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深圳城市绿地土壤质量状况研究

[日期：2007-04-16] 来源：园林科技作者：史正军卢瑛钟晓陆少雁刘振良发表评论(0)打印

　史正军1 卢瑛2 钟晓1 陆少雁1 刘振良1
　(1.深圳市园林科学研究所518003 2.华南农业大学资源与环境学院510642)
　

摘要　通过实地调查、土壤样品采集和实验室分析、GIS技术的应用，系统研究了深圳市城市绿地土壤理化特性，包括颗粒组成、容重、孔隙度、土壤渗透性、pH、有机质、阳离子交换量、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾等以及土壤重金属含量，绘制了深圳市城市绿地土壤质量主要指标分布状况专题图，评价了深圳市城市绿地土壤肥力质量和环境质量，揭示了深圳市城市绿地土壤存在的主要问题。

　　关键词　深圳；城市绿地；土壤质量

　　城市绿地土壤是城市园林植物生长的介质和养分的供给者，是城市环境污染物的净化器，与城市生态环境质量和人类健康密切相关。由于人为活动的强烈影响，其性质不同于一般的自然土壤，土壤的物理、化学和生物学性质发生了显著的改变，城市化进程中的各种不利因素，如建筑、人为活动等改变了土壤的理化性质，使土壤质量退化，养分状况恶化，不适宜于植物生长。长期以来，土壤质量调查评估及改良研究主要集中在农林土壤上，而对城市绿地土壤研究不多。本调查通过研究深圳市中心城区的主要公园绿地、道路绿化带、住宅区绿地、单位附属绿地和风景名胜区绿地土壤的肥力质量和环境质量，探明影响深圳城市绿化植被生长因素中的土壤因子状况，将GIS技术应用到城市绿地土壤研究，并绘制土壤养分状况的专题图。提出土壤改良与治理的具体措施和建议。研究结果对提高深圳城市绿化水平、保护和治理城市生态环境提供了科学依据。

1　调查研究方法

1．1　样品采集与测定

　　选择深圳市中心城区主要公园绿地、道路绿化带、住宅区绿地、单位附属绿地和风景名胜区共143采样单元，调查采样分布点如图1所示。用土钻分别采集采样单元0～20 cm和20～40 cm共283个土壤混合样品(每个土壤样品由5～6个样点土壤混合而成)，其中0～20 cm土壤样品143个，20～40 cm土壤样品140个。测定全部0～20 cm、20～40 cm土壤的颗粒组成、pH、有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾含量；测定部分0～20 cm土壤容重、孔隙度、水分渗透率、阳离子交换量和重金属Cu、Zn、Pb、Cd的含量。

1．2　数据处理与评价方法

　　所得数据平均值、标准差、相关分析等处理均采用SAS统计软件和Microsoft Excel软件完成。重金属污染分别采用单因子污染指数法和综合污染指数法评价。

1．3　图形的扫描、数字化、配准及数据库的建立

　　采用GIS技术，以深圳市土地利用现状图为工作底图，以此作为主要信息源进行城市绿化信息的提取。进行图形数字化；对各种空间数据库和属性数据库进行分类、编码、输入和编辑，建立城市绿地土壤养分综合评价分析数据库。

2　调查结果与评价

2． 1　土壤物理性质

　　土壤质地反映了土壤不同粒级的颗粒组成情况，是土壤的一项重要属性，在评价土壤质量，特别是评价土壤肥力时，质地往往是首选的指标之一。由图2可见，深圳城市绿地土壤质地以砂壤和轻壤土为主；表层土壤(0～20cm)容重大，土壤孔隙度低，水分渗透性能差，非常不利于土壤保水、保肥。土壤容重、孔隙度、渗透性等指标可以反映土壤松紧程度、孔隙状况和土壤蓄水、透水、通气性等性能，是反映土壤性质和肥力的重要指标。深圳城市绿地表层土壤容重大，平均1．55mg／m3，土壤孔隙度小，平均为39．68％(如表1所示)，表明土壤紧实，蓄水和通气性能差，不利于植物的生长发育；且影响降水和灌溉水的渗入和在土壤中的再分布，不利于土壤水贮存，导致地表水易形成地表径流，增加城市防洪压力。土壤渗透性对降水进入土壤及在土壤中的贮存，以及对地表径流的产生有重要影响。本研究表明，深圳城市绿地表层土壤渗透系数低，K10℃和K25℃平均分别为0．48和0．70mm／min，这严重制约土壤涵养水源的功能，不利于降雨的入渗，加剧城市地表径流的形成。

2．2　土壤pH特性

　　pH是土壤重要的基本性质，对矿物质的风化、盐基淋溶、养分形态转化等有一系列深刻的影响。它直接影响到土壤中养分元素的存在形态和对植物的有效性，也影响到土壤中微生物的数量、组成和活性，从而影响到土壤中养分元素的转化。众多研究表明，城市绿地土壤一般较自然土壤和农业土壤pH偏高，本研究分析结果表明（见图3），土壤pH基本上都在5．5以上，0～20 cm和20～40 cm土壤属于中性（pH6．5～7．5）所占比例分别为64．6％和58．3％，属于微酸性（pH 5．5～6．5）所占比例分别为34．0％和37．4％。而深圳市山地丘陵土壤普遍呈酸性反应，其表层土壤的pH多在4．70～5．60之间，因此深圳城市绿地土壤pH较自然土壤明显增高，且0～20 cm土壤比20～40 cm土壤增高更加显著。这是由于城市土壤中常常混有建筑废弃物、水泥、砖块和其它碱性混合物等，其中的Ca向土壤中释放；另外，有大量含碳酸盐的灰尘的沉降；水泥风化向土壤中释放Ca；土壤中碳酸盐与碳酸反应形成重碳酸盐等因素，使城市土壤pH与自然土壤差异明显。

2．3　土壤有机质

　　土壤有机质是土壤的重要组成部分，是生物循环中的一个重要环节，在热带、亚热带地区，土壤有机质在保持某些养分，避免淋溶损失方面较其它地区有着明显的作用。有机质在土壤养分特征中具有突出贡献，与氮磷储量及氮有效性具有密切关系。土壤的许多属性都直接或间接地与有机质存在有关，且土壤碳储量影响全球环境变化。如图4所示，深圳城市绿地表层（0～20 cm）土壤有机质含量变幅为1．79～39．98 g／kg-1，平均15．66 g／kg-1；20～40 cm土壤有机质含量变幅为0．51～29．63 g／kg-1，平均6．75 g／kg-1，土壤有机质含量显著低于深圳赤红壤土壤有机质平均含量23．6 g／kg，且0～20 cm土壤有机质平均含量远远高于20～40 cm土壤。根据全国第二次土壤普查土壤肥力状况分级标准，深圳城市绿地表层（0～20 cm）土壤有机质含量处于中等偏下水平，20～40 cm土壤则处于极低水平。

　　从不同类型绿地来看，0～20 cm土壤的有机质平均含量，以风景名胜区绿地最高，公园绿地次之，道路交通绿地和居住区绿地基本相似，单位附属绿地最低。风景名胜区绿地土壤的有机质平均含量比单位附属绿地高99．76％；20～40 cm土壤有机质平均含量同样以风景名胜区绿地最高，公园绿地次之，居住区绿地和单位附属绿地相差不大，道路交通绿地最低，风景名胜区绿地土壤的有机质平均含量比道路交通绿地高258．51％。

2．4 土壤阳离子交换量

　　阳离子交换量(CEC)的大小是衡量土壤保肥能力的主要指标，是判断土壤肥力和合理施肥的重要依据之一。一般认为CEC低于10 cmol（+）／kg的土壤保肥能力差，土壤肥力低。分析结果表明，深圳城市绿地表土（0～20 cm）阳离子交换量最高也只有8．91 cmol（+）／kg，最低为4．55 cmol（+）／kg，平均为6．63 cmol（+）／kg，可见深圳城市绿地土壤保肥能力差，土壤肥力低。

2．5 土壤养分状况

　　调查发现，深圳市城市绿地土壤0～20 cm和20～40 cm土壤中，全N含量平均分别为0．58和0．36 g／kg-1，碱解氮平均分别为34．4和23．2 mg／kg-1，土壤氮素处于很低水平；全磷的含量平均分别为 0．25和0．19 g／kg-1，几乎所有土壤全磷含量小于0．4 g／kg-1，处于很低水平；有效磷（Olsen～P）平均分别为13．6 mg/kg-1和10．6 mg／kg-1，处于中等水平；土壤全K含量平均分别为13.69 g/kg-1和13.43 g／kg-1，土壤速效钾含量平均分别为144.5和121.0 mg／kg-1，土壤钾素处于中等或以上水平。0～20 cm土壤中有机质、全氮、碱解氮显著高于20～40 cm土壤。

2.6 城市化进程对土壤养分状况的影响

　　城市化过程对土壤养分状况造成很大影响。本研究中，以深圳市公园绿地和街道绿化带土壤为主要研究对象，与深圳市梧桐山、沙头角、大头岭等自然山地林土壤和深圳市菜田土相比，结果表明(见表3)深圳城市绿地土壤有机质普遍低于深圳山地土壤和农业土壤，说明城市化进程导致土壤有机质含量下降，也导致了土壤肥力的下降。在氮、磷等养分储量方面，城市绿地土壤不仅普遍低于农业土壤，也低于山地土壤；农业土壤全氮、全磷、全钾含量分别高出城市土壤的1000％～2000％，100％～200％和100％～200％。分析表明，城市土壤在养分特性上具有空间变异明显、层次性差、土壤有机质含量低、土壤养分元素多呈无规律分布、土壤向碱性方向发展等特点。本研究中，调查表明土壤有机质和氮养分表现出一定的层次性，这是长期种植、施肥、土壤改良的结果，表明在积极的人为干预加以改良后，可以逐步恢复其养分层次性分布；此外，本调查中不同土地利用类型的土壤养分特征也表现出一定的差异性，公园绿地土壤整体上优于道路绿地土壤。这与公园、道路绿地土壤本身的形成历史有关，也与长期、积极的人为干预有着密切关系。在城市化过程中，由于绿地土壤可能存在着建成基础差，即采用建筑过程中挖掘出土地深层未充分熟化、养分贫瘠的土壤或山地土壤进行填埋建植，或是土壤供植物生长消耗的养分大于人为补充的养分，或是土壤板结、土壤污染、酸碱失调等因素导致的土壤养分有效性下降，不仅需要科学合理的增施无机肥料，补充N、P、K等营养元素，也有必要通过增施有机肥或有机土壤改良剂。

2．7 土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cd含量及污染评价

　　过量的重金属可以使土壤质量退化和功能丧失，降低供应植物生长能力和对入侵物的吸纳消化能力，导致土壤生态系统的不稳定，导致城市生态环境的恶化；而且在人口密集地区，土壤重金属可以通过摄食、皮肤吸收等途径，对人和动物健康造成危害。

　　深圳城市绿地土壤受到一定程度的Zn、Cu、Pb、Cd污染(如表4所示)。以广东省赤红壤背景值作为土壤污染评价标准，土壤Zn属于轻度污染，Cu属于轻污染—中污染；Pb属于中污染—重污染；Cd属于重污染。以加拿大住宅区公园土壤质量标准，深圳城市绿地表层土壤的污染还没有达到对环境和人体健康产生严重影响的程度。

3 小结

　　本研究表明，深圳城市绿地土壤以砂壤和轻壤土为主，土壤砾石含量高，重砾质土壤占91％以上，表层土壤（0~20 cm）容重大，孔隙度小；土壤pH较自然土壤明显增高，以微酸性和中性为主；土壤阳离子交换量低，土壤有机质处于较低的水平；土壤全氮、碱解氮和全磷处于很低水平，有效磷处于中等水平，土壤全钾、速效钾处于中等或以上水平。一般认为城市土壤在养分特性上具有空间变异明显、层次性差、土壤养分元素多呈无规律分布，但在本研究中，0～20 cm土壤中有机质、全氮、碱解氮显著高于20～40 cm土壤。表明在积极的人为干预加以改良后，可以逐步恢复其养分层次性分布，改善土质，调节土壤理化和生物学特性，提高养分有效性，促进城市土壤生态系统的良性可持续发展。研究还表明，深圳城市绿地土壤受到一定程度的Zn、Cu、Pb、Cd污染，Zn属于轻度污染，Cu属于轻污染—中污染，Pb属于中污染—重污染，Cd属于重污染；但表层土壤的污染还没有达到对环境和人体健康产生严重影响的程度。

参考文献

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