng)重要屬性，在評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量，特別是評(píng)價(jià)土壤肥力時(shí)，質(zhì)地往往是首選的指標(biāo)之一。由圖2可見(jiàn)，深圳城市綠地土壤質(zhì)地以砂壤和輕壤土為主；表層土壤(0～20cm)容重大，土壤孔隙度低，水分滲透性能差，非常不利于土壤保水、保肥。土壤容重、孔隙度、滲透性等指標(biāo)可以反映土壤松緊程度、孔隙狀況和土壤蓄水、透水、通氣性等性能，是反映土壤性質(zhì)和肥力的重要指標(biāo)。深圳城市綠地表層土壤容重大，平均1．55mg／m3，土壤孔隙度小，平均為39．68％(如表1所示)，表明土壤緊實(shí)，蓄水和通氣性能差，不利于植物的生長(zhǎng)發(fā)育；且影響降水和灌溉水的滲入和在土壤中的再分布，不利于土壤水貯存，導(dǎo)致地表水易形成地表徑流，增加城市防洪壓力。土壤滲透性對(duì)降水進(jìn)入土壤及在土壤中的貯存，以及對(duì)地表徑流的產(chǎn)生有重要影響。本研究表明，深圳城市綠地表層土壤滲透系數(shù)低，K10℃和K25℃平均分別為0．48和0．70mm／min，這嚴(yán)重制約土壤涵養(yǎng)水源的功能，不利于降雨的入滲，加劇城市地表徑流的形成。

2．2　土壤pH特性

　　pH是土壤重要的基本性質(zhì)，對(duì)礦物質(zhì)的風(fēng)化、鹽基淋溶、養(yǎng)分形態(tài)轉(zhuǎn)化等有一系列深刻的影響。它直接影響到土壤中養(yǎng)分元素的存在形態(tài)和對(duì)植物的有效性，也影響到土壤中微生物的數(shù)量、組成和活性，從而影響到土壤中養(yǎng)分元素的轉(zhuǎn)化。眾多研究表明，城市綠地土壤一般較自然土壤和農(nóng)業(yè)土壤pH偏高，本研究分析結(jié)果表明（見(jiàn)圖3），土壤pH基本上都在5．5以上，0～20 cm和20～40 cm土壤屬于中性（pH6．5～7．5）所占比例分別為64．6％和58．3％，屬于微酸性（pH 5．5～6．5）所占比例分別為34．0％和37．4％。而深圳市山地丘陵土壤普遍呈酸性反應(yīng)，其表層土壤的pH多在4．70～5．60之間，因此深圳城市綠地土壤pH較自然土壤明顯增高，且0～20 cm土壤比20～40 cm土壤增高更加顯著。這是由于城市土壤中常常混有建筑廢棄物、水泥、磚塊和其它堿性混合物等，其中的Ca向土壤中釋放；另外，有大量含碳酸鹽的灰塵的沉降；水泥風(fēng)化向土壤中釋放Ca；土壤中碳酸鹽與碳酸反應(yīng)形成重碳酸鹽等因素，使城市土壤pH與自然土壤差異明顯。

2．3　土壤有機(jī)質(zhì)

　　土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，是生物循環(huán)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在熱帶、亞熱帶地區(qū)，土壤有機(jī)質(zhì)在保持某些養(yǎng)分，避免淋溶損失方面較其它地區(qū)有著明顯的作用。有機(jī)質(zhì)在土壤養(yǎng)分特征中具有突出貢獻(xiàn)，與氮磷儲(chǔ)量及氮有效性具有密切關(guān)系。土壤的許多屬性都直接或間接地與有機(jī)質(zhì)存在有關(guān)，且土壤碳儲(chǔ)量影響全球環(huán)境變化。如圖4所示，深圳城市綠地表層（0～20 cm）土壤有機(jī)質(zhì)含量變幅為1．79～39．98 g／kg-1，平均15．66 g／kg-1；20～40 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量變幅為0．51～29．63 g／kg-1，平均6．75 g／kg-1，土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著低于深圳赤紅壤土壤有機(jī)質(zhì)平均含量23．6 g／kg，且0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)平均含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于20～40 cm土壤。根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查土壤肥力狀況分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，深圳城市綠地表層（0～20 cm）土壤有機(jī)質(zhì)含量處于中等偏下水平，20～40 cm土壤則處于極低水平。

　　從不同類(lèi)型綠地來(lái)看，0～20 cm土壤的有機(jī)質(zhì)平均含量，以風(fēng)景名勝區(qū)綠地最高，公園綠地次之，道路交通綠地和居住區(qū)綠地基本相似，單位附屬綠地最低。風(fēng)景名勝區(qū)綠地土壤的有機(jī)質(zhì)平均含量比單位附屬綠地高99．76％；20～40 cm土壤有機(jī)質(zhì)平均含量同樣以風(fēng)景名勝區(qū)綠地最高，公園綠地次之，居住區(qū)綠地和單位附屬綠地相差不大，道路交通綠地最低，風(fēng)景名勝區(qū)綠地土壤的有機(jī)質(zhì)平均含量比道路交通綠地高258．51％。

2．4   土壤陽(yáng)離子交換量

　　陽(yáng)離子交換量(CEC)的大小是衡量土壤保肥能力的主要指標(biāo)，是判斷土壤肥力和合理施肥的重要依據(jù)之一。一般認(rèn)為CEC低于10 cmol（+）／kg的土壤保肥能力差，土壤肥力低。分析結(jié)果表明，深圳城市綠地表土（0～20 cm）陽(yáng)離子交換量最高也只有8．91 cmol（+）／kg，最低為4．55 cmol（+）／kg，平均為6．63 cmol（+）／kg，可見(jiàn)深圳城市綠地土壤保肥能力差，土壤肥力低。

2．5   土壤養(yǎng)分狀況

　　調(diào)查發(fā)現(xiàn)，深圳市城市綠地土壤0～20 cm和20～40 cm土壤中，全N含量平均分別為0．58和0．36 g／kg-1，堿解氮平均分別為34．4和23．2 mg／kg-1，土壤氮素處于很低水平；全磷的含量平均分別為  0．25和0．19 g／kg-1，幾乎所有土壤全磷含量小于0．4 g／kg-1，處于很低水平；有效磷（Olsen～P）平均分別為13．6 mg/kg-1和10．6 mg／kg-1，處于中等水平；土壤全K含量平均分別為13.69 g/kg-1和13.43 g／kg-1，土壤速效鉀含量平均分別為144.5和121.0 mg／kg-1，土壤鉀素處于中等或以上水平。0～20 cm土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮顯著高于20～40 cm土壤。

2.6   城市化進(jìn)程對(duì)土壤養(yǎng)分狀況的影響

　　城市化過(guò)程對(duì)土壤養(yǎng)分狀況造成很大影響。本研究中，以深圳市公園綠地和街道綠化帶土壤為主要研究對(duì)象，與深圳市梧桐山、沙頭角、大頭嶺等自然山地林土壤和深圳市菜田土相比，結(jié)果表明(見(jiàn)表3)深圳城市綠地土壤有機(jī)質(zhì)普遍低于深圳山地土壤和農(nóng)業(yè)土壤，說(shuō)明城市化進(jìn)程導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量下降，也導(dǎo)致了土壤肥力的下降。在氮、磷等養(yǎng)分儲(chǔ)量方面，城市綠地土壤不僅普遍低于農(nóng)業(yè)土壤，也低于山地土壤；農(nóng)業(yè)土壤全氮、全磷、全鉀含量分別高出城市土壤的1000％～2000％，100％～200％和100％～200％。分析表明，城市土壤在養(yǎng)分特性上具有空間變異明顯、層次性差、土壤有機(jī)質(zhì)含量低、土壤養(yǎng)分元素多呈無(wú)規(guī)律分布、土壤向堿性方向發(fā)展等特點(diǎn)。本研究中，調(diào)查表明土壤有機(jī)質(zhì)和氮養(yǎng)分表現(xiàn)出一定的層次性，這是長(zhǎng)期種植、施肥、土壤改良的結(jié)果，表明在積極的人為干預(yù)加以改良后，可以逐步恢復(fù)其養(yǎng)分層次性分布；此外，本調(diào)查中不同土地利用類(lèi)型的土壤養(yǎng)分特征也表現(xiàn)出一定的差異性，公園綠地土壤整體上優(yōu)于道路綠地土壤。這與公園、道路綠地土壤本身的形成歷史有關(guān)，也與長(zhǎng)期、積極的人為干預(yù)有著密切關(guān)系。在城市化過(guò)程中，由于綠地土壤可能存在著建成基礎(chǔ)差，即采用建筑過(guò)程中挖掘出土地深層未充分熟化、養(yǎng)分貧瘠的土壤或山地土壤進(jìn)行填埋建植，或是土壤供植物生長(zhǎng)消耗的養(yǎng)分大于人為補(bǔ)充的養(yǎng)分，或是土壤板結(jié)、土壤污染、酸堿失調(diào)等因素導(dǎo)致的土壤養(yǎng)分有效性下降，不僅需要科學(xué)合理的增施無(wú)機(jī)肥料，補(bǔ)充N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素，也有必要通過(guò)增施有機(jī)肥或有機(jī)土壤改良劑。

2．7   土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cd含量及污染評(píng)價(jià)

　　過(guò)量的重金屬可以使土壤質(zhì)量退化和功能喪失，降低供應(yīng)植物生長(zhǎng)能力和對(duì)入侵物的吸納消化能力，導(dǎo)致土壤生態(tài)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，導(dǎo)致城市生態(tài)環(huán)境的惡化；而且在人口密集地區(qū)，土壤重金屬可以通過(guò)攝食、皮膚吸收等途徑，對(duì)人和動(dòng)物健康造成危害。

　　深圳城市綠地土壤受到一定程度的Zn、Cu、Pb、Cd污染(如表4所示)。以廣東省赤紅壤背景值作為土壤污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，土壤Zn屬于輕度污染，Cu屬于輕污染—中污染；Pb屬于中污染—重污染；Cd屬于重污染。以加拿大住宅區(qū)公園土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，深圳城市綠地表層土壤的污染還沒(méi)有達(dá)到對(duì)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響的程度。

3   小結(jié)

　　本研究表明，深圳城市綠地土壤以砂壤和輕壤土為主，土壤礫石含量高，重礫質(zhì)土壤占91％以上，表層土壤（0~20 cm）容重大，孔隙度��；土壤pH較自然土壤明顯增高，以微酸性和中性為主；土壤陽(yáng)離子交換量低，土壤有機(jī)質(zhì)處于較低的水平；土壤全氮、堿解氮和全磷處于很低水平，有效磷處于中等水平，土壤全鉀、速效鉀處于中等或以上水平。一般認(rèn)為城市土壤在養(yǎng)分特性上具有空間變異明顯、層次性差、土壤養(yǎng)分元素多呈無(wú)規(guī)律分布，但在本研究中，0～20 cm土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮顯著高于20～40 cm土壤。表明在積極的人為干預(yù)加以改良后，可以逐步恢復(fù)其養(yǎng)分層次性分布，改善土質(zhì)，調(diào)節(jié)土壤理化和生物學(xué)特性，提高養(yǎng)分有效性，促進(jìn)城市土壤生態(tài)系統(tǒng)的良性可持續(xù)發(fā)展。研究還表明，深圳城市綠地土壤受到一定程度的Zn、Cu、Pb、Cd污染，Zn屬于輕度污染，Cu屬于輕污染—中污染，Pb屬于中污染—重污染，Cd屬于重污染；但表層土壤的污染還沒(méi)有達(dá)到對(duì)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響的程度。

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