广州城市绿地土壤特征及其对树木生长的影响
第11卷 第4期
环 境 科 学 研 究Research o f Environmental Sciences
V ol. 11, No. 4, 1998
广州城市绿地土壤特征及其对树木生长的影响*
管东生
1)
何坤志 陈玉娟
2) 1)
(1) 中山大学环境科学系, 广州 510275; 2) 广州市环境监测中心站, 广州 510030)
摘 要 研究广州城市绿地土壤的特征, 并探讨其对树木生长的影响。结果表明:广州城市绿地土壤受到不同程度的人为干扰。其中公园和大学校园树林土壤的理化性质虽有一定改变, 但仍接近自然土壤的状况; 行道树的土壤则过于紧实, 且pH 值太高, 而有机质及氮、磷含量较低。这些土壤问题会对行道树的生长造成不利的影响。文中对这些存在的问题提出了一些相应的改善措施。关键词 城市土壤特征 树木生长 影响 广州
The Soil Characteristic of G uan gzhou U rban Vegetation
an d Its Effects on Tree Growth
GUAN Dongsheng HE Kunzhi CHEN Yujuan
1)
2)
1)
(1) Department of Environmental Science, Zhongshan U niversity, Guang zhou 510275;
2) Guangzhou Envir onmental M onitoring Center, G uang zhou 510030)
Abstract T his paper deals w ith the soil characteristic of Guangzhou urban vegetation and its effects on tree g rowth. T he r esults show t hat although soil o f stands in urban par ks and university campus had been disturbed by human activ ites, its properties were still com par able to natural soil.How ever , the desity and pH w er e too high; organic is matter, nitrog en and phosphorus were low in so il of road side trees. T hese so il problems are disadvantage to roadside tree gr owth. Some sugg est ions have been made fo r improv ing urban soil. Keywords U rban soil char acteristic; T ree g rowth; Effect; Guang zhou
土壤是城市生态环境的重要组成部分, 也是城市树木赖以生存的基本条件之一。由于人为活动的影响, 城市土壤的物理和化学性质会发生相应的变化, 而这些变化往往会影响到树木的正常生长发育[1~4]。
目前人们对城市树木所面对的环境困扰已有较多的认识, 但对城市土壤问题则不够重视[4~
5]
面。剖面点的选择既考虑区域的差异, 也考虑土壤和植被类型的不同。土壤剖面挖掘至1m 深, 采样
。本
文对广州城市绿地土壤一些物理和化学性质进行研
究, 探讨其对城市树木可能造成的影响, 这对广州和华南城市绿地和城市生态环境的管理和建设既有理论意义也有实践意义。
1 研究区域和方法
在广州海珠、荔湾、越秀、东山、天河5个区共选择17个土壤剖面(图1) 。其中1~9号为行道树土壤剖面, 10~17号为公园和大学校园树林的土壤剖
收稿日期:1997-10-22第一作者:男, 1957年生, 副教授
*(49571064) 回国人员资图1 广州城市土壤采样剖面分布图
天河北路行道树 天河路行道树 ! 环市中路行道树 ∀东湖路行道树 #南岸路行道树 ∃华贵路行道树 %昌岗东路行道树 &新港西路行道树 ∋中山大学校园行道树 黄 花岗公园细叶按群落 烈士陵园马尾松群落 ! 越秀公园台 湾相思群落 ∀越秀公园马尾松群落 #越秀公园阴香群落 ∃晓港公园樟+湿地松群落 %中山大学马岗顶湿地松群落
52环 境 科 学 研 究第11卷
时根据剖面颜色、质地、松紧度和根系等变化情况分层采集, 共采得土壤样品51个, 并用环刀测定每个剖面各层次的容重。
土壤样品分析, 机械组成用比重计法, pH 值用电位法(水浸提) , 有机质用重铬酸钾容量法、氮用凯氏法、磷用钼蓝比色法[6]。
剖面
号[***********]4151617
表1 广州城市绿地表土层的容重和机械组成
容重(g/cm 3) 1 791 921 801 461 001 401 571 811 561 481 521 301 311 361 670 971 65
机械组成(%)
0 001~
0 005~
0 01~
0 05~
0 005mm 0 01mm 0 05m m 1 0mm
[***********]161113108
[***********]111111126
[***********]5
[***********][1**********]814
[***********][**************]7
2 结果与讨论
2 1 土壤容重和机械组成
土壤容重和机械组成是最基本的土壤物理性质。城市土壤容重可反映人类活动对土壤的压实作用
[3, 4]
。自然土壤平均容重为1 3g/cm
3[7]
。该研
究有14个剖面的容重超过自然土壤的平均值(表1) , 占总剖面数的82%。与香港行道树土壤相比(其表土容重为1 43~2 24g/cm 3[2]) , 广州城市行道树土壤容重略低, 但与美国锡拉丘兹(Sy racuse, NY) 城市行道树土壤相比(其表土容重为1 54~1. 73g/cm 3[7]) 则略高。
土壤容重的垂直变化表明, 行道树土壤的表层土容重较大, 公园和大学校园树林土壤的下层土容重大(表2) 。自然土壤的容重, 由于表层有机质含
表2 广州城市绿地土壤剖面容重和机械组成的垂直变化
植被
剖面层次A
容重(g/cm 3) 1 59(1 00~1 92)
行道树
C B
1 49(1 01~1 79)
1 51(0 98~1 78)
公
园和大学校园树林
A
1 41(0 97~1 67)
B
1 58(1 51~1 61)
C
1 55(1 43~1 63)
10(3~15) 10(3~27)
7(4~19) 14(8~20) 17(8~25) 22(10~38)
机械组成(%)
0 001~0 005mm 0 005~0 01mm
8(2~12)
7(0~12)
9(2~24) 11(6~18) 12(8~16) 11(8~16)
5(1~10)
5(1~7) 9(3-29)
6(2~10)
6(4~8) 7(4~15)
0 01~0 05mm
14(9~25) 18(8~54) 16(7~35) 17(5~27) 16(10~22)
12(8~18)
0 05~1 0mm
63(49~81)
61(42~81)
60(33~76)
52(34~67)
49(38~59)
48(30~56)
注:表中括号内的数字为剖面间的变化范围
量高, 土壤相对疏松, 其容重往往比下层土壤小。而城市行道树土壤由于受到人为压实作用, 故其表土层容重较大, 这是城市土壤的一个重要特征。此外, 行道树土壤的沙粒含量较高, 土壤剖面间的机械组成变化相对较大, 这也是人为影响造成的一个特征。
2 2 土壤pH 值、有机质和氮、磷含量
华南红壤一般呈酸性反应, 其pH 值为4 0~5 5[8]。在自然植被条件下, 砖红壤和赤红壤表土层的有机质平均含量为4 04((1 41) %; 全氮含量为0 167((0 061) %; 碳/氮比率为14 7((
3 82) %[9]。我国南方花岗岩、砂页岩、第四纪红色粘土和红砂岩母质形成的土壤, 一般含磷范围为0 013%~0 035%, 玄武岩母质形成的土壤为0 035%~0 075%[10]。根据何金海等人(1982) 在鼎湖山的研究, 赤红壤表土层的pH 值(水提) 变化范围为4 2~4 7; 有机质含量为2 94%~4 04%; 全氮含量为0 14%~0 15%; 碳/氮比率为11%~17%; 全磷含量为0 017%~0 026%[11]。 广州城市公园和大学校园树林大多数土壤剖面表土层的pH 值、有机质和全氮含量基本上是在华南红壤的变化范围内, 与鼎湖山赤红壤的差别也不大(表3) 。但由于行道树的土壤得不到树木凋落物的有机质和养分补充, 加上部分行道树的土壤表层被削去, 而土壤又常常参杂着许多煤渣、砖块和生活垃圾等外来物质。所以其土壤的pH 值明显较高; 大多数行道树表层土壤的有机质及所有行道树表层土壤的氮含量偏低; 碳/氮比率则是极端的大或极端的小(表3) 。个别含有大量煤渣和生活垃圾的土壤其有机碳含量很高, 但这类土壤的氮含量并不高, 所以其碳/氮比率非常大。另一些土壤由于其表土有机质层被削去, 现有的表层土有机碳含量很低, 从而使得碳/氮比率变得非常小。广州城市土壤的全磷含量总的来说较低, 有7个剖面表土层含磷量低于0 013%, 占总剖面数的41%。
公园和大学校园树林土壤剖面A 层有机质和全氮平均含量相当于B 层的2 8和2 4倍, 行道树剖面只有1 2和1 1倍(表4) 。说明行道树土壤有
机质层特征已明显减弱。行道树表土层剖面间pH 值, 有机质、全氮和全磷含量的最大值分别相当于最小值的2 0倍, 43倍, 10倍和13倍。公园和大学校园树林为1 6倍, 4 2倍, 3 5倍和5 6倍。行道树土壤剖面间的差异比公园和大学校园树林大, 这说明行道树土壤人为干扰较大而植被对土壤的改良作用较小。
表3 广州城市绿地表土层的若干化学性质
剖面号[***********]4151617
pH 值7 237 637 428 037 738 498 126 164 284 444 104 023 783 854 165 894 44
有机质(%) 全氮(%) 全磷(%)
0 841 280 142 716 033 271 220 381 222 533 915 254 274 811 242 013 89
0 0760 1060 0140 0650 1120 0530 0430 0440 1430 1010 1690 2170 1410 1840 0620 1130 155
0 0110 0110 0450 0330 0070 0030 0220 0300 0510 0090 0340 0140 0180 0160 0080 0090 045
碳/氮6 47 05 824 231 235 816 55 04 914 513 414 017 615 211 610 314 6
表4 广州城市绿地土壤剖面化学性质的垂直变化
植被
剖面层次
A
行道树公园和大学校园树林
C A B C B
pH 值7 23(4 28~8 49)
7 17(5 07~8 54)
7 45(5 92~8 35)
4 33(3 78~5 89)
4 74(3 76~5 83)
4 58(3 85~6 13)
有机质(%)
1 90(0 14~6 03)
1 54(0 21~6 30)
1 49(0 30~7 20)
4 34(1 24~5 25)
1 24(0 40~2 55)
0 66(0 34~0 97)
全氮(%) 0 073(0 014~0 143)
0 064(0 009~0 246)
0 034(0 002~0 097)
0 142(0 062~0 217)
0 060(0 026~0 081)
0 068(0 019~0 141)
全磷(%) 0 024(0 004~0 051)
0 024(0 008~0 063)
0 020(0 005~0 089)
0 019(0 008~0 045)
0 016(0 006~0 033)
0 008(0 002~0 016)
碳/氮15 2(4 9~35 8)
16 6(6 0~32 2)
25 2(7 7~55 1)
14 1(10 3~17 6)
11 3(3 8~25 9)
9 9(2 1~49 6)
注:表中括号内的数字为剖面间的变化范围
2 3 城市土壤问题对树木生长的影响及改良措施
由于人为压实会降低土壤的孔隙度, 从而降低土壤持水能力和通气性能, 增加植物根系生长的阻抗(机械阻力) 。根据对不同质地土壤的试验, Craul (1994) 认为粘土的容重超过1 55g/cm 3和砂土的容重超过1 75g/cm 3将使植物的根系生长受阻[4]。广州城市土壤表土容重约有1/2的剖面超过1 55g /cm 3, 但只有4个行道树土壤剖面超过1 75g/cm 3(表1) 。因为广州城市土壤主要属于沙土类, 根据1 75g/cm 这个标准, 只有人为活动较为强烈的城市街道, 对土壤的压实才会对植物的生长产生明显的影响。不过, 在晓港公园和流花湖公园, 由于树林下常常成为人们活动的场所, 其表土容重分别为1 67g/cm 和1 65g/cm , 此值已远高于自然土壤平均容重(1 3g/cm 3) , 说明这些地方人为践踏对土壤的影响已很明显。
土壤酸碱性是一项重要的化学性质, pH 值太低和太高都不利于土壤中正常的化学反应。广州城市行道树土壤pH 值太高, 这会降低一些养分元素的有效性。此外, pH 值太高会影响土壤微生物的活动, 对养分的释放也有一定的影响。氮是构成蛋白质的主要元素之一, 细胞原生质干重的40%~50%是含氮化合物。磷则是核酸、卵磷脂等重要物质的成分, 对细胞分裂和分生组织的增长是必不可少的。土壤中的氮供应不足, 可能会影响树木的生长速度, 使树木变得矮小, 也会使植物的叶子颜色变淡、变黄, 影响树木的观赏性。磷供应不足则会影响植物的根系发育和枝条的分蘖, 延缓树木的成熟[12]。
因为目前广州城市行道树土壤普遍存在土壤压实, pH 值太高及有机质和氮、磷含量低等问题, 这些问题会影响到树木的正常生长发育。所以, 应该采取一些相应的改良措施。例如, 增加土壤中的有机肥料, 这对城市土壤的质量改善极为重要。因为增加有机肥料, 不但可以改善养分的供应, 而且可以改善土壤结构, 有利于消除土壤压实的影响和调节土壤酸度
[2, 4]
[8]
3
3
3
壤中的有机质含量。根据国外的经验, 在植树的树坑中填上由堆肥(用城市污泥等制成) 、沙和沸石等组成的人工混合土壤, 这种人工土壤有较高的有机质和孔隙度, 有利于土壤的养分和水分供应, 可大大改善树木的生长条件。另一个重要措施是应该加强管理, 减少人为践踏对城市绿地的影响。如在行道树周围建立栅栏, 减少公园树林游人强度等, 这可以减少土壤压实对树木生长的影响。此外, 由于城市土壤的物理、化学性质变化较大, 且没有规律。因此, 在植树前要加强土壤的调查工作, 以便有针对性地采取一些补救措施。总的来说, 目前对于树木种植和管理的知识和经验来自于农业和荒山造林工作[4], 而城市的土壤和大气等条件与乡村和荒山有很大的差异。因此, 应该加强研究, 以便更好地了解城市土壤的特征及其对树木生长的影响。
[4]
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1
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鼎湖山自然保护区之土壤 见:热带
亚热带森林生态系统研究(1) 北京:科学普及出版社, 1982 25
。城市行道树土壤的有机质含量低, 与
凋落物的归还受阻有关。如果城市中的大部分行道树能用树带的形式种植, 尽可能保留较大的裸露土
壤, 并使枯枝落叶保留于树带中, 将可以大大提高土