郑州市国际旅游度假区绿地土壤质量特征研究

伍海兵 欧阳三姓 薛苗苗 梁 晶*

土壤是植物赖以生存的基础，对植物的生长起着至关重要的作用，其质量直接决定植物的生长发育，并影响城市绿地生态功能的发挥。郑州国际旅游度假区作为河南文旅新名片、中原文旅新地标，绿地质量对整个度假区的生态环境起着重要作用。以郑州市国际旅游度假区道路绿地和苗圃地土壤为研究对象，通过野外调查，分析郑州市国际旅游度假区绿地土壤理化性质特征，各理化性质相关性及不同绿地类型土壤差异性。结果表明：郑州市国际旅游度假区绿地土壤pH值较高，土壤EC值和有机质含量极低，有效磷和水解性氮较低，速效钾丰富，土壤质地相对较好，而土壤容重高，压实严重，土壤总孔隙度、田间持水量和入渗率均较低。土壤EC值与水解性氮、有效磷达到了极显著正相关（P＜0.01）；土壤容重、田间持水量、总孔隙度之间均达到了极显著相关（P＜0.01）。不同绿地类型土壤的差异性主要体现在道路绿地土壤速效养分及粘粒含量显著高于苗圃地土壤（P＜0.01），而其他理化性质差异不明显。综上，郑州市国际旅游度假区绿地土壤质量较差，宜加强土壤改良，改善绿地植物的地下生长环境，从而提升国际旅游度假区景观效果和生态功能。

绿地；土壤质量；差异性分析；郑州国际旅游度假区

城市绿地土壤是城市生态系统的重要组成部分，土壤作为城市绿化植物的生长介质，其质量不仅直接影响植物生长，也直接影响城市地表径流、城市洪涝和雨洪利用效果[1-2]，对维持良好的城市生态环境和可持续发展具有重要作用[3]。在城市化背景下，绿地土壤很大程度上体现了城市土壤的一般特征，如人为活动影响导致城市绿地土壤出现显著的空间变异性[4]，土壤结构和剖面发育层次混乱，人为附加物增多、土壤紧实变性、通透性差，养分循环和土壤生物活性受扰动以及高度的污染等特性[5]。随着城市化进程的加速发展以及居民生活水平和环境意识的不断提升，城市生态环境质量越来越引人关注。20世纪90年代，土壤管理和可持续利用已在国际上越来越受重视[6]。近年来，国内有关城市绿地土壤质量的研究也越来越受到重视[7-8]。提高城市绿地的数量和质量已成为改善城市生态环境最重要的途径，而对绿地土壤的利用、管理和改良则被认为是关系城市绿地建设成功与否的关键问题[9]。大量研究表明，城市绿地土壤理化性质退化会直接影响城市绿地植物的正常生长[10-11]。

郑州国际旅游度假区位于郑州市新密市，是河南文旅新名片、中原文旅新地标，其区域内的绿地不仅承担了整个景区的自然景观风光，满足游客游憩需求，也是削弱城市环境负效应、调节城市生态平衡的重要场所[12]，而绿地土壤质量直接决定度假区绿地功能的发挥。有关郑州国际旅游度假区绿地土壤质量研究未见报道，有少量的研究也是针对郑州市农田土壤的重金属污染研究[13-14]。而度假区在绿地建设过程中，其土壤来源复杂，土体层次混乱，土层中经常掺入底层僵土或生土，以及大量的砾石和建筑垃圾等；另外，在建设过程中大量的机械被用于绿化施工中，再加上景区人口密度大，绿地建成后遭到人为的践踏，绿地土壤压实现象较普遍，度假区内部分植物长势不佳甚至死亡，直接影响度假区整体的景观效果。因此，为提高度假区绿地质量，开展度假区绿地土壤质量研究具有重要意义。本研究以郑州国际旅游度假区道路绿地和苗圃地两类绿地土壤为典型案例，对其土壤基本理化性质进行了调查研究，分析度假区绿地土壤质量特征分布规律，探讨土壤各化学性质和物理性质的相关性，分析不同绿地类型土壤质量特性的差异性，以期为旅游度假区绿地土壤质量提升和绿地的综合管理提供技术支撑，提高度假区绿地土壤质量和绿地生态功能的发挥，为城市生态环境提升提供数据支撑。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

郑州地处华北平原南部、黄河下游，居河南省中部偏北（东经112°42′—114°14′，北纬34°16′—34°58′），属北温带大陆性季风气候，2020全年平均气温15.6℃，平均降雨量542.15 mm，无霜期209天，全年日照时间约1 869.7 h。

1.2 研究方法

1.2.1 样品采集和处理

本研究以郑州市国际旅游度假区的道路绿地和苗圃地两类典型绿地为研究对象，其中道路绿地选取了16个样点，苗圃地选取了12个样地，共采集28个样点，采集0～30 cm的表层土壤，每个土壤样点均由8个样点混合取样组成。

1.2.2 测定项目及方法

土壤pH值采用电位法；土壤EC值采用电导率法；土壤有机质采用重铬酸钾氧化 — 外加热法；土壤水解性氮采用碱解 — 扩散法；土壤有效磷采用碳酸氢钠浸提法；土壤速效钾采用乙酸铵浸提 — 火焰光度法；土壤容重、田间持水量及总孔隙度采用环刀法测定；土壤机械组成采用密度计法。具体的分析方法参照《森林土壤分析方法》[15]。

1.2.3 数据分析

采用Excel2007和SPSS17.0软件对数据进行统计分析；采用单因素方差分析（one-way ANOVA）和LSD 法进行方差分析和多重比较（α=0.05）；采用Pearson法进行相关分析。

2 结果与分析

2.1 国际旅游度假区绿地土壤理化特性

2.1.1 土壤化学特性

土壤pH值高低是土壤许多化学性质的综合反映，pH直接影响到土壤中养分元素的存在形态以及土壤中动植物的群落特征[16]。郑州国际旅游度假区绿地土壤pH值变化范围为8.60～8.94（表1），均值为8.76，土壤pH值高于《绿化种植土壤》[17]的最大限值要求（＜8.3），变异系数较小，为0.01，各绿地土壤pH值空间变异较小。

土壤电导率（EC）通常作为土壤盐渍化程度高低的指标，用EC值所反映的离子总量可作为土壤肥力的一个综合性参考指标[18]。郑州国际旅游度假区绿地土壤EC值变化范围为0.04 ～ 0.08 mS·cm-1，均值仅为0.06 mS·cm-1（表1），所有样点土壤EC值均低于《绿化种植土壤》的最低限值要求（＞0.15 mS·cm-1），EC值变异系数为0.19。由此可见，郑州国际旅游度假区绿地土壤中可溶性养分离子含量普遍较低，土壤中可供植物吸收的养分含量较低。

表1 土壤基本化学性质（n=28）

郑州国际旅游度假区绿地土壤有机质变化范围为2.93～17.37 g·kg-1，均值仅为7.09 g·kg-1，远低于《绿化种植土壤》标准要求的最低限值要求（＞20 g·kg-1），土壤有机质含量也极低。

郑州国际旅游度假区绿地土壤水解性氮和有效磷含量较低，均低于标准《绿化种植土壤》最低限值要求，而土壤速效钾较丰富，变化范围为50.12～115.16 mg·kg-1，这可能与郑州市土壤类型富钾有较大关系[19-20]。土壤水解性氮、有效磷和速效钾的变异系数均较大，尤其是水解性氮，高达0.77，由此可见不同区域绿地土壤的速效养分空间变异较大。

2.1.2 土壤物理特性

郑州国际旅游度假区绿地土壤物理特性见表2，从中可以得知，土壤粉砂粒含量占比最高，均值为51.41%，其次为砂粒和粘粒含量，均值分别为26.93%和21.67%。根据美国制土壤质地划分标准，主要有粉（砂）质壤土、壤土、粘壤土、粉（砂）质粘壤土和砂质壤土5种质地类型，其中，以粉（砂）质壤土为主（图1），占59.26%；其次是壤土和粘壤土，分别占22.22%和11.11%；粉（砂）质粘壤土和砂质壤土最少，均占3.7%。

1. 土壤质地类型频率分布（n=28）

土壤容重的大小可以反映土壤的压实程度[21]，通常认为适于植物生长的表层土壤容重小于1.3 Mg·m-3，当容重达到1.4 Mg·m-3时可限制植物根系生长，若土壤容重超过1.6 Mg·m-3时则会严重影响植物根系的生长[22]，甚至导致植物死亡。表2显示该区域绿地土壤容重偏高，变化范围为1.34～1.65 Mg·m-3，均值为1.51 Mg·m-3，说明郑州国际旅游度假区绿地土壤压实度严重，这与当前城市绿地土壤普遍存在压实现象一致[23]。

土壤水分是植物生长的物质基础[24]，其中，土壤田间持水量可间接反映土壤中有效水含量，从表2可以得知，郑州该区域绿地土壤田间持水量偏低，变化范围为196.16～325.41 g·kg-1，均值仅为251.78 g·kg-1，郑州国际旅游度假区绿地土壤对水分的涵养能力较差。

表2 土壤基本物理性质（n=28）

土壤孔隙度是评价土壤贮水能力及肥力特征的重要因素之一[25]，一般适于植物生长的土壤总孔隙度为50%～56%，郑州国际旅游度假区绿地土壤总孔隙度偏低，变化范围为36.0%～47.5%，均值仅为42.82%，且土壤总孔隙度变异系数较低（0.09），说明郑州国际旅游度假区绿地土壤总孔隙度偏低普遍存在。

土壤入渗率直接影响地表径流和对土壤水分的补给，是评价土壤水分调节能力的重要指标之一[26]。郑州国际旅游度假区绿地土壤入渗率变化较大，变化范围为0.60～62.1 mm·h-1，均值为10.73 mm·h-1，整体偏低，而变异系数高达1.45，说明不同绿地土壤入渗率空间变异大。

2.2 土壤理化性质相关性分析

2.2.1 土壤化学性质相关性分析

郑州国际旅游度假区绿地土壤各化学性质存在一定的相关性（表3），其中土壤EC值与水解性氮、有效磷达到了极显著正相关（P＜0.01），相关系数分别达0.693和0.608；土壤水解性氮和有效磷达到了显著正相关（P＜0.05），相关系数为0.543。而土壤pH值与土壤有机质达到了显著负相关（P＜0.05），与速效钾达到了显著正相关（P＜0.05）。

表3 土壤化学性质相关性分析

2.2.2 土壤物理性质相关性分析

郑州国际旅游度假区绿地土壤各物理性质存在一定的相关性（表4），其中土壤砂粒与粉砂粒达到了极显著负相关（P＜0.01），相关系数高达0.741；土壤容重与田间持水量、总孔隙度达到了极显著负相关（P＜0.01），相关系数分别为0.897和0.686；土壤田间持水量与总孔隙度达到了极显著正相关（P＜0.01），相关系数高达0.900；而粘粒含量及入渗率与各物理指标相关性不明显。

表4 土壤物理性质相关性分析

2.3 不同类型绿地土壤质量差异性

2.3.1 不同类型绿地土壤化学特性差异性

郑州国际旅游度假区不同类型绿地土壤化学性质存在一定差异性（表5），其中道路绿地土壤水解性氮、有效磷及速效钾含量显著高于苗圃地土壤，高出比例分别为128.1%、96.2%和32.5%，并且差异性达到了极显著水平（P＜0.01）；而两类土壤pH值、EC值和有机质含量差异不明显（P＞0.05），但苗圃地土壤有机质高于道路绿地土壤，高出比例达63.6%；道路绿地土壤pH值略高于苗圃地土壤。由此可见，道路绿地的速效养分显著优于苗圃地土壤，但pH值及有机质与苗圃地相比较差。

表5 不同绿地类型土壤化学性质差异性分析

2.3.2 不同类型绿地土壤物理特性差异性

郑州国际旅游度假区不同类型绿地土壤物理性质存在一定差异性（表6），主要体现在道路绿地土壤粘粒含量显著高于苗圃地土壤，高出比例达69.6%，且差异性达到了极显著水平，由此可见道路绿地土壤质地较苗圃地土壤黏重；两种绿地类型土壤砂粒、粉砂粒、容重、田间持水量、总孔隙度及入渗率差异不明显（P＞0.05），但道路绿地土壤容重高于苗圃地土壤，即土壤道路绿地较苗圃地土壤压实严重，且田间持水量低于苗圃地土壤，而土壤总孔隙度和入渗率略优于苗圃地土壤。

表6 不同绿地类型土壤物理性质差异性分析

3 结论与讨论

城市绿地土壤由于受到人为活动影响较强烈，与自然土壤不同，城市绿地土壤一般表现出土层不规律、结构差、压实板结、土壤偏碱、养分匮乏等特性[27-28]。本研究表明郑州国际旅游度假区绿地土壤土壤质量较差，与国内部分大中城市绿地土壤出现碱化的趋势类似[29]，土壤pH值较高，高于《绿化种植土壤》标准的最高限值要求；土壤养分指标中除速效钾含量较丰富外，有机质、水解性氮、有效磷含量均偏低，不利于植物的正常生长。土壤质地整体相对较好，质地类型以壤土类为主，但也有少量土壤质地偏粘或偏砂；土壤容重较高，94%的样点土壤容重超过标准限值要求，最高达1.65 Mg·m-3，土壤压实严重，已严重影响植物根系生长。土壤田间持水量及总孔隙度整体均偏低，反映出土壤的水源涵养能力和保肥蓄水能力较弱。土壤入渗率普遍较差，土壤地表径流大，易导致水土流失。

郑州国际旅游度假区绿地土壤各化学性质和物理学性质之间存在一定相关性，化学性质主要体现土壤EC值与水解性氮、有效磷达到了极显著正相关（P＜0.01），由此可见，EC值可以间接反映土壤中水解性氮和有效磷含量。土壤砂粒与粉砂粒达到了极显著负相关（P＜0.01）；土壤容重、田间持水量、总孔隙度之间均达到了极显著相关（P＜0.01）；但土壤入渗率与其他各物理性质相关性不明显，这一方面可能是由于旅游度假区内绿地土壤复杂，不同绿地土壤入渗率与其他物理指标相比变化很大，变异系数高达1.45，另一方面入渗率受众多土壤因子共同影响[30]，而单一的土壤物理指标对其影响不明显，这与笔者研究上海城市绿地土壤结果一致[23]。

郑州国际旅游度假区不同绿地土壤理化性质存在差异性，其中道路绿地土壤速效养分含量显著高于苗圃地土壤（P＜0.01）；而两类土壤pH值、EC值和有机质含量差异不明显（P＞0.05），道路绿地土壤pH值略高于苗圃地土壤，这可能是道路中的水泥加剧了土壤的碱化所致，苗圃地土壤有机质含量高于道路绿地土壤，高出比例达63.6%，这主要是由于道路绿地中的枯枝落叶在养护过程中被清除，减少了土壤中有机质的供给。道路绿地土壤粘粒含量显著高于苗圃地土壤，其土壤质地较苗圃地土壤黏重，而其他物理指标差异不明显（P＞0.05），但道路绿地土壤容重高于苗圃地土壤，较苗圃地土壤压实严重，且田间持水量低于苗圃地土壤，其持水能力弱于苗圃地，而土壤总孔隙度和入渗率略优于苗圃地土壤。

综上所述，郑州国际旅游度假区绿地土壤化学性质整体较差，可能有两方面原因：（1）道路绿地的枯枝落叶清扫导致肥力成分的流失；（2）绿地土壤较之农业用地的养护不足，缺乏日常管理[19]。绿地土壤物理性质较差，则可能是由于人为践踏导致的土壤板结，已有研究证实压实是引起城市土壤物理性质退化的主要因素[31]。郑州国际旅游度假区绿地土壤理化性质的不佳，已直接影响到植物的正常生长甚至导致部分植物死亡。为此亟需有针对性地进行土壤改良，改善植物的地下生长环境，以提升国际旅游度假区的植物景观效果，建议施加一些酸性有机改良材料，如酸性有机介质、有机肥等，以降低土壤pH值，提升土壤有机质及速效养分含量，并添加一定量的土壤结构改良材料，调节土壤结构，以改善其土壤物理性质。同时要加强日常养护和管理，根据不同类型绿地土壤特性合理施肥，合理灌溉和排水，并注重表土翻耕，适当增加护栏或隔离带等措施防止人为践踏，防止土壤板结而导致土壤质量退化。土壤改良是一个系统综合的工程，从绿地规划设计到建成后的养护管理，环环相扣，持续不断，不仅要做到全面综合，也要因地制宜，抓住关键科学、有效地实施。