园林废弃物覆盖对北京市林地土壤养分和团聚体的影响

刘景海，张　萍，吴春水，周　郁

(北京市林业工作总站，北京 100029)



园林废弃物覆盖对北京市林地土壤养分和团聚体的影响

刘景海，张萍，吴春水，周郁

(北京市林业工作总站，北京 100029)

[摘要]在北京市延庆县(现延庆区)和海淀区研究了园林废弃物覆盖对林地土壤养分和团聚体的影响，结果表明：园林废弃物覆盖2年后能够增加林下土壤的有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量，海淀区覆盖园林废弃物的效果优于延庆县；同时，覆盖也增加了延庆县和海淀区的土壤大团聚体数量，减少了延庆县的土壤侵蚀。因此，园林废弃物覆盖能有效增加林地土壤养分并且改善土壤结构。

园林废弃物是园林绿化过程中产生的有机废弃物，包括枯枝落叶和修剪下的树枝、叶片及杂草等[1]。随着我国城市绿化的快速发展，园林废弃物的产量逐年增加。传统的处理方法是填埋和焚烧，不仅污染环境，而且浪费资源。近年来，一些城市开始将园林废弃物粉碎后覆盖绿地[2]。覆盖不仅能够调节土壤温度，保持水分，增加养分[3]，还能够减少侵蚀，降低盐分，控制杂草，减少病虫害，提高树木成活率和生长量，吸滞与降解污染物，降低绿地维护成本[2]。

目前，国内关于园林废弃物覆盖对林下土壤影响的研究主要集中在水分和养分方面[4-5]，对土壤结构的关注较少。组成土壤结构的基本单元是土壤团聚体[5]。根据多级团聚理论，土壤的微团聚体(直径<0.25 mm)聚合形成大团聚体，大团聚体破碎形成小团聚体。大团聚体也称为土壤团粒结构体，其数量与土壤肥力成正相关[6]。作为土壤的重要组成部分，土壤团聚体的水稳定性与土壤可蚀性密切相关[7]。

我们以北京市延庆县(现延庆区)、海淀区的人工林为研究对象，分析园林废弃物粉碎覆盖对林下土壤养分和团聚体的影响，以期为城市森林建设中园林废弃物的处理提供科学依据。

1研究方法

2014年4月，分别在延庆县东大桥和海淀区东升八家郊野公园选择园林废弃物覆盖示范区人工林地采集土壤样品，并以各示范区附近的无覆盖林地为对照。其中，延庆县的示范区整体为杜仲、桧柏、槭树、油松等块状混交林，园林废弃物覆盖面积大约2 000 m2，厚度为5 cm，覆盖时间为2年；海淀区的示范区整体为刺槐、圆柏、丁香、栾树等混交林，园林废弃物覆盖面积在3 000 m2左右，厚度为8 cm，覆盖时间为2年。园林废弃物皆粉碎成1～5 cm的小段后覆盖。

试验所选小块样地呈纯林或混交状态，土壤按0～10、10～20和20～30 cm分层采样。土壤样品用自封袋带回实验室，在室内自然干燥后，一部分过20目筛，用碱解扩散法测定碱解氮含量，用钼蓝法测定速效磷含量，用火焰光度法测定速效钾含量；一部分过100目筛，用外加热-重铬酸钾容量法测定有机质含量。

分别用干筛法和湿筛法测定土壤微团聚体含量，计算水稳性团聚体含量和团聚体破坏率[7]。

2结果与分析

2.1土壤有机质含量

在延庆县，与对照相比，覆盖园林废弃物后，杜仲林下0～10 cm土层的土壤有机质含量增加44.08%，桧柏林下0～10和10～20 cm的土壤有机质含量分别增加13.45%和17.34%，槭树林下0～10 cm的土壤有机质含量增加27.32%，油松林下0～10和10～20 cm的土壤有机质含量分别增加81.43%和12.31%，4种覆盖园林废弃物的林地其余土层有机质含量与对照无显著差别(表1)。

在海淀区，与对照相比，覆盖园林废弃物后，圆柏林下0～10和10～20 cm土层的土壤有机质含量分别增加53.37%和65.19%，20～30 cm的土壤有机质含量无显著变化；刺槐林下0～10和10～20 cm的土壤有机质含量分别增加11.35%和26.11%，20～30 cm的土壤有机质含量无显著变化；刺槐-圆柏林下0～10、10～20和20～30 cm的土壤有机质含量分别增加24.75%、72.86%和79.36%；刺槐-圆柏-丁香林下0～10、10～20和20～30 cm的土壤有机质含量分别增加40.26%、55.90%和18.51%(表1)。

表1　不同林地的土壤有机质含量

注：不同小写字母标记表示同一列不同林地之间数据差异显著；刺-圆指刺槐-圆柏林，刺-圆-丁指刺槐-圆柏-丁香林，下同。

2.2土壤碱解氮含量

在延庆县，与对照相比，覆盖园林废弃物后，杜仲林下0～30 cm土层内土壤碱解氮含量没有显著变化，桧柏林下0～10和10～20 cm土层的土壤碱解氮含量分别增加37.31%和24.41%，槭树林下分别增加36.53%和16.83%，油松林下分别增加42.05%和37.24%，桧柏、槭树、油松林下20～30 cm的土壤碱解氮含量与对照无显著差别(表2)。

表2　不同林地的土壤碱解氮含量

在海淀区，与对照相比，覆盖园林废弃物后，圆柏林下0～10 cm土层的土壤碱解氮含量增加31.76%，10～20 cm的含量无显著变化，20～30 cm的含量降低12.50%；刺槐林下3个深度土层的土壤碱解氮含量分别增加40.85%、24.76%和25.00%；刺槐-圆柏林下0～10和10～20 cm的土壤碱解氮含量分别增加23.01%和35.02%，20～30 cm的含量无显著变化；刺槐-圆柏-丁香林下0～10和10～20 cm的土壤碱解氮含量分别增加13.58%和21.61%，20～30 cm的含量无显著变化(表2)。

2.3土壤速效磷含量

在延庆县，与对照相比，覆盖园林废弃物后杜仲林下3个层次的土壤速效磷含量分别增加120.95%、27.99%和79.15%，桧柏林下分别增加76.82%、22.49%和50.21%，槭树林下分别增加58.94%、12.20%和33.62%，油松林下分别增加117.60%、49.28%和136.60%(表3)。

表3　不同林地的土壤速效磷含量

在海淀区，与对照相比，覆盖园林废弃物后圆柏林下3个层次的土壤速效磷含量分别增加21.36%、61.09%和37.21%；刺槐林下0～10和10～20 cm的土壤速效磷含量分别增加18.73%和18.91%，20～30 cm的含量无显著变化；刺槐-圆柏林下3个层次的土壤速效磷含量分别增加22.54%、27.13%和101.55%；刺槐-圆柏-丁香林下3个层次的土壤速效磷含量分别增加46.82%、25.12%和79.84%(表3)。

2.4土壤速效钾含量

在延庆县，与对照相比，覆盖园林废弃物后杜仲林下0～10和10～20 cm土层的土壤速效钾含量分别增加18.69%和13.12%，桧柏林下分别增加18.49%和33.32%，槭树林下分别增加24.40%和23.82%，油松林下分别增加10.69%和20.71%，4种覆盖园林废弃物的林地20～30 cm土层的土壤速效钾含量与对照无显著差别(表4)。

在海淀区，与对照相比，覆盖园林废弃物后圆柏林下3个层次的土壤速效钾含量分别增加30.30%、12.12%和115.93%；刺槐林下10～20和20～30 cm的土壤速效钾含量分别增加36.36%和109.09%，0～10 cm的含量无显著变化；刺槐-圆柏林下3个层次的土壤速效钾含量分别增加44.32%、81.82%和100.00%；刺槐-圆柏-丁香林下10～20和20～30 cm的土壤速效钾含量分别增加15.15%和172.73%，0～10 cm的含量无显著变化(表4)。

表4　不同林地的土壤速效钾含量

2.5土壤团聚体含量

从表5可知，在干筛法中，与对照相比，延庆县覆盖园林废弃物的4种林下土壤表层0～20 cm中直径>0.25 mm的团聚体含量(R0.25)没有显著变化，但是杜仲、槭树和油松林下20～30 cm土层的R0.25分别增加14.71%、19.08%和19.65%。在湿筛法中，与对照相比，延庆县覆盖园林废弃物的4种林下土壤表层0～20 cm土层的R0.25没有显著变化，但是杜仲、槭树和油松林下20～30 cm土层的R0.25分别增加21.11%、40.45%和24.37%。湿筛处理下4种覆盖园林废弃物的林地水稳性团聚体的R0.25最高值为44.48%，远小于干筛处理下的最低值79.12%，说明其土壤团聚体大部分为非水稳性团聚体。

表5　不同林地直径>0.25 mm团聚体含量(R0.25)

从表5可知，在干筛法中，与对照相比，海淀区覆盖园林废弃物的圆柏林下0～10和20～30 cm土层的R0.25分别增加11.58%和18.50%，10～20 cm土层的R0.25没有显著变化；刺槐林下0～10和10～20 cm土层的R0.25分别增加11.39%和12.80%，20～30 cm土层的R0.25没有显著变化；刺槐-圆柏林下10～20 cm土层的R0.25增加10.73%，0～10和20～30 cm土层的R0.25没有显著变化；刺槐-圆柏-丁香林下10～20和20～30 cm土层的R0.25分别增加14.37%和11.85%，0～10 cm土层的R0.25没有显著变化。在湿筛法中，与对照相比，海淀区覆盖园林废弃物的圆柏林下0～10 cm土层的R0.25增加14.77%，刺槐林下0～10 cm土层的R0.25增加11.74%，刺槐-圆柏林下0～10 cm土层的R0.25没有显著变化，刺槐-圆柏-丁香林下0～10 cm土层的R0.25增加12.81%，4种覆盖园林废弃物的林地10～30 cm土层的R0.25均没有显著变化。湿筛处理下水稳性团聚体的R0.25最高为25.80%，远小于干筛处理下的最小值79.75%。

从表6可知，在0～10 cm土层，与对照相比，延庆县杜仲林下土壤的直径>2和0.25～0.5 mm的水稳性团聚体含量分别增加84.97%和10.68%；桧柏林下土壤的直径>2、1～2和0.5～1 mm的水稳性团聚体含量分别降低20.27%、25.10%、13.36%，而直径0.25～0.5 mm的水稳性团聚体含量增加48.06%；槭树林下直径0.5～1 mm的水稳性团聚体含量降低10.96%，而直径0.25～0.5 mm的水稳性团聚体含量增加58.74%；油松林下土壤的直径>2和1～2 mm 的水稳性团聚体含量分别降低71.48%和20.24%，而直径0.25～0.5 mm的水稳性团聚体含量增加74.27%。在10～20 cm土层，与对照相比，杜仲林下直径1～2和0.5～1 mm的水稳性团聚体含量分别增加14.04%和26.06%；桧柏林下直径>2 mm的水稳性团聚体含量增加44.08%，而其他3种直径的水稳性团聚体含量分别降低26.32%、21.82%和14.86%；槭树林下直径>2和1～2 mm的水稳性团聚体含量分别降低12.50%和15.79%；油松林下直径>2和1～2 mm的水稳性团聚体含量分别降低66.45%和26.32%，而直径0.25～0.5 mm的水稳性团聚体含量增加22.10%。在20～30 cm土层，与对照相比，杜仲林下直径>2、1～2和0.5～1 mm的水稳性团聚体含量分别降低25.81%、64.52%和28.57%；桧柏林下直径>2 mm的水稳性团聚体含量增加141.94%，而其他3个直径的水稳性团聚体含量则分别降低54.84%、35.24%和43.68%；槭树林下直径>2、0.5～1和0.25～0.5 mm的水稳性团聚体含量分别增加103.32%、40.95%和19.49%，而直径1～2 mm的水稳性团聚体含量降低72.58%；油松林下直径>2和1～2 mm的水稳性团聚体含量分别降低51.61%和56.45%，而直径0.5～1和0.25～0.5 mm的水稳性团聚体含量分别增加20.95%和17.69%。因此，覆盖园林废弃物显著增加了延庆县的杜仲林下表层0～10 cm、桧柏林下10～30 cm和槭树林下20～30 cm的直径>2 mm的水稳性团聚体含量。

表6　延庆县不同林下土壤水稳性团聚体含量

从表7可知，在0～10 cm土层，与对照相比，海淀区圆柏林下直径>2、1～2和0.5～1 mm的水稳性团聚体含量分别增加53.42%、106.25%和33.08%，而直径0.25～0.5 mm的水稳性团聚体含量降低10.09%；刺槐林下直径>2 mm的水稳性团聚体含量降低52.05%，而直径1～2、0.5～1和0.25～0.5 mm的水稳性团聚体含量分别增加18.75%、26.15%和19.57%；刺槐-圆柏林下直径>2和1～2 mm的水稳性团聚体含量分别增加12.33%和59.38%，而直径0.5～1 mm的水稳性团聚体含量降低16.15%；刺槐-圆柏-丁香林下直径>2和0.5～1 mm的水稳性团聚体含量分别降低28.77%和25.38%，而直径0.25～0.5 mm的水稳性团聚体含量增加38.30%。在10～20 cm土层，与对照相比，圆柏林下直径1～2和0.5～1 mm的水稳性团聚体含量分别降低31.67%和11.89%； 刺槐林下直径>2、1～2和0.5～1 mm的水稳性团聚体含量分别降低48.19%、35.00%和40.56%，而直径0.25～0.5 mm的水稳性团聚体含量增加40.19%； 刺槐-圆柏林下直径>2和0.5～1 mm的水稳性团聚体含量分别降低34.94%和13.99%，而直径0.25～0.5 mm的水稳性团聚体含量增加25.23%；刺槐-圆柏-丁香林下直径>2、1～2和0.5～1 mm的水稳性团聚体含量分别降低26.51%、41.67%和47.55%，而直径0.25～0.5 mm的水稳性团聚体含量增加52.80%。在20～30 cm土层，与对照相比，圆柏林下直径>2 mm的水稳性团聚体含量增加57.35%，而直径1～2和0.25～0.5 mm的水稳性团聚体含量分别降低10.12%和16.47%；刺槐林下直径>2和1～2 mm的水稳性团聚体含量分别增加25.49%和11.31%，而直径0.5～1和0.25～0.5 mm的水稳性团聚体含量分别降低16.71%和14.39%；刺槐-圆柏林下直径>2和1～2 mm的水稳性团聚体含量分别增加84.31%和38.10%，而直径0.5～1 mm的水稳性团聚体含量降低34.25%；刺槐-圆柏-丁香林下>2和1～2 mm的水稳性团聚体含量分别增加64.22%和25.00%，而直径0.5～1 mm的水稳性团聚体含量降低49.45%。因此，覆盖园林废弃物显著增加了海淀区的圆柏和刺槐-圆柏林下表层0～10 cm，以及4种林分下20～30 cm土壤的直径>2 mm的水稳性团聚体含量。

表7　海淀区不同林下土壤水稳性团聚体含量

从表8可知，与对照相比，延庆县的杜仲和槭树林下0～10 cm土层的团聚体破坏率分别降低15.45%和11.94%，10～30 cm土层的团聚体破坏率变化不显著；桧柏和油松林下土壤各层的团聚体破坏率变化均不显著。海淀区4种林下土壤各层的团聚体破坏率变化均不显著。

表8　不同林下土壤的团聚体破坏率

3讨论与结论

3.1园林废弃物覆盖对土壤养分的影响

目前国内关于覆盖对土壤养分的研究多以农田和果园为主。覆盖植物材料能够增加土壤养分，特别是增加有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量。例如，在北京顺义双青林场，覆盖生态垫(油棕果架纤维制品)3年后杨树林下0～5 cm土壤的全氮、碱解氮、硝态氮和速效钾含量显著增加[8]。

本研究表明：覆盖园林废弃物能够明显提高延庆县4种林下土壤0～10 cm土层的有机质含量，特别是油松林和杜仲林；能够明显提高海淀区4种林下土壤0～20 cm土层的有机质含量，特别是圆柏林、刺槐-圆柏林、刺槐-圆柏-丁香林。土壤有机质的提高主要来自覆盖的园林废弃物的分解；覆盖园林废弃物对海淀区的林下土壤效果更好，是因为海淀区样地的土壤表层有机质含量的本底值较高。

覆盖园林废弃物能够明显提高延庆县的桧柏林、槭树林和油松林下0～20 cm深土壤的碱解氮含量；能够明显提高海淀区的刺槐林、刺槐-圆柏林、刺槐-圆柏-丁香林下0～20 cm深土壤和圆柏林下表层0～10 cm深土壤的碱解氮含量。

覆盖园林废弃物能够明显提高延庆县4种林下的土壤速效磷含量，而且杜仲林和油松林土壤表层速效磷的改善效果较好；能够明显提高海淀区的圆柏林、刺槐-圆柏林和刺槐-圆柏-丁香林下0～30 cm深土壤的速效磷含量，但是只提高了刺槐林下0～20 cm深土壤的速效磷含量。另外，海淀区4种林下土壤的表层速效磷含量均高于延庆县的4种林分，这是因为海淀区的土壤表层速效磷含量的本底值较高。

覆盖园林废弃物后，明显提高了延庆县的杜仲林、桧柏林、槭树林和油松林下0～20 cm深土壤的速效钾含量，明显提高了海淀区的圆柏林和刺槐-圆柏林下0～30 cm深土壤的速效钾含量，也提高了刺槐林和刺槐-圆柏-丁香林下10～30 cm深土壤的速效钾含量。

本研究的结果与其他地区的类似。例如，覆盖植物废弃物能显著增加浦东新区杨树林带的土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和速效钾含量，覆盖量与这些土壤肥力指标成极显著正相关[3]。覆盖树皮和园林有机废弃物对重庆市的绿地土壤具有一定的增肥作用，包括有机质、碱解氮、速效磷和速效钾，且随着覆盖厚度的增加，其作用也随之增加[4]。

3.2园林废弃物覆盖对土壤团聚体的影响

目前国内关于覆盖对土壤团聚体的研究多以农田、果园等为主，这些研究表明，覆盖植物材料能够增加土壤养分和大团聚体数量，并且改善水稳性团聚体比例。例如，在河北栾城，覆盖增加了团聚体的稳定性；旋耕处理也有类似效果，但增幅较小[9]。

本研究表明：覆盖园林废弃物能够在一定程度上增加延庆县的杜仲林、桧柏林、槭树林和油松林下不同深度土壤的大团聚体数量和水稳性大团聚体数量。覆盖园林废弃物在一定程度上增加了海淀区的圆柏林、刺槐林、刺槐-圆柏林和刺槐-圆柏-丁香林下不同深度土壤的大团聚体数量和水稳性大团聚体数量。同时，覆盖园林废弃物降低了延庆县的杜仲林和槭树林下表层团聚体破坏率，改善了表层土壤结构，能够减缓土壤侵蚀。在延庆县上辛庄小流域，不同土地利用方式下土壤团聚体破坏率为玉米地>杏林>侧柏林>刺槐-酸枣-荆条混交林，林地土壤团聚体结构破坏率显著低于玉米地[7]。

总之，园林废弃物覆盖2年后增加了林下土壤的有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量，改善了土壤养分，且海淀区覆盖园林废弃物的效果优于延庆县。同时，覆盖也增加了两个示范区的土壤大团聚体数量，减少了延庆县的土壤侵蚀。因此，今后可以在全市范围内的林地大面积推广园林废弃物覆盖。

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(责任编辑徐素霞)

[基金项目]北京市财政专项

[中图分类号]S157；S714.6

[文献标识码]A

[文章编号]1000-0941(2016)06-0054-05

[作者简介]刘景海(1966—)，男，北京市人，高级工程师，学士，主要从事森林培育研究；通信作者张萍(1975—)，女，北京市人，高级工程师，硕士，主要从事城市森林生态研究。

[收稿日期]2015-04-25

[关键词]园林废弃物；土壤团聚体；土壤有机质；碱解氮；速效磷；速效钾；北京