全 文 ：湖北省主要城市园林绿地土壤养分评价*
李志国1 摇 张过师1 摇 刘摇 毅1 摇 万开元1 摇 张润花2 摇 陈摇 防1**
( 1中国科学院武汉植物园水生植物与流域生态重点实验室, 武汉 430074; 2武汉市农业科学院蔬菜研究所, 武汉 430065)
摘摇 要摇 根据湖北城市地形,对 2 个山地城市(恩施、十堰)、3 个丘陵城市(荆门、襄樊、宜昌)
和 6 个平原城市(武汉、孝感、咸宁、荆州、随州、黄石)绿地土壤进行采样. 每个城市又按照 4
种不同利用类型,包括公园绿地、住宅区、事业单位(包括学校、医院、政府机关等)和交通主干
道绿地分别取样.结果表明: 湖北省主要城市绿地土壤 pH较自然土壤明显偏高,均值 7. 9;土
壤有机质(6. 8 g·kg-1)明显处于缺乏水平;有效 N、P、B含量处于较低水平;其他中微量元素
(Ca、Mg、S、Fe、Cu、Mn、Zn 和 B)有效态含量适中.土地利用方式对平原城市土壤养分含量影
响显著,住宅区绿地土壤 pH 显著高于公园、街道旁和事业单位,街道绿地微量元素 S、Cu、
Mn、Zn 有效态含量显著高于其他利用类型,公园绿地养分含量最低.不同地形城市土壤养分
含量存在显著差异,平原城市土壤有机质、铵态氮、有效 K、有效 P 和许多中微量养分元素
(Ca、Mg、S、Fe、Cu和 Mn)的含量显著高于丘陵城市.
关键词摇 城市绿地摇 土壤养分摇 湖北省摇 土壤养分管理
文章编号摇 1001-9332(2013)08-2159-07摇 中图分类号摇 X825摇 文献标识码摇 A
Assessment of soil nutrient status in urban green space of main cities in Hubei Province, Chi鄄
na. LI Zhi鄄guo1, ZHANG Guo鄄shi1, LIU Yi1, WAN Kai鄄yuan1, ZHANG Run鄄hua2, CHEN Fang1
( 1Key Laboratory of Aquatic Botany and Watershed Ecology, Wuhan Botanical Garden, Chinese
Academy of Sciences, Wuhan 430074, China; 2Vegetable Research Institute, Wuhan Academy of Ag鄄
ricultural Science, Wuhan 430065, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2013,24(8): 2159-2165.
Abstract: According to the topography of the cities in Hubei Province, soil samples were collected
from the urban green space in two mountainous cities (Enshi and Shiyan), three hilly cities (Jing鄄
men, Xiangfan and Yichang), and five plain cities ( Wuhan, Xiaogan, Xianning, Jingzhou,
Suizhou and Huangshi) . Within each city, subsoil samples were taken in accordance with four dif鄄
ferent types of land use, including park, residential, institutional ( school, hospital and govern鄄
ment, etc. ), and roadside. In the main cities in Hubei, the soil pH of urban green space was aver鄄
agely 7. 9, being obviously higher than that of natural soils, while the soil organic matter content
was rather low (6. 8 g·kg-1). The soil available N and P contents were at a low level, while the
soil available trace element (Ca, Mg, S, Fe, Cu, Mn, Zn and B) contents were moderate. Land
use type had significant effects on the soil nutrient contents in plain cities. The soil pH in the resi鄄
dential green space was significantly higher than that in the park, roadside and institutional green
space, while the contents of soil available trace elements (S, Cu, Mn and Zn) in roadside green
space were significantly higher than those of green space in the other land use types. Park green
space had the lowest soil nutrient contents. There existed significant differences in the soil nutrient
contents among the cities with different topography. The soil organic matter, NH4 鄄N, available K
and P, and Ca, Mg, S, Fe, Cu and Mn contents were significantly higher in plain cities than in
mountainous cities.
Key words: urban green space; soil nutrient; Hubei Province; soil nutrient management.
*国际植物营养研究所(IPNI)中国项目(Hubei鄄33 / 34)资助.
**通讯作者. E鄄mail: fchen@ ipni. ac. cn
2012鄄11鄄16 收稿,2013鄄06鄄09 接受.
摇 摇 城市绿地是城市建设中重要和必不可少的组成 部分,它不仅能够过滤有害物质、减少温室气体排
放、改善微域气候、降低噪音,还能够美化城市景观、
传播进步的城市文化.目前,我国许多城市都争先扩
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 8 月摇 第 24 卷摇 第 8 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Aug. 2013,24(8): 2159-2165
展城市空间内的绿地面积,提高城市绿地的质量,建
立“绿色冶或“低碳冶城市.然而,在一波又一波的“绿
色城市冶建设中,园林规划和建设机构已经发现,园
林植物很难形成预期的“花园冶景观,枯萎病和一些
植物移栽后死亡等问题已成为中国许多城市园林绿
化建设的瓶颈[1-4] .
城市土壤是影响城市绿化植物生长的重要因
子[5] .人类城建活动极大地改变了部分城市土壤的
结构,表土通常充满了各种侵入体,如石块、砖块、建
筑瓦砾和其他建筑材料等,显著影响土壤肥力和植
物生长.然而,迄今为止的相关研究对此问题并未达
成共识,不同地区的研究结果不同.如 Jim[6]在香港
的研究表明,三分之二城市土壤碱化,有机质、有效
N和 P含量极低,不能满足植物生长. White 和 Mc鄄
donnel[7]也发现,城市土壤的净 N 矿化率显著低于
农村土壤. Pouyat 等[8]报道,与郊区农田土壤相比,
城市土壤有足够的土壤速效养分(如 Ca、Mg、K 和
P),可以支持植物生长.南京城市土壤中全磷、有效
磷都比较高,供应很充足[1] .
湖北省位于中国中南部,是近年来中国城市发
展较快的省份,城市基础建设以及建城区绿化覆盖
面积逐步提高,希望通过山水园林城市的建设实施
环境创新,使城市生态环境得到明显改善[9] . 但长
期以来,针对湖北省城市土壤肥力状况的调查评估
缺乏.为此,本文对湖北省主要城市园林绿地土壤养
分进行调查分析,以期提供可靠的城市土壤养分数
据和信息,为湖北省城市发展与规划、土壤利用和管
理、城市生态环境的保护和治理提供理论依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
湖北省位于中国的中南部、长江中游,面积
18郾 59伊104 km2,处于中国地势第二级阶梯向第三级
阶梯过渡地带,地貌类型多样,山地、丘陵和平原兼
备.山地约占全省总面积 55. 5% ,丘陵占 24. 5% ,平
原湖区占 20% .年降水量 800 ~ 1600 mm.由于受地
形影响,神农架南部等地为全省多雨中心,江汉平原
在梅雨期较长的年份常发生洪涝灾害. 鄂西北山区
昼夜温差较大,年均气温在 15 ~ 22 益 [10] .湖北省是
中国人口数量较多的省区,根据《湖北省 2010 年第
六次全国人口普查主要数据公报》 [11],全省常住人
口为 5723 万.湖北历来为中国水陆交通运输枢纽.
根据规划目标,到“十二五冶末,湖北省高速公路将
超过 6000 km,届时将形成布局合理、衔接紧密、辐
射周边、畅达全国、便捷通畅、安全高效的“五纵五
横二环冶高速公路网络[10] .
1郾 2摇 土壤采集
根据 1 颐 5 万湖北省地形图和基于 SPOT 卫星
遥感影像(2010 年 8 月)解译的城市现状图,在系统
考虑城市地形和城市土壤利用方式的基础上,对湖
北省 11 个城市,包括 3 个山地城市(荆门、恩施和十
堰)、2 个丘陵城市(襄樊、宜昌)、6 个平原城市(武
汉、孝感、咸宁、荆州、随州、黄石)进行土壤肥力状
况的调查取样.依据土地利用类型,在每个城市中心
城区,应用 GPS定位对公园绿地、住宅区、事业单位
(包括学校、医院、政府机关等)和交通主干道绿地 4
类功能区进行随机取样. 其中,武汉城市交通主干
道、事业单位、公园绿地和住宅区分别采 15、12、9 和
9 个土样,共 45 个土样;其他 10 个城市的每类功能
区各采 9 个土样,共 10伊4伊9 = 360 个土样,合计 405
个土样.土壤样品采用土钻法采集,取样深度为 0 ~
20 cm. 每个土样均以 S 型布点法,按照一定间隔
(3 ~ 10 m),采集 8 个采样点的土壤,混合成一个代
表性土样.所有土壤样品均带回实验室,经风干、过
筛制备等处理后进行指标测定.
1郾 3摇 测定指标与分析方法
土壤 pH以水土比 1 颐 1 电位法测定;土壤有机
质含量用重铬酸钾容量法测定[12];有效态 K、P、
NO3 -、NH4 +、Ca、Mg、S、Fe、Cu、Mn、Zn和 B的测定采
用 ASI方法[13] .
数据采用 SPSS 11. 5 软件进行统计和方差
分析.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 湖北省主要城市园林绿地土壤有效养分含量
整体上看,湖北省城市土壤 pH 范围在 4. 9 ~
8郾 8,平均值为 7. 9(表 1),pH值<7. 5 的样本数仅占
总体样本的 8% ,土壤明显偏碱性.土壤有机质含量
在 0. 9 ~ 19. 4 g·kg-1,平均值仅为 6. 7 g·kg-1,显
著低于园林土壤有机质含量临界值 10 g·kg-1[14] .
对大量元素有效态 N、P、K而言,98%城市土壤
样本有效 N含量低于临界水平(50 mg·kg-1),特别
是 NH4 + 鄄N的平均值仅为 9. 8 mg·kg-1 . 土壤有效
P含量在1. 2 ~ 385. 8 mg · kg-1,均值为 36. 1
mg·kg-1,其中,18%的样品高于中等适宜水平(60
mg·kg-1),54%的样品低于有效 P的低水平临界值
(24 mg·kg-1),说明湖北省大部分城市土壤有效
P含量处于缺乏状态 . 湖北省主要城市土壤有效K
0612 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
表 1摇 湖北省主要城市土壤养分含量描述性统计结果
Table 1摇 Descriptive statistics of soil nutrient in main cities of Hubei Province (n=405)
土壤养分指标
Soil property
最小值
Minimum
最大值
Maximum
平均值
Mean
标准误
Standard
error
建议范围
Recommended
range[13]
pH 4. 8 8. 8 7. 9 0. 0 4. 0 ~ 6. 0
土壤有机质 SOM (g·kg-1) 0. 9 19. 4 6. 8 0. 1 >1. 0
NH4 + 鄄N (mg·kg-1) 0. 1 165. 8 9. 8 0. 7 50 ~ 100
NO3 - 鄄N (mg·kg-1) 0. 2 294. 0 20. 6 1. 4 50 ~ 100
有效 P Available P (mg·kg-1) 1. 2 385. 8 36. 1 2. 1 30 ~ 60
有效 K Available K (mg·kg-1) 33. 7 507. 3 124. 8 3. 4 78 ~ 156
有效 Ca Available Ca (mg·kg-1) 892. 4 6048. 5 2599. 3 45. 4 1000 ~ 3000
有效 Mg Available Mg (mg·kg-1) 26. 2 830. 8 232. 5 6. 7 100 ~ 500
有效 S Available S (mg·kg-1) 2. 0 146. 3 30. 8 1. 2 24 ~ 40
有效 Fe Available Fe (mg·kg-1) 5. 0 149. 7 32. 0 1. 0 10 ~ 50
有效 Cu Available Cu (mg·kg-1) 0. 4 57. 7 4. 4 0. 3 3. 0 ~ 4. 0
有效 Mn Available Mn (mg·kg-1) 1. 7 146. 4 23. 0 1. 0 10 ~ 50
有效 Zn Available Zn (mg·kg-1) 0. 9 43. 0 6. 5 0. 3 1. 5 ~ 10. 0
有效 B Available B (mg·kg-1) 0. 1 5. 3 0. 9 0. 1 0. 6 ~ 1. 0
含量在 33. 7 ~ 507. 3 mg · kg-1,均值为 124. 8
mg·kg-1,其中,76%的样品高于临界值78 mg·kg-1 .
关于城市土壤中量元素 Ca、Mg、S,其有效态含
量均值分别为 2599. 3、232. 5、30. 8 mg·kg-1,均未
表现缺乏,特别是有效 Ca含量,30%样本处于高量,
超出植物所需临界值上限(3000 mg·kg-1).微量元
素(Fe、Cu、Mn、Zn、B)有效态含量均值都处于适宜
范围,但是,从样品中 B 的频率分布可以看出,60%
的样本跌破最低临界值(0. 6 mg·kg-1),说明大多
数城市的土壤有效 B含量供应不足.
2郾 2摇 城市不同功能区园林绿地土壤有效养分含量
由表 2 可以看出,山地和丘陵城市中不同利用
方式因子的Wilks爷 姿的 P值都大于 0. 05,但平原城
市的参数值却明显低于 0. 05,说明山地和丘陵城市
功能区的划分对园林绿地土壤有效态养分没有显著
影响,但对平原城市影响显著.
摇 摇 进一步对平原城市 4 种土地利用类型之间的城
市土壤有效态养分含量进行多重比较. 由表3可以
表 2摇 山地、丘陵和平原城市不同土地利用方式变量检验
Table 2摇 Multivariate tests of different land use types in mountainous, hilly and plain cities
效应
Effect
n Wilks爷 姿值
Wilks爷 姿 value
F 假设 df
Hypothesis df
误差 df
Error df
P 观察到的幂
Observed power
山地 Mountain 108 0. 478a 0. 864 42 128 0. 702b 0. 823
丘陵 Hill 72 0. 431a 0. 887 42 113 0. 665b 0. 824
平原 Plain 225 0. 742a 1. 559 42 618 0. 015b 0. 998
a 精确统计量 Exact statistic; b 使用 alpha的计算结果=0. 05 Computed using alpha=0. 05.
表 3摇 平原城市不同土地利用类型园林绿地土壤养分指标多重比较
Table 3摇 Multiple comparison of different land use types on urban soil nutrient contents in plain cities (mean依SE)
土壤养分指标
Soil property
土地利用类型 Land use type
公园
Garden (n=54)
事业单位
Institution (n=57)
住宅区
Residential (n=54)
街道
Roadside (n=60)
pH 7. 6依0. 1b 7. 6依0. 1b 8. 0依0. 1a 7. 7依0. 1b
土壤有机质 SOM (g·kg-1) 6. 7依0. 4a 7. 0依0. 3a 7. 4依0. 5a 7. 3依0. 3a
NH4 + 鄄N (mg·kg-1) 12. 8依2. 4a 10. 8依1. 8a 9. 6依3. 2a 14. 0依2. 2a
NO3 - 鄄N (mg·kg-1) 23. 3依4. 1a 18. 3依3. 2a 18. 3依5. 5a 26. 1依3. 9a
有效 P Available P (mg·kg-1) 42. 7依6. 1a 31. 2依4. 7a 40. 1依8. 1a 35. 5依5. 7a
有效 K Available K (mg·kg-1) 120. 0依9. 0a 128. 6依7. 6a 131. 0依13. 0a 143. 7依9. 3a
有效 Ca Available Ca (mg·kg-1) 2493. 4依104. 1a 2455. 0依81. 2a 2824. 2依139. 3a 2817. 1依98. 1a
有效 Mg Available Mg (mg·kg-1) 256. 1依18. 0a 264. 3依14. 2a 255. 1依24. 0a 238. 0依17. 3a
有效 S Available S (mg·kg-1) 25. 7依2. 5b 33. 8依3. 2ab 29. 8依4. 2ab 39. 7依3. 0a
有效 Fe Available Fe (mg·kg-1) 36. 5依3. 0a 35. 5依2. 4a 29. 1依4. 1a 40. 4依2. 9a
有效 Cu Available Cu (mg·kg-1) 3. 7依0. 4b 4. 0依0. 5ab 4. 6依0. 7ab 5. 7依0. 5a
有效 Mn Available Mn (mg·kg-1) 21. 7依4. 0b 30. 2依2. 3ab 33. 1依3. 0a 32. 9依2. 8a
有效 Zn Available Zn (mg·kg-1) 5. 2依0. 7b 5. 8依0. 5ab 6. 4依0. 9ab 8. 1依0. 6a
有效 B Available B (mg·kg-1) 0. 67依0. 1a 0. 7依0. 1a 0. 7依0. 1a 0. 7依0. 1a
不同小写字母表示不同土地利用类型间差异显著(P<0. 05) Different small letters meant significant difference among different land use types at 0. 05
level.下同 The same below.
16128 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李志国等: 湖北省主要城市园林绿地土壤养分评价摇 摇 摇 摇 摇
表 4摇 不同地形城市园林绿地土壤养分指标多重比较
Table 4摇 Multiple comparison of different topography types on urban soil nutrient contents (mean依SE)
土壤养分指标
Soil property
地形 Topography
丘陵
Hill (n=72)
山地
Mountain (n=108)
平原
Plain (n=225)
pH 8. 0依0. 1a 8. 0依0. 1a 7. 8依0. 0b
土壤有机质 SOM (g·kg-1) 7. 6依0. 4a 5. 2依0. 3b 7. 0依0. 2a
NH4 + 鄄N (mg·kg-1) 8. 5依1. 7b 4. 5依0. 6c 13. 0依0. 8a
NO3 - 鄄N (mg·kg-1) 24. 4依3. 9a 16. 2依1. 7a 23. 7依2. 6a
有效 P Available P (mg·kg-1) 49. 5依5. 9a 33. 5依4. 0b 36. 5依3. 0b
有效 K Available K (mg·kg-1) 135. 7依7. 9a 99. 5依5. 1b 134. 6依5. 8a
有效 Ca Available Ca (mg·kg-1) 3047. 3依130. 2a 2115. 1依64. 2c 2836. 1依54. 0b
有效 Mg Available Mg (mg·kg-1) 274. 7依15. 0a 168. 8依13. 5b 271. 4依10. 1a
有效 S Available S (mg·kg-1) 31. 7依3. 1b 26. 37依1. 8b 35. 2依1. 8a
有效 Fe Available Fe (mg·kg-1) 26. 0依1. 8b 30. 3依1. 9b 38. 4依1. 9a
有效 Cu Available Cu (mg·kg-1) 3. 7依0. 2b 2. 8依0. 2c 4. 6依0. 3a
有效 Mn Available Mn (mg·kg-1) 16. 8依1. 6b 12. 0依1. 0c 34. 8依1. 7a
有效 Zn Available Zn (mg·kg-1) 5. 7依0. 5a 6. 6依0. 7 6. 7依0. 4a
有效 B Available B (mg·kg-1) 1. 3依0. 1a 0. 8依0. 1b 0. 6依0. 1b
看出,住宅区绿地土壤 pH 显著高于其他土地利用
类型,如公园、街道和事业单位(P<0. 05);对于城市
绿地土壤有机质和大量元素有效态 N、P和 K来说,
4 个功能区之间没有显著差异;从微量元素有效态
S、Cu、Mn、Zn来看,4 种土地利用类型之间差异显著
(P<0. 05),街道旁绿地养分含量显著高于其他土地
利用类型,公园绿地养分含量处于最低水平.
4 种不同利用类型城市园林绿地土壤 pH 在
7郾 6 ~ 8. 0,依据土壤养分丰缺分级标准[14],均属偏
碱性,其中,住宅区最高;土壤有机质含量都低于最
低临界值(1% );大量元素有效态 P 和 K 含量分别
为 31. 2 ~ 42. 7 mg · kg-1 和 120. 0 ~ 143郾 7
mg·kg-1,均未表现缺乏,但对有效 N 含量来说,不
管是 NH4 + 鄄N还是 NO3 - 鄄N,均显著低于最低临界值
(50 mg·kg-1);从中微量元素有效态 Ca、Mg、S、Fe、
Cu、Mn、Zn 和 B 含量来看,4 种土地利用方式下均
未表现缺乏.
2郾 3摇 不同地形城市园林绿地土壤有效养分含量
研究区不同地形城市绿地土壤有效养分含量之
间差异显著(P<0. 01,表 4).平原城市绿地土壤 pH
(7. 8)显著低于高山(8. 0)和丘陵城市(8. 0). 除
NO3 - 鄄N和有效 Zn含量在不同地形城市之间没有显
著差异外,SOM、NH4 + 鄄N、有效 K、有效 P 和许多中
微量养分元素(Ca、Mg、S、Fe、Cu和 Mn)的含量都有
显著差异(P<0. 01),平原和丘陵城市显著高于山地
城市,其中,平原城市土壤 NH4 + 鄄N、K、Ca、Mg、S、Fe、
Cu 和 Mn含量为山地城市的近 1. 5 倍.
3 种不同地形城市园林绿地土壤 pH 在 7. 8 ~
8. 0,依据土壤养分丰缺分级标准[14],均属偏碱性,
其中,丘陵城市土壤 pH最高.土壤有机质含量都低
于最低临界值(1% );大量元素有效态 P 和 K 含量
分别为 33. 5 ~ 49. 5 mg · kg-1 和 99. 5 ~ 135. 7
mg·kg-1,均未表现缺乏,但对有效 N 含量来说,不
管是 NH4 + 鄄N还是 NO3 - 鄄N,均显著低于最低临界值
(50 mg·kg-1). 3 种地形城市园林绿地的土壤中微
量元素有效态 Ca、Mg、S、Fe、Cu、Mn、Zn 和 B 含量均
未表现缺乏.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 城市绿地土壤养分特征
受人为活动的影响,城市绿地土壤理化性状不
同于一般自然土壤,其理化性状发生显著改变.本研
究发现,湖北省城市绿地土壤 pH 整体偏高,92%的
样本都>7. 5(表 1),显然超出一般园林植物土壤所
需范围(5. 0 ~ 6. 8).这与其他研究土壤性状报道的
结果一致[1-2, 4] .在重庆[4],城市土壤 pH 可达 8. 5;
而香港城市土壤 pH 最高值为 9. 95,显著高于附近
农田土壤 6. 77[6] .城市土壤高 pH 值的主要原因在
于碱性物质(如碳酸钙或钙镁碳酸盐、石板、水泥、
混凝土、砂浆等)的存在[6,15] .这些城市建筑废料碱
性物质往往可以与土壤发生碱性反应,并成为一个
持久的化学物质遗留在土壤剖面. 而雨水或污水的
冲刷进一步使这些碱性材料污染相邻完整的土
壤[16] .土壤 pH升高可以影响土壤养分的形态和有
效性,最终导致植物营养不平衡、缺乏和出现萎黄症
状[6] .目前,虽然高 pH值可能会增加一些喜碱性植
物物种的活力,但是,对于许多适应湿润亚热带温带
喜酸性土壤的植物物种的生长有较大的限制作用.
2612 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
土壤有机质是维护土壤养分的重要组成部分.
本研究发现,湖北省城市土壤有机质含量仅为 6郾 7
g·kg-1,显著低于园林植物所需土壤有机质含量临
界值(10 g·kg-1),且显著低于该地区其他生态系
统的土壤有机质含量, 如农田生态系统 ( 23
mg·kg-1) [17]和森林生态系统(31 mg·kg-1) [18] .城
市较低含量的土壤有机质,主要与城市建设和绿地
管理有关.在城市建设时,一般去除地表植物和表
土,这种行为会导致含有较少有机质的地下土壤翻
于表面,降低了土壤有机质含量[2,4] . 另外,各个城
市为了美化环境,工人多次清除落叶、草屑及其他有
机残留物,从而进一步减少了土壤有机质输入[1] .
因此,建议城市管理部门加强城市建设土壤的运输
和堆放管理,以确保绿地和土壤资源的可持续利用.
在园林管理方面,应该尽可能地对秸秆、干树叶、剪
草和其他的城市有机废物进行合理利用,可作为有
机肥料返回土壤.
城市土壤环境的变化可以影响土壤养分的有效
性,特别是矿质 N 和有效 P.本研究发现,98%的土
壤样品,不管是 NH4 + 鄄N还是 NO3 - 鄄N 都显著低于临
界水平(50 mg·kg-1),52%的土壤样品有效 P低于
24 mg·kg-1 . 纽约[8]、香港[6]、重庆[4]、深圳[2]和合
肥[19]等许多城市也都发现类似结果. 这表明,城市
土壤缺 N和 P可能是一种普遍现象.具体原因可能
与城市生态环境影响土壤中 N 的矿化速率和硝化
率以及土壤 P 有效性有关. White 和 Mcdonnell[7]曾
报道,城市车辆挤压、行人践踏以及城市重金属均可
以间接地减少土壤中微生物和无脊椎动物的数量和
多样性,降低土壤 N 矿化和硝化速率,从而降低土
壤矿化 N含量. Baxter等[20]报道,城市较高的 pH土
壤环境以及高含量的碳酸盐可以结合土壤 P,从而
降低土壤 P的有效性.湖北省城市土壤较低含量的
N,可能还与降水有关,特别是在夏季,较大的降水
量可以将硝化产生的硝态 N 淋溶,进一步降低土壤
表层有效 N含量.
通常,在中国从北到南,总 K 和速效 K 含量逐
渐下降[21] . 在长江以南地区,农民需增施 K 肥增
产[22] .然而本研究发现,湖北省城市土壤速效 K 含
量并不缺乏,处于中等水平,且高于该区郊区农田平
均水平(79. 3 mg·kg-1 ) [22] . 同样,包兵等[4]曾报
道,重庆城市土壤速效 K 也有此现象. 推测这可能
与城市典型土壤环境有关. 因为城市土壤往往钙离
子含量较高,而二价钙离子比单价阳离子具有更高
的表面电荷密度和阳离子交换作用,吸附能力
强[23],可以从土壤胶体上将交换性 K 离子替换下
来,从而增加土壤 K的有效性.
有研究表明,城市绿地土壤有效 Ca、Mg 和 S 等
中量元素含量并不缺乏[8] .本研究也验证了此变化
规律,尤其是 Ca2+处于高含量水平,三分之一地区处
于过量,这与其他研究 (如香港[6] 和科罗拉多
州[24])一致.湖北省城市较高的土壤 Ca2+含量不仅
源于该地区丰富的碳酸盐[25],更主要源于城市建筑
和道路建设所用的石灰材料(氧化钙或氢氧化钙可
向土壤释放大量 Ca2+).另外,灰尘沉降也可增加土
壤有效 Ca 含量,因为钙是市区大气颗粒物的重要
组成部分[26] . Lovett 等[27]研究发现,城市尘降量与
土壤有效 Ca 含量之间呈显著正相关. 城市土壤中
钙的适当增加,有利于阳离子交换,特别是在酸性土
壤中,并能去除铝中毒、锰中毒或盐害[28] . 然而,过
多的钙会减少其他营养物质,如 B、 P、Mo、 Fe 和
Zn[29]的可用性.本研究中,土壤 B 含量较低(表 1)
可能就是由于钙含量过高所致.因此,为了避免城市
土壤过量 Ca的形成,应加强城市建筑材料的管理.
一般情况下,城市绿地土壤微量元素都能满足
园林植物生长的需要.本研究中,同样发现土壤微量
元素基本处于适量水平. 但是,关于有效 B 含量,
60%的样本低于园林植物土壤最依然低临界值. 因
此,湖北省大多数城市土壤有效 B 依然存在供应不
足的问题.城市 B 素缺乏的原因可能是高 pH 值导
致,当土壤 pH>7,在土壤中 B 的吸附程度急剧增
加,从而降低了土壤速效 B含量[30] .因此,通过合适
的方法调节土壤 pH可能是改变土壤 B 有效性的有
效方法.
3郾 2摇 城市不同功能区园林绿地土壤有效养分特征
根据人类活动的要求,城市往往分为不同的功
能区域.这些功能区域的土壤理化性状在不同环境
和人为干扰下会发生不同的变化[1] . 本研究发现,
城市功能区的划分对山地城市和丘陵城市园林绿地
土壤有效态养分含量没有明显影响,但是对平原城
市影响显著. 其原因是,与山地城市和丘陵城市相
比,平原城市人口密度大、整体发展水平较高、对土
壤人为干扰剧烈,致使平原城市不同功能区土壤养
分含量的变化较显著.
在平原城市中,4 种土地利用类型土壤微量元
素之间存在显著差异,街道显著高于公园、住宅等其
他功能区;而大量元素和有机质含量无显著差异.这
与史正军等[31]在深圳不同功能区土壤养分调查结
果不一致,他们研究表明,公园绿地土壤养分特征整
36128 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李志国等: 湖北省主要城市园林绿地土壤养分评价摇 摇 摇 摇 摇
体优于道路绿地土壤,其原因在于公园人为扰动程
度低于道路绿地.本研究认为,导致湖北省主要城市
不同功能区绿地土壤大量元素无显著差异的主要原
因是,城市不同功能区园林绿地土壤肥料管理模式
基本一致,在湖北省城市不同功能区基本没有用肥
料以供园林植物生长[32],而施肥与否往往是导致土
壤大量养分含量差异的最直接原因. 街道中微量元
素显著高于公园等其他功能区的原因,可能与街道
灰尘沉降有关,因为灰尘中 Ca、Mg、S 等含量较大,
造成街道两侧绿地土壤中 Ca、Mg、S 等中微量元素
含量显著高于其他功能区.
3郾 3摇 不同地形城市园林绿地土壤有效养分特征
本研究表明,不同地形城市土壤养分差异显著.
平原城市绿地土壤 NH4 + 鄄N、有效 K、有效 P 和许多
中微量养分元素(Ca、Mg、S、Fe、Cu和 Mn)显著高于
山地. Pouyat等[8]也发现,不同地形城市的绿地土壤
理化性状存在显著差异,但他们的结果是平原城市
土壤养分含量低于山地. 导致不同结果的原因可能
与当地母质不同有关. 湖北省大多数城市的土壤为
黄棕壤,有机质含量低,土壤养分在雨季很容易遭受
淋溶[10] .山地城市(如十堰和恩施)绿地土壤有机
质含量(5. 2 g · kg-1 ) 一般低于平原城市 ( 7郾 0
g·kg-1,如武汉、孝感和咸宁等),这在一定程度上
致使山地城市比平原更易造成土壤养分的淋溶,从
而导致较低的土壤养分含量.另外,山地城市绿化带
地形坡度大于平原城市[10],雨季时较大的地表径流
会加剧土壤有效养分的淋溶.
温度差异也是导致山地和平原城市土壤养分差
异的重要原因.通常,山区的气温比平原低[33] .许多
研究已经证实,较高的土壤温度能显着增加土壤有
机碳和 N的矿化和土壤速效养分的溶解度[34] .李伏
生等[35]报道,土壤温度从 22 益升高到 28 益时,土
壤速效 N、P 含量分别增加约 50%和 10% . 平原城
市的高温天气可以增加土壤养分的矿化率和有效
性.此外,灰尘可能也是导致不同地形城市绿地土壤
养分差异的主要原因,因为它是土壤养分输入的主
要来源[26] .基于湖北省各地区灰尘的研究,山区城
市通常有较低的大气粉尘沉降通量[36] .平原城市较
多的降尘量可能进一步增加土壤有效养分的含量.
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作者简介摇 李志国,男,1982 年生,助理研究员.主要从事植
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责任编辑摇 杨摇 弘
56128 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李志国等: 湖北省主要城市园林绿地土壤养分评价摇 摇 摇 摇 摇