Comprehensive evaluation of soil fertility in relocated land for landscaping

上海市地处30°40′~31°53′N，120°52′~122°12′E，属亚热带季风性气候区，年均气温为17.6 ℃，年均日照为1 886 h，年均降水量为1 173 mm，全年60%以上的降水量集中在5−9月，四季分明，光照充足，气候温和湿润，春秋较短，冬夏较长。上海位于长江入海口、太湖流域东缘，成土母质多为浅海相、河湖相沉积物，地势平坦。

选择上海中心城区和郊区典型搬迁地，以城中村和工业企业搬迁地为研究对象，共选取了10块搬迁地36个样地，其中城中村搬迁地20个样地，工业企业搬迁地16个样地，采集0~30 cm的表层土，每个样地的土壤样品均采用蛇形法由8个取样点的样品混合组成，并采用四分法保留1 kg土壤样品带回实验室自然风干备用，土壤物理性质用环刀现场取原状土，每个样地取5组重复。

土壤容重采用环刀法；土壤pH采用电位法；土壤电导率(EC)采用电导法；土壤有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法；土壤碱解氮采用碱解-扩散法；土壤有效磷采用碳酸氢钠浸提-比色法；土壤速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法。以上详细测定方法均严格按照《森林土壤分析方法》^[9]测定。

土壤肥力评价参考上海市地方标准《绿化土壤肥力质量综合评价方法》^[10]，并结合城市搬迁地特点，选择土壤容重、pH、电导率、有机质、碱解氮、有效磷及速效钾等7项指标，分别进行单项指标评价和综合评价。其中单指标评价由高到低依次分6个等级(表1)。

采用修正的内梅罗(Nemoro)法对搬迁地土壤肥力质量进行综合评价，计算公式为

其中：F为土壤肥力综合指数；$\overline {{F_i}} $为样品中单项指标标准化的平均值；F_imin为单项指标标准化的最小值；n为指标个数。根据土壤肥力综合指数，将土壤肥力分为4个等级：F≥2.7为优；1.8≤F＜2.7为良、0.9≤F＜1.8 为一般；F＜0.9为差。

利用Excel 2007 和SPSS 17.0软件分析数据并作图。

搬迁地土壤pH为7.8~9.2，均值为8.8，土壤呈碱性，pH主要分布在五级和六级，占比分别为63.0%和25.9%(图1)，明显高于城市绿地土壤^[11]。搬迁地土壤电导率为0.06~0.63 mS·cm⁻¹，均值为0.15 mS·cm⁻¹，土壤电导率适宜，主要分布在二、三级，占比分别为48.1%和37.0%。搬迁地土壤有机质质量分数为5.5~40.7 g·kg⁻¹，均值为15.5 g·kg⁻¹，有机质质量分数低于城市公园绿地土壤^[12]，主要分布在四级和五级，占比分别为37.0%和33.3%。

Figure 1.  Distribution of soil pH, EC and organic matter mass fraction grades in the relocated site

由图2可见：搬迁地土壤速效养分中有效磷和速效钾较丰富，尤其是有效磷，质量分数为7.3~314.6 mg·kg⁻¹，均值高达81.6 mg·kg⁻¹，土壤有效磷主要分布在一级，占比达44.4%。搬迁地土壤速效钾为41.8~336.6 mg·kg⁻¹，均值达151.4 mg·kg⁻¹，土壤速效钾主要分布在三级，占比达51.9%。搬迁地土壤碱解氮为11.7~76.2 mg·kg⁻¹，均值为33.2 mg·kg⁻¹，土壤碱解氮质量分数低，仅为上海公园绿地土壤碱解氮质量分数的35.4%^[12]，土壤碱解氮主要分布在六级、五级和四级，占比分别为74.1%、14.8%和11.1%。

Figure 2.  Distribution of soil available nutrient mass fraction grades in the relocated site

由图3可见：搬迁地土壤容重为0.90~1.63 Mg·m⁻³，均值为1.42 Mg·m⁻³，土壤容重较大，压实严重。搬迁地土壤容重主要分布在四级、五级和六级，占比分别为29.6%、25.9%和22.2%，而二级和三级占比均为11.1%，没有样点分布在一级。

Figure 3.  Distribution of soil bulk density grades in the relocated site

如表2所示：各指标的标准化值从大到小依次为有效磷、速效钾、有机质、容重、电导率、碱解氮、pH。其中，有效磷标准化值最高，均值高达2.38，其次是速效钾，均值为2.29，而pH标准化值最小，均值仅为0.46。

上海市搬迁地土壤肥力综合指数(F)为0.38~1.42，均值为0.86，且不同样点土壤肥力综合指数变化较大，变异系数达0.29。此外，从搬迁地土壤肥力质量等级分布图(图4)可以看出：搬迁地土壤肥力质量主要为差和一般等级，59.3%的搬迁地土壤属于差，40.7%的搬迁地土壤属于一般等级，调查的搬迁地中未发现良或优等级的土壤。由此可见，上海市搬迁地土壤肥力相对较差。

Figure 4.  Distribution of soil fertility quality grades in the relocated site

由图5可见：不同类型搬迁地土壤肥力存在一定差异，城中村搬迁地土壤肥力综合指数均值达0.97±0.27，属于一般等级，而工业企业搬迁地土壤肥力综合指数均值仅为0.76±0.18，属于差等级，且城中村搬迁地土壤肥力综合指数显著高于工业企业搬迁地(P＜0.05)；此外，城中村搬迁地土壤肥力质量属于差等级占比38.5%，而工业企业搬迁地土壤肥力质量属于差等级占比高达78.6%。可见，城中村搬迁地土壤肥力明显优于工业企业搬迁地土壤。

Figure 5.  Soil fertility composite index in different relocated sites

城市搬迁地土壤作为城市土壤的一部分，既保留了城市土壤的特性，也有其自身的特性。对上海典型搬迁地土壤单项肥力指标研究表明：搬迁地土壤pH较高，明显高于上海公园绿地土壤(均值为8.1)^[12]，这可能是由于搬迁地土壤中存在大量的建筑垃圾，加剧了对土壤pH的碱化^[13-14]。土壤电导率适宜，均值符合《绿化种植土壤》标准要求。土壤有机质质量分数偏低，四级和五级占比则达70%以上，仅为上海公园绿地土壤有机质的61.6%^[12]，这可能是由于搬迁地土壤缺少外源有机质供给所致。搬迁地土壤速效养分中有效磷和速效钾较丰富，而碱解氮偏低；土壤有效磷较丰富可能有两方面原因：一方面可能由于城中村搬迁地土壤部分样点位于农田、菜地，与人为施用含磷肥料有关，另一方面可能是由于工业企业生产排放含磷化合物^[15]或修复过程中采用了含磷材料导致搬迁地土壤磷富集^[16]。而有74.1%的样点土壤速效钾质量分数达到了三级及以上，这主要与上海本底土壤有效钾含量丰富有关^[17-18]。土壤碱解氮质量分数低，分布在六级的比例高达74.1%，这与方海兰等^[11]对上海新建绿地土壤的研究结果一致。此外，土壤容重较大，分布在四级及以下占比高达77.8%，土壤压实较普遍，这与当前城市土壤普遍存在的压实情况一致^[19-20]。由此可见，搬迁地土壤有效磷、碱解氮及土壤容重受城市人为活动及土地利用方式影响较大，而速效钾受成土母质影响较大，这与王辛芝等^[21]研究南京城市土壤结果类似。

采用修正的内梅罗法对上海搬迁地土壤肥力质量进行综合评价。结果表明：上海搬迁地土壤肥力质量相对较差，其中差等级占比达59.3%，而一般等级占比为40.7%，且不同土壤样点土壤肥力质量综合指数变异系数大，空间异质性较强，原因可能与人类活动影响有关^[18，22-23]。但城中村搬迁地土壤肥力质量综合指数显著高于工业企业搬迁地(P＜0.05)，其土壤肥力质量综合指数高出27.6%，这可能是由于城中村搬迁地含有部分菜园地、农田、果园和绿地等用地类型，受人为耕作、培肥等影响，土壤肥力质量相对较好，而工业企业搬迁地土壤受生产运营过程碾压、侵蚀等影响，其土壤化学性质和土壤物理结构同时也遭到了不同程度破坏，土壤肥力质量相对较差。

上海市一般等级搬迁地土壤在绿化质量要求不高时，可直接用于园林绿化种植，而对绿化质量要求较高时，则需要进行改良；差等级的搬迁地土壤在用于园林绿化种植前，应先有针对性的对其土壤肥力质量障碍因子进行改良，可通过降低搬迁地土壤pH和提高土壤碱解氮等技术手段来提升搬迁地土壤肥力质量，再根据不同园林绿化质量等级要求，不同程度改良土壤肥力质量，从而达到城市绿化种植所需的土壤肥力质量等级要求。总之，在城市土壤质量普遍不佳、城市绿化需求快速增加、城市土地及土壤资源紧缺等日益突出的背景下，越来越多的城市搬迁地被用作园林绿化用地，应收集和保护土壤肥力质量较好的搬迁地土壤，改良肥力质量差或一般的搬迁地土壤，以满足快速增长的城市绿化种植需求。