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深圳城市綠地土壤質量狀況研究

[日期：2007-04-16] 來源：園林科技作者：史正軍盧瑛鐘曉陸少雁劉振良發表評論(0)打印

　史正軍1 盧瑛2 鐘曉1 陸少雁1 劉振良1
　(1.深圳市園林科學研究所518003 2.華南農業大學資源與環境學院510642)
　

摘要　通過實地調查、土壤樣品采集和實驗室分析、GIS技術的應用，系統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、有機質、陽離子交換量、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量主要指標分布狀況專題圖，評價了深圳市城市綠地土壤肥力質量和環境質量，揭示了深圳市城市綠地土壤存在的主要問題。

　　關鍵詞　深圳；城市綠地；土壤質量

　　城市綠地土壤是城市園林植物生長的介質和養分的供給者，是城市環境污染物的凈化器，與城市生態環境質量和人類健康密切相關。由于人為活動的強烈影響，其性質不同于一般的自然土壤，土壤的物理、化學和生物學性質發生了顯著的改變，城市化進程中的各種不利因素，如建筑、人為活動等改變了土壤的理化性質，使土壤質量退化，養分狀況惡化，不適宜于植物生長。長期以來，土壤質量調查評估及改良研究主要集中在農林土壤上，而對城市綠地土壤研究不多。本調查通過研究深圳市中心城區的主要公園綠地、道路綠化帶、住宅區綠地、單位附屬綠地和風景名勝區綠地土壤的肥力質量和環境質量，探明影響深圳城市綠化植被生長因素中的土壤因子狀況，將GIS技術應用到城市綠地土壤研究，并繪制土壤養分狀況的專題圖。提出土壤改良與治理的具體措施和建議。研究結果對提高深圳城市綠化水平、保護和治理城市生態環境提供了科學依據。

1　調查研究方法

1．1　樣品采集與測定

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

1．2　數據處理與評價方法

　　所得數據平均值、標準差、相關分析等處理均采用SAS統計軟件和Microsoft Excel軟件完成。重金屬污染分別采用單因子污染指數法和綜合污染指數法評價。

1．3　圖形的掃描、數字化、配準及數據庫的建立

　　采用GIS技術，以深圳市土地利用現狀圖為工作底圖，以此作為主要信息源進行城市綠化信息的提取。進行圖形數字化；對各種空間數據庫和屬性數據庫進行分類、編碼、輸入和編輯，建立城市綠地土壤養分綜合評價分析數據庫。

2　調查結果與評價

2． 1　土壤物理性質

　　土壤質地反映了土壤不同粒級的顆粒組成情況，是土壤的一項重要屬性，在評價土壤質量，特別是評價土壤肥力時，質地往往是首選的指標之一。由圖2可見，深圳城市綠地土壤質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，是反映土壤性質和肥力的重要指標。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，蓄水和通氣性能差，不利于植物的生長發育；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。土壤滲透性對降水進入土壤及在土壤中的貯存，以及對地表徑流的產生有重要影響。本研究表明，深圳城市綠地表層土壤滲透系數低，K10℃和K25℃平均分別為0．48和0．70mm／min，這嚴重制約土壤涵養水源的功能，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，對礦物質的風化、鹽基淋溶、養分形態轉化等有一系列深刻的影響。它直接影響到土壤中養分元素的存在形態和對植物的有效性，也影響到土壤中微生物的數量、組成和活性，從而影響到土壤中養分元素的轉化。眾多研究表明，城市綠地土壤一般較自然土壤和農業土壤pH偏高，本研究分析結果表明（見圖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，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；水泥風化向土壤中釋放Ca；土壤中碳酸鹽與碳酸反應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　土壤有機質

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

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

2．4 土壤陽離子交換量

　　陽離子交換量(CEC)的大小是衡量土壤保肥能力的主要指標，是判斷土壤肥力和合理施肥的重要依據之一。一般認為CEC低于10 cmol（+）／kg的土壤保肥能力差，土壤肥力低。分析結果表明，深圳城市綠地表土（0～20 cm）陽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，可見深圳城市綠地土壤保肥能力差，土壤肥力低。

2．5 土壤養分狀況

　　調查發現，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土壤中有機質、全氮、堿解氮顯著高于20～40 cm土壤。

2.6 城市化進程對土壤養分狀況的影響

　　城市化過程對土壤養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，結果表明(見表3)深圳城市綠地土壤有機質普遍低于深圳山地土壤和農業土壤，說明城市化進程導致土壤有機質含量下降，也導致了土壤肥力的下降。在氮、磷等養分儲量方面，城市綠地土壤不僅普遍低于農業土壤，也低于山地土壤；農業土壤全氮、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，城市土壤在養分特性上具有空間變異明顯、層次性差、土壤有機質含量低、土壤養分元素多呈無規律分布、土壤向堿性方向發展等特點。本研究中，調查表明土壤有機質和氮養分表現出一定的層次性，這是長期種植、施肥、土壤改良的結果，表明在積極的人為干預加以改良后，可以逐步恢復其養分層次性分布；此外，本調查中不同土地利用類型的土壤養分特征也表現出一定的差異性，公園綠地土壤整體上優于道路綠地土壤。這與公園、道路綠地土壤本身的形成歷史有關，也與長期、積極的人為干預有著密切關系。在城市化過程中，由于綠地土壤可能存在著建成基礎差，即采用建筑過程中挖掘出土地深層未充分熟化、養分貧瘠的土壤或山地土壤進行填埋建植，或是土壤供植物生長消耗的養分大于人為補充的養分，或是土壤板結、土壤污染、酸堿失調等因素導致的土壤養分有效性下降，不僅需要科學合理的增施無機肥料，補充N、P、K等營養元素，也有必要通過增施有機肥或有機土壤改良劑。

2．7 土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cd含量及污染評價

　　過量的重金屬可以使土壤質量退化和功能喪失，降低供應植物生長能力和對入侵物的吸納消化能力，導致土壤生態系統的不穩定，導致城市生態環境的惡化；而且在人口密集地區，土壤重金屬可以通過攝食、皮膚吸收等途徑，對人和動物健康造成危害。

　　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價標準，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。以加拿大住宅區公園土壤質量標準，深圳城市綠地表層土壤的污染還沒有達到對環境和人體健康產生嚴重影響的程度。

3 小結

　　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，重礫質土壤占91％以上，表層土壤（0~20 cm）容重大，孔隙度小；土壤pH較自然土壤明顯增高，以微酸性和中性為主；土壤陽離子交換量低，土壤有機質處于較低的水平；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。一般認為城市土壤在養分特性上具有空間變異明顯、層次性差、土壤養分元素多呈無規律分布，但在本研究中，0～20 cm土壤中有機質、全氮、堿解氮顯著高于20～40 cm土壤。表明在積極的人為干預加以改良后，可以逐步恢復其養分層次性分布，改善土質，調節土壤理化和生物學特性，提高養分有效性，促進城市土壤生態系統的良性可持續發展。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有達到對環境和人體健康產生嚴重影響的程度。

參考文獻

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