红运玉兰绿地土壤增效保肥与生态功能恢复研究

王洁 顾燕飞 侍昊

摘要：采用小区试验，针对上海闵行文化公园2个不同建设进度下红运玉兰及其他绿地生态系统4～11月的土壤增效保肥与生态功能恢复情况进行了对比。结果表明，已建设完工并开园接近一年、以红运玉兰为主要植被的二期绿地土壤在全氮（TN）、全量有机碳（TOC）、速效磷（AP）、速效钾（AK）的存储量上显著高于其他植被覆盖的三期土壤，最终存储量（11月）分别达到1.13 g/kg（TN）、21.98 g/kg（TOC）、61.62 g/kg（AP）、136.45 g/kg（AK）；受降雨等客观环境因素影响，除三期土壤速效磷、速效钾、全量有机碳部分月份有降低趋势外，其他各期各项指标均逐月提升，大部分达到显著水平；根据土壤肥力指标分级系统加权计算可知，统一养护后的二期土壤，已经从极低肥力水平恢复至高肥力水平，而正在建设的三期土壤仍处在较低肥力水平；8个月的土壤碳通量原位监测显示，在5～10月份，二期在土壤生态功能恢复上显著高于三期，这可能是由于其更加完善的人工植被系统和更加活跃的土壤生物区系导致的。

关键词：土壤增效保肥； 生态功能；红运玉兰绿地；闵行文化公园

中图分类号：S158.3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）14-3364-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.14.009

The Recovery of Soil Fertilization and Ecological Function in the

Green Space of Magnolia soulangeana cv. red

WANG Jie1，GU Yan-fei1，SHI Hao2

（1.Shanghai Gardening-landscaping Construction Co.Ltd.，Shanghai 200333，China；2. Jiangsu Environmental Monitoring，Nanjing 210036，China）

红运玉兰绿地土壤增效保肥与生态功能恢复研究

王 洁1，顾燕飞1，侍 昊2

（1.上海园林绿化建设有限公司，上海 200333；2.江苏省环境监测中心，南京 210036 ）

Abstract： The plot test had been introduced to monitoring the fertility changes and ecological functional recovery of two different construction schedule of Magnolia soulangeana cv.red and other green space ecosystem from April to November in Minhang cultural park， Shanghai. The results showed that， compared to the soil of the third stage， the final concentration （TN，TOC，AP，AK in November） in Second stage which had been end of construction and open for a year was improved significantly，the accumulation was 1.13，21.98，61.62，136.45 g/kg，respectively； affected by rainfall and the other objective factors， some fertility index （AP， AK， TOC） was falling in the third stage but the majority of them were improving significantly month by month； according to the classification indexes about soil fertility， it revealed that the soil fertility of the Second stage had been shift to high-fertility level from very poor level. The soil fertility of the third stage was stay on the poor phase. In-situ monitoring about Carbon flux（April to November） suggested that the degree of recovery about ecological functional in the second stage was increased significantly than the third stage between May to October， the more completed artificial vegetation and the active microflora lead to the above results， possibly.

Key words： soil fertilization； ecological function； green space of Magnolia soulangeana cv. red； Minhang cultural park

区域城镇化进展，往往伴随着过量的生产资源开发，因此导致各类严重的城市生态问题，土壤资源作为重要的城镇化发展生产要素，往往第一时间便遭到侵蚀和破坏[1]。道路、桥梁、地产等交通生活资料的更新更容易导致周边土壤肥力下降、结构破坏、从而使土壤失去在整个生态系统中重要的调节作用[2，3]。城市绿地是指以栽植树木花草来布置相关配套设施，并由绿色植物所覆盖，且赋予一定功能与用途的场地，世界范围内，城市绿地能够提供一系列生态系统服务，协同其他城市功能体改善区域生活质量，并在多样化利用土地、恢复生物多样性、提高土壤增效保肥能力等方面拥有巨大的优势[4，5]。城市绿地建设所用土壤在建设周期中大多经过了人为的强烈干扰，土壤性质恶化、营养瘠薄、阻碍植物生长因素频多，建成后极大地影响了绿化效果和绿地系统的质量和功能，因此必须配合完善的人工养护措施才能发挥其在生态环境调节中的重要作用[6，7]。

土壤各项养分指标是指示土壤肥力状况最直接的证据，与其他城市土壤类型相比，绿地系统作为城市系统的“绿肺”，其固持养分的能力是提高绿地辐射区域生物多样性、恢复土壤肥力等级的最关键潜力之一。绿地系统下土壤作用不仅体现在肥力的增效保持上，同时也是重要的生态环境功能承载体，在固碳释氧、提高区域湿度、抗污染、降低噪音等方面均具有重要作用[8]。

上海城市化推进率位居全国首位，20世纪70年代以来，土壤资源利用呈现快速蔓延的趋势。近十年，上海市政府大力新建城市绿地系统，其中包括城市公园、城市森林、绿色屋顶、社区花园等，覆盖率从1978年的8%升高至2014年的40%[9]。针对上海地区城市绿地系统的研究大部分集中在某一时间段土壤质量检测，短期时间内的防污降尘及其景观效应等方面，缺乏长时间、跨季度的土壤增效保肥动态特征及土壤生态功能恢复的报道[10-12]。本研究选取上海主城区已建成和正在建设的两片绿地生态系统，通过设立小区试验，对比探索不同植被覆盖下绿地生态系统在土壤增效保肥及功能调节方面的动态特征。此研究对了解城市绿地系统在区域土壤生态功能调节方面具有非常重要的积极意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况与试验设计

闵行绿地文化公园位于上海市吴中路和S20外环高速交接口（北纬31°10′04.7′′、东经121°21′37.4′′），向南衔接漕宝路，总占地面积83.44 hm2，其中绿化面积69.74 hm2，绿化率为83.6%。以吴中路为界分为南区、北区，南区占地面积65.09 hm2；北区占地面积18.35 hm2。闵行绿地文化公园施工面积大，工期长，因此分为1～4个区域分期施工，本研究选取已完工开园约一年的二期（2014年4月开园，主要植被为红运玉兰）及正在施工的三期（2014年4月施工开始，12月结束）进行探索对比（图1），并于2014年4月对目标园区土壤理化性质和人工植被引入情况做了背景值调查，结果如表1所示。按照网格布点法分别在二期和三期设立监测位点，样点均匀分布在各期覆盖范围内（各期均为9个），二期主要为红运玉兰覆盖下的人工土壤，三期主要为处在施工阶段的自然土壤，在预设采样点用水泥板分隔出1 m×1 m的正方形小区，插入土壤中20 cm深，表面露出20 cm高度。在小区中间置入口径为20 cm的PVC材质塑料空心圆管用于监测各月土壤碳通量（图1）。各个小区采用园区统一养护方式，每月初投入复合型肥料1 kg，分别于每月底用20 cm深土钻沿各个小区对角线方向采集3份表层土壤（0～20 cm），取混合样装袋并进行以下指标的分析，全氮（TN）、速效磷（AP）、速效钾（AK）、全量有机碳（TOC），于每月中旬进行土壤碳通量（CF）检测。

1.2 数据处理及分析

将土壤样品带回实验室，置于通风、阴凉、干燥的室内风干，过2 mm筛，移除砾石和植物残茬，再次过100目筛备用。土壤全量有机碳采用重铬酸钾氧化-外加热法测定；全氮采用重铬酸钾-硫酸消化法测定；速效磷采用碳酸氢钠法测定；速效钾采用原子吸收分光光度计法测定[13]；土壤碳通量利用LI-6400（LI-COR，USA）便携式光合作用仪进行原位测定[14]。

数据处理采用R语言Vegan软件包进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 土壤肥力指标

2.1.1 土壤全氮（TN）、全量有机碳（TOC） 土壤全氮（TN）及全量有机碳（TOC）含量是表征土壤肥力的重要指标。由图2和表2可知，通过统一的养护方式，二期、三期全氮含量逐月提升，最终涨幅分别达到240%和220%。但值得一提的是，已建设完成的二期在全量有机碳含量提升效果上更为显著，最终存储量达到（21.98±0.870） g/kg，相较4月含量提升了4倍左右，虽然采用了统一的养护方式，但正在建设的三期全量有机碳含量却一直稳定在4～5 g/kg并上下波动。完善的人工植被体系是导致这种情况的主要原因，具体分析如下：①红运玉兰及其他各类植物根系（草本、灌木、乔木）已定殖于土壤耕层，通过一系列生理活动，通过根系向外分泌次生代谢产物（低分子量有机酸、氨基酸等），而正在建设的绿地生态系统尚未引入人工植被体系，因此缺乏自身的有机碳产生及固持能力；②根系的生长在根圈范围内切割土壤，形成以团聚体结构为主的各粒径土块，不断营造出适生的物理条件，土壤生物数量逐渐增多（蚯蚓、线虫等）并在耕层范围内完成生命史，有机生命体的增多导致TOC含量逐渐增高，而未建成的三期尚缺乏条件[15]；③地上植被系统通过凋谢等生理活动，形成死地被物层（O层+A层），伴随降雨逐渐下渗，被分解者分解后形成结构复杂的腐殖质，从而增加了全碳含量[16]。

2.1.2 土壤速效磷（AP）、速效钾（AK） 速效养分（AP、AK）是植被能够直接吸收利用的重要养分指标，其含量的多少对植被的生长调节、土壤的增效保肥有关键的指示作用。由表2和图3可知，经园区统一方式养护后，正在施工的三期有效养分（AP和AK）呈现出先升高后降低再升高的趋势，降低趋势出现在7～9月。经过长达8个月的统一养护后，已建设完成的二期有效养分（AP和AK）逐月递增，截至采样结束的11月达到峰值。三期的有效养分存储量在大部分月份里均极显著低于二期（P<0.01）并且还伴随下降趋势，值得关注的是，在三期速效养分下降比较集中的7～9月，二期同比虽然逐渐增加，但是涨幅率却明显放缓。

造成以上结果的原因分析如下：①速效养分（AP、AK）不同于土壤全氮和全量有机碳，大部分不可以通过土壤生态系统进行合成（如固氮菌的固氮作用生成氮、有机生命体的分解作用产生有机碳等），因此更依赖于外界人工养护的营养摄入。大部分速效形态养分存在于土壤水溶液中，更容易受到降雨淋失作用的影响，二期土壤拥有更完善的土壤团聚体和孔隙结构，因此在降雨最为集中的6～9月，虽然升高缓慢，但并没有出现负增长[17]；②三期小区周边由于一直保持施工状态，缺乏健康的植被体系，同时不断施工产生的降尘等工业污染侵入土壤，破坏土壤孔隙结构、沙化土壤，因此极易受到降雨的影响，在7～9月出现速效养分的负增长。

2.2 土壤肥力分级

按照土壤肥力分级指标标准对闵行绿地文化公园二期、三期4～11月土壤进行加权分级，结果表明，经统一养护，已建设完成的二期从肥力极低状态（20分）恢复到高状态（80分），由于有机质加权比例较高（0.3），因此对二期肥力提高有着重要的贡献作用，这主要得益于二期已经逐渐完善的红运玉兰人工植被体系及良好的土壤根圈环境。三期从极低状态（20分）升高为低状态（45分），其原因主要归咎于上述两段的分析讨论。由此可见，虽然采用了相同的人工养护方式，但却出现了差异明显的结果，健康的绿地生态系统及良好的人工养护方式是发挥绿地土壤增效保肥能力的关键因素。综合得分公式为：S=∑Fi×Wi（i=1，2，3，4……，n），式中，S为土壤养分综合指数；Fi为第i个指标评分值；Wi为第i个指标权重。

2.3 土壤碳通量

土壤碳通量大小可以间接从侧面反映土壤生物（土壤动物和土壤微生物）活性，揭示其种群数量的变化，并且能够作为土壤碳蓄能力的重要指标之一[18，19]。采用原位监测的方法对二期和三期各个小区进行了碳通量水平检测。结果表明，二期和三期土壤碳通量均呈现出先升高后降低的趋势，同月相比，5～10月碳通量水平二期均显著高于三期，在7月达到最大差值，为2 μmol/（m2·s）。造成以上结果的原因分析如下：①土壤微生物活性是导致土壤碳通量变化的重要原因，微生物活性受水热条件影响较大，在气候较为适生的5～7月，土壤微生物大量繁殖，活性较高，因此碳通量水平逐渐提高，随着生命史的完成及温度的逐渐降低，在8～11月又陆续降低；②养分含量的逐渐提高、地上部植被系统的不断丰富、不断完善的土壤微团聚结构，创造出更适于土壤微生物生存繁衍的条件，种类与群落数量得到提高，因此在水热条件良好的5～7月，二期碳通量水平明显高于三期，并且在随后降低的过程中也始终高于三期。

3 小结与讨论

供试土壤初期肥力匮乏，经园区统一方法养护后，已建设开园以红运玉兰为主要植被的二期土壤全氮和有机碳含量逐月提高，在大部分月份里均显著高于三期土壤。施工中的三期土壤全氮含量稳步提升，但有机碳含量一直处在匮乏水平，在4～5 g/kg之间波动。受降雨等客观因素影响，二期土壤速效养分在保持逐月增长的同时，6～9月增速缓慢，三期土壤则在7～9月出现明显的负增长；土壤速效养分在各期绿地系统中以第一季度、第三季度涨幅最高。按照土壤肥力分级指标加权打分，经过8个月的统一养护后，供试土壤由最初的极低肥力（20分）变化为高肥力（二期）和低肥力（三期）。有机碳含量由于拥有较高的加权比例（0.3），是土壤增效保肥的最关键指标。

碳通量分析表明，在水热条件较好的5～7月，各期土壤碳通量均呈现显著的增高趋势，随即降低，5～10月二期土壤碳通量水平明显高于三期。虽然建成后的二期土壤质量（土壤肥力、土壤功能）恢复情况较三期效果更为显著，但在一些苗木集中地区，依然存在部分移栽植株长势不均的情况（部分玉兰属植物提前衰老凋谢），因此需要采用更加科学合理的人工养护措施，建立系统的土壤质量监测体系，及时调整使之适应移栽植物各个生长期的养分需求，完善一系列绿地公园配套设施（立体喷灌体系、测土培肥体系、开沟引渠措施等），才能更好地发挥闵行绿地文化公园在虹桥地区的生态调节作用。

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