南京市城市林业土壤肥力质量评价

俞元春，单奇华南京林业大学森林资源与环境学院，南京(210037)E-mail：[e-mail]摘要：采集南京市不同功能区林地0-20cm和20-40cm土壤，分别测定土壤的理化性质和酶活性。结果表明，南京城市林业上层土壤(0-20cm)的土壤密度大，孔隙度和渗透性小；土壤质地以粉壤土为主，所占比例为60.42%，土壤中普遍含有砾石，但含量不是很高；土壤以中性土和碱性土为主，城区林业土壤的pH明显高于城郊天然林下土壤；土壤有机质和全氮含量偏低，CEC偏高，城区林业土壤中有效磷富集，但城郊天然林土壤有效磷缺乏，土壤速效钾富集。城市林业土壤的过氧化氢酶活性变幅为0.19~0.37ml•g-1，平均为0.28ml•g-1；脱氢酶活性变幅为3.91~48.03mg•g-1，平均为25.74mg•g-1；碱性磷酸酶活性变幅为5.29~25.70mg•kg-1，平均为12.80mg•kg-1；纤维素酶活性变幅为痕量~0.002mg•g-1，平均为0.0015mg•g-1。过氧化氢酶活性、脱氢酶活性和碱性磷酸酶活性与土壤有机质和全氮含量有显著相关性，是表征城市林业土壤肥力质量的重要生物指标。关键词：南京市，城市林业土壤，土壤肥力质量，评价中图分类号:S714.21.引言城市土壤是指人为的、非农业作用形成的，由于土壤的混合、填埋或污染而形成的厚度大于或等于50cm的城区或郊区土壤[1]。城市林业土壤属于城市土壤的范畴，主要包括城郊农田、菜地和森林土壤以及城区不同功能区林地土壤。与传统的农业和林业土壤相比，城市林业土壤的环境和生态功能更为受到重视[2~3]。近年来，城市土壤愈来愈受到人们重视，国内外学者对城市土壤的理化性质、污染特性和调查制图等开展了广泛研究[1~5]。本文以南京市不同功能区城市林业土壤为研究对象，研究了土壤的基本理化性质和酶学特性，籍以了解南京市城市林业土壤肥力的总体状况，为南京市城市土壤的利用、维护和改良提供理论依据，为城市的可持续发展和建设生态城市服务。2.材料与方法以南京市不同功能区林业土壤为研究对象，分别采集0-20cm和20-40cm土壤，共采集了88个混合土壤样品。功能区的划分以及采样点背景情况详见表1。分别测定0-20cm土壤的土壤密度、质地、非毛管孔隙度、毛管孔隙度和渗透性，以及0-20cm和20-40cm土壤的阳离子交换量(CEC)、pH值、有机质、有效磷、全氮、速效钾、碱性磷酸酶活性、纤维素酶活性、过氧化氢酶活性和脱氢酶活性。土壤密度、孔隙度和渗透性：环刀法；土壤颗粒组成：过2mm筛土样，比重计法；阳离子交换量(ECE)：1mol•L-1乙酸铵交换法；土壤pH：2.5：1水土比浸提pH计法；土壤有机质：重铬酸钾外加热法；土壤全氮：凯氏消煮法；土壤有效磷：碳酸氢钠浸提钼蓝比色法，速效钾：1mol•L-1乙酸铵浸提-火焰光度法；过氧化氢酶：高锰酸钾滴定法，以每克土壤的0.1MKMnO4的毫升数表示；脱氢酶：2，3，5-三苯基四唑化氯(TTC)比色法，以每克土壤的2，3，5-三苯基甲谮的毫克数表示；碱性磷酸酶：苯磷酸二钠比色法，以千克土酚的毫克数表示；纤维素酶：蒽酮比色法，以每克土壤的葡萄糖的毫克数表示[6~7]。1本课题得到江苏省社会发展项目(BS2007064)、江苏省自然科学基金项目(BK2001208)、国家林业局引进国际先进农业科学技术计划(948计划)(2005-4-17)的资助。功能区采样点位置土壤类型植被类型、覆盖率土壤剖面情况公园(n=32)北极阁、大桥公园、二桥公园、古林公园、九华山、莫愁湖、国防园、栖霞寺、情侣园、乌龙山公园、玄武湖、月牙湖客土为主，部分原土乔、灌、草混交林、草坪，植被覆盖率80%土壤紧实，层次凌乱，含少量石砾，部分缺腐殖质层道路绿化带(n=36)柳塘立交桥、马群立交桥、南京化工厂、南京理工大学紫金学院前、仙鹤们客土为主，个别原土乔、灌、草混交林、草坪，植被覆盖率占道路面积的20%~40%左右缺腐殖质层，土壤紧实，层次凌乱，石沙、废电池、瓷器、石灰等侵入体多城市林区大学校园(n=8)南京理工大学、南京农业大学、南京体育学院、南京林业大学客土乔、灌、草混交林、草坪，植被覆盖率80%缺腐殖质层，土壤紧实，层次凌乱，含少量石砾城郊天然林带(n=30)立杨坊立交桥附近山区、伊刘苗圃、灵谷寺、灵山、幕府山联珠村、农场山、栖霞山、四方城、乌龙山、紫金山原土乔、灌、草混交林植被覆盖率90%土壤疏松，结构良好，侵入体少注：n=32表示样本数为32，其余类同。3.结果与讨论3.1城市林业土壤的土壤密度、孔隙度和渗透性土壤密度、孔隙度和渗透性反映土壤的松紧度、结构性和通气透水的能力。土壤密度在1.14~1.26g﹒cm-3之间比较有利于幼苗的出土和根系的正常生长。当土壤密度达1.50g﹒cm-3时，植物根系已难伸入，而达到1.60~1.70g﹒cm-3，已是根系穿插的临界点[8]。南京市城市林业土壤表层(0-20cm)的容重大，变幅1.15~1.63g﹒cm-3，平均值为1.42。土壤密度在1.14~1.26g﹒cm-3的频率较低，只占9.09%，在1.26~1.50g﹒cm-3的频率很高占63.64%，1.50g﹒cm-3的频率较高占27.27%（图1），表明绝大多数城市林业土壤不利于植物根系的正常生长。城市林业土壤的非毛管孔隙度和毛管孔隙度小，变幅分别是1.42%~11.24%和28.24%~45.21，平均值分别为5.54%和36.0%。土壤渗透性低，变幅为痕量~4.11mm·min-1，平均值0.44mm·min-1。表明城市林业土壤紧实，结构性和土壤通气透水能力较差，不利于植物的生长发育。0102030405060701.14-1.261.26-1.501.50容重/(g/cm3)频率/%0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.004.5-5.55.5-6.56.5-7.57.5pH频率/%0-20cm20-40cm图1土壤密度分布频率Fig.1Frequencydistributionofsoilbulkdensity图2土壤pH分布频率Fig.2FrequencydistributionofpH城市林业土壤的质地质地是一项比较稳定的土壤指标，对土壤肥力有重要影响。南京市城市林业土壤质地(美国制)类型有：粉壤土、粉土、粉质粘壤土、壤土、壤质砂土和砂质壤土，它们所占的比例分别为60.42%、8.33%、10.42%、14.58%、2.08%和4.17%。南京城市林业土壤质地以粉壤土为主，表现出良好的质地类型。另外，土壤中普遍含有砾石，但含量不是很高，其中少砾土(2-7.5mm砾石占体积5%~15%)的比例为33.33%，中砾土(2-7.5mm砾石占体积15%~30%)的比例为12.5%。表明南京城市林业土壤保水、保肥和保温能力相对较好。3.3城市林业土壤的阳离子交换量土壤阳离子交换量(CEC)是土壤保肥能力的指标。一般认为CEC低于10cmol(+)·kg-1的土壤保肥能力较差，土壤肥力低。南京城市林业0-20cm土壤的CEC变幅为8.71~23.99cmol(+)·kg-1，平均为16.52cmol(+)·kg-1；20-40cm土壤的CEC变幅为10.41~27.69cmol(+)·kg-1，平均为17.43cmol(+)·kg-1。表明南京城市林业土壤的保肥能力较强。3.4城市林业土壤的pH土壤酸碱性是土壤重要的化学性质，是成土条件、理化性质、肥力特征的综合反映，也是划分土壤类型、评价土壤肥力的重要指标，许多研究表明城市土壤偏碱性[9]。试验表明，南京城市林业0-20cm土壤的pH值变幅为4.85~8.00，平均值为7.26，中性土(pH6.5~7.5)和碱性土(pH7.5)所占的比例较大，分别为20.83%和64.58%(图2)。20-40cm土壤的pH值变幅为4.88~8.35，平均值为7.23，同样中性土和碱性土所占的比例较大，分别为15.56%和64.44%。另外，城郊天然林0-20cm和20-40cm土壤的pH值平均值分别为6.82和6.62，非天然林土壤0-20cm和20-40cm的pH值平均值分别为7.49和7.56。因此，土壤偏碱性，非天然林的土壤pH明显高于城郊天然林下的土壤pH。3.5城市林业土壤的有机质和全氮含量南京城市林业0-20cm土壤的有机质变幅为3.13~41.02g·kg-1，平均值为13.84g·kg-1；20-40cm土壤的有机质变幅为0.65~25.42g·kg-1，平均值为7.77g·kg-1。根据全国第二次土壤普查土壤肥力状况分级标准[10]，南京城市林业上层土壤(0-20cm)的有机质含量在中偏低水平(有机质含量10~20g·kg-1)以下的累积频率为75%(图3)；下层土壤(20-40cm)的有机质含量在中偏低水平以下的累积频率为93%。因此，南京城市林业土壤的有机质含量总体处于低水平。城市林业土壤的全氮含量与有机质含量成线性正相关，相关系数为0.92（P0.01）。全氮含量的分布状况与有机质一致(图4)，上层土壤全氮含量在中偏低水平(0.75-1.0g·kg-1)以下的累积频率为77.1%，下层土壤全氮含量在中偏低水平以下的累积频率为95.56%。因此，南京城市林业土壤氮素缺乏。有机质/(g/kg)频数/%0-20cm20-40cm0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.000.50.5-0.750.75-1.01.0-1.51.5-2.0全氮/(g/kg)频数/%0-20cm20-40cm3.6城市林业土壤的有效磷和速效钾含量张甘霖等研究表明：南京城市土壤的全磷和有效磷明显富集[5]。本试验结果表明，南京城市林业土壤有效磷含量分布不均(图5)，三级(有效磷含量10~20mg·kg-1)、四级(有效磷含量5~10mg·kg-1)和六级(有效磷含量3mg·kg-1)水平的频率较高，上层土壤分别为20.83%、33.33%和20.83%，下层土壤分别为28.89%、28.89%和26.67%。有效磷在城区林业土壤中富集，0-20cm和20-40cm城区林业土壤的有效磷含量平均值分别为13.89mg·kg-1和11.37mg·kg-1。城郊天然林土壤有效磷明显缺乏，0-20cm和20-40cm城郊天然林土壤的有效磷含量平均值分别为5.5mg·kg-1和3.32mg·kg-1。南京城市林业上层土壤的速效钾变幅为37.13~220.09mg·kg-1，平均值114.93mg·kg-1；下层土壤的速效钾变幅为49.21~207.72mg·kg-1，平均值107.68mg·kg-1。土壤速效钾富集，根据全国第二次土壤普查土壤肥力状况分级标准，上层土壤的速效钾含量在四级以上的累积频率为95.45%(图6)，下层土壤的速效钾含量在四级以上的累积频率为95.12%。与磷素分布特征一样，速效钾也表现为城区林业土壤的含量明显高于城郊天然林土壤。3.7城市林业土壤的酶活性南京城市林业土壤过氧化氢酶活性变幅为0.19~0.37ml·g-1，平均为0.28ml·g-1。由表2可知，城市林业土壤过氧化氢酶活性的差异主要表现为客土显著高于原土，而不同植被类型下和在0-40cm的土层内没有显著性差异。城市林业土壤过氧化氢酶活性与有机质和全氮成负相关，相关系数分别为-0.12和-0.25，其中与全氮的负相关达