Effects of landscaping waste mulching on soil fertility of urban green space
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摘要:目的 本研究旨在探讨园林绿化废弃物覆盖对城市绿地土壤肥力影响，以期为园林绿化废弃物资源化利用解决城市绿地土壤问题提供依据。方法 本研究以北京市典型城市绿地土壤−圆明园为研究对象，通过野外试验设置4种不同处理：不覆盖（CK）、上层木片 + 下层堆置15 d的园林绿化废弃物堆肥（处理A）、上层木片 + 下层堆置30 d的园林绿化废弃物堆肥（处理B）、上层木片 + 下层堆置60 d的园林绿化废弃物堆肥（处理C），进行室内分析测定，结合修正的内梅罗指数法计算土壤综合肥力指数，运用Pearson相关性及逐步回归分析，分析不同覆盖处理对土壤综合肥力的影响。结果 0 ~ 10 cm土层中，C覆盖处理显著提高土壤有效磷、速效钾含量（P < 0.05）；10 ~ 20 cm土层中，C覆盖处理显著提高土壤速效钾含量（P < 0.05）。土壤综合肥力指数显示，C覆盖处理显著提高0 ~ 10 cm土层的综合肥力（P < 0.05）。修正的内梅罗指数法中Fimin值及逐步回归分析表明，土壤综合肥力限制因子为土壤密度及有效磷，土壤综合肥力最主要影响因子为有机质，其次为土壤有效磷及土壤密度。结论 综上，园林绿化废弃物覆盖对土壤理化性质及综合肥力有不同程度的影响，结果显示处理C为最佳覆盖方案，今后研究中要着重注意土壤肥力主要影响因子（土壤有机质、土壤密度及有效磷）的动态变化及改善。Abstract:Objective This study aimed to explore the impact of landscaping waste mulching on soil fertility of urban green spaces, in order to provide a basis for the resource utilization of landscaping waste to solve urban green space soil problems.Method The Old Summer Palace, a typical urban green space soil in Beijing, was taken as the research object. Through field experiments, four different treatments were set up: no covering (CK), the upper layer was wood chips + the lower layer was landscaping waste compost for 15 d (A), the upper layer was wood chips + the lower layer was landscaping waste compost for 30 d (B), the upper layer was wood chips + the lower layer was landscaping waste compost for 60 d (C), and then analyzed and measured in the laboratory. Combined with the modified Nemerow index method, the comprehensive soil fertility index was calculated. Pearson correlation and stepwise regression analysis were used to analyze the effects of different mulching treatments on soil fertility.Result In 0−10 cm soil layer, the contents of soil available phosphorus and available potassium were significantly increased by C mulching treatment (P < 0.05); in 10−20 cm soil layer, the content of soil available potassium was significantly increased by C mulching treatment (P < 0.05). The comprehensive fertility index of soil showed that the comprehensive fertility of 0−10 cm soil layer was significantly improved by C mulching treatment (P < 0.05). The Fimin value in the modified Nemero index method and stepwise regression analysis showed that the limiting factors of soil comprehensive fertility were soil bulk density and available phosphorus, soil organic matter was the most important factor affecting soil comprehensive fertility, followed by soil available phosphorus and soil bulk density.Conclusion In conclusion, landscaping waste mulching had different degrees of influence on soil physicochemical properties and comprehensive fertility. The results show that treatment C is the best mulching scheme. In the future research, we should pay more attention to the dynamic change and improvement of the main influencing factors of soil fertility (soil organic matter, soil bulk density and available phosphorus).
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Keywords:
- landscaping waste /
- resource utilization /
- compost /
- covering /
- urban green space soil
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城市绿地不仅是关乎居民生活水平质量、提供人类健康生活的基础保障，更重要的是其所发挥的生态服务功能，如美化城市环境、涵养水土、保持空气洁净、减尘降噪等[1-2]。在人类系列活动的干扰下，城市绿地土壤生态系统退化状况日趋严重[3]，主要表现在土壤中混入建筑垃圾、石灰等废渣，土壤原本自然层次结构体破坏严重，土壤密度显著增加，土壤养分匮乏、供肥保肥能力减弱等[4-5]。城市绿地土壤质量改善已成为生态领域研究热点。
目前，有机无机覆盖物广泛应用于城市绿化中，但其更注重于覆盖物的美观效应及抑制扬尘等物理效应[6-8]，对于土壤综合肥力的影响研究较少。土壤肥力分级评价成为当今评估城市绿地土壤综合肥力的重要手段，许多学者运用内梅罗指数、模糊数学模型等手段对城市绿地进行评价，如骆玉珍等[9]、卢瑛等[10]、司志国等[11]对上海、深圳、徐州等城市绿地进行评价，但是城市土壤改良后的评价研究则鲜有报道。
在城市园林美化中所产生的自然凋落或经修剪产生的枯枝落叶、杂草、残花废草等园林绿化废弃物，有机质、木质素及纤维素较丰富，采用传统焚烧填埋等利用方式，不仅造成资源浪费，同时对大气环境也造成不可逆的有害影响。因此，将园林绿化废弃物进行资源化利用，不仅可节约资源，又可将其“变废为宝”[12-13]。作为改良城市绿地土壤的原材料，对比其他城市生活垃圾及污泥等，园林绿化废弃物堆肥后其安全性更好，利用率更高，不同堆置时间的园林绿化废弃物堆肥的性质及分解释放养分量也有所不同[14-15]。
综上，本研究针对城市绿地土壤养分含量低下、土壤质量下降等现状，采用分层式处理（上层木片 + 下层园林绿化废弃物堆肥）对城市绿地土壤进行覆盖。其中，上层主要作用为保水保温、美化环境以及防止下层堆肥损失，下层堆肥设置不同堆置天数为不同处理，研究园林绿化废弃物覆盖对城市绿地土壤肥力动态变化特征的影响，并结合修正的内梅罗指数法对覆盖后的土壤肥力进行综合评价。旨在科学把握土壤肥力改良效果，以此确定最优覆盖方案，以期为提高城市绿地土壤质量，选择适合城市绿地发展的最佳覆盖方式提供科学依据，为城市绿地可持续发展提供数据支撑。
1. 研究区概况与研究方法
1.1 研究区概况
试验区位于北京市海淀区圆明园遗址公园东侧（116°19′28″E、40°01′07″N）空旷裸露地块，当地属暖温带大陆性季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，年平均气温13.7 ℃，最高温度和最低温度分别为38.7和−14.9 ℃，年平均降水量约502.7 mm。研究区域面积约1 200 m2，地上植被主要为五角枫（Acer mono）、洋白蜡（Fraxinus pennsylvanica）和白皮松（Pinus bungeana）等。供试土壤主要理化性质详见表1。
表 1 供试土壤不同土层主要理化性质Table 1. Main physicochemical properties of different soil layers of the tested soil深度
Depth/cm土壤密度
Soil bulk density
(BD)/(g·cm−3)pH 有机质
Soil organic matter
(SOM)/(g·kg−1)全氮
Total nitrogen
(TN)/(g·kg−1)碱解氮
Available nitrogen
(AN)/(mg·kg−1)有效磷
Available phosphorus
(AP)/(mg·kg−1)速效钾
Available potassium
(AK)/(mg·kg−1)0 ~ 10 1.53 8.01 21.92 0.89 148.45 1.64 200.40 10 ~ 20 1.68 8.01 16.46 0.73 95.96 4.32 112.02 1.2 供试材料
铺设材料由两部分组成，上层均为2.5 cm厚的不同树种（主要为北京市常见的毛白杨（Populus tomentosa）、槐（Sophora japonica）等）产生的园林绿化废弃物原材料，粒径为约6 cm的木片，购于北京荔驰公司，其有机碳含量为559.33 g/kg，全氮含量为10.85 g/kg。下层为2.5 cm厚的不同堆置天数的园林绿化废弃物，堆置天数为15、30、60 d，其有机碳质量分数分别为340.46、323.09、298.35 g/kg，全氮质量分数分别为11.35、11.52、12.84 g/kg，铺设厚度共5 cm。
1.3 试验设计
于2019年11月份进行铺设试验，并于2020年8月进行土样采样及室内分析。试验共设4个处理，分别为不覆盖（CK）、上层木片 + 下层堆置15 d园林绿化废弃物堆肥（处理A）、上层木片 + 下层堆置30 d园林绿化废弃物堆肥（处理B）、上层木片 + 下层堆置60 d园林绿化废弃物堆肥（处理C），每种处理设3次重复。将地表进行简单松土后，再均匀铺设各种覆盖物材料。
1.4 土样采集与测定
1.4.1 土样采集
于2020年8月份采集土样，具体采样方法：在试验开始前，将试验区表层覆盖物清除，分别用环刀和土钻取0 ~ 10 cm、10 ~ 20 cm的土壤。采集的土样在实验室风干盘中自然风干，避免阳光直接照射，捡去石头和可见根茎等杂物，同时在风干过程中，不停地用手将土块捏碎，待土壤样品完全风干以后，根据测定所需要的不同标准要求将土壤样品分别过2 mm和0.25 mm筛备用。
1.4.2 土壤样品测定
本试验共测定土壤密度（BD）、pH、有机质（SOM）、全氮（TN）、碱解氮（AN）、有效磷（AP）、速效钾（AK）7个指标。土壤密度采用环刀法测定；土壤pH采用土水比（1∶2.5）pH计法测定；土壤有机质采用重铬酸钾容量法−稀释热法测定；土壤全氮采用浓H2SO4消煮−凯氏定氮法测定；土壤碱解氮采用碱解扩散法测定；土壤有效磷采用NaHCO3浸提−钼锑抗比色法测定；土壤速效钾采用NH4OAc-火焰光度计法测定[16]。
1.5 数据分析
1.5.1 土壤综合肥力指数计算
参照全国第二次普查对土壤养分因子进行单项评级（表2），选取与土壤肥力相关的7个养分因子，将各个养分因子标准化后，参照改进的内梅罗指数法对土壤综合肥力进行归纳[9, 17]，其计算公式为：
表 2 土壤养分含量分级标准Table 2. Classification criterion of soil nutrients级别 Grade SOM/(g·kg−1) TN/(g·kg−1) AN/(mg·kg−1) AP/(mg·kg−1) AK/(mg·kg−1) 评价 Evaluation 1 > 40 > 2.00 > 150 > 40 > 200 很高 Very high 2 30 ~ 40 1.50 ~ 2.00 120 ~ 150 20 ~ 40 150 ~ 200 高 High 3 20 ~ 30 1.00 ~ 1.50 90 ~ 120 10 ~ 20 100 ~ 150 中上 Slightly above average 4 10 ~ 20 0.75 ~ 1.00 60 ~ 90 5 ~ 10 50 ~ 100 中下 Slightly below average 5 6 ~ 10 0.50 ~ 0.75 30 ~ 60 3 ~ 5 30 ~ 50 低 Low 6 < 6 < 0.50 < 30 < 3 < 30 很低 Very low F=(n−1n)√(¯Fi)2+(Fimin)22 式中：F为土壤综合肥力指数，
¯Fi 为土壤各个肥力指标的分肥力指数平均值，Fimin为土壤各个肥力指标各分肥力指数的最小值，n为代入公式的测定指标个数。1.5.2 数据处理
采用Excel 2019进行图表绘制，应用SPSS 22.0对不同处理及各项指标进行方差分析、多重比较、Pearson相关分析及逐步回归分析。
2. 结果与分析
2.1 不同处理对城市绿地土壤肥力因子影响
不同处理下，土壤肥力因子变化如图所示。供试土壤表层密度均值在1.49 ~ 1.65 g/cm3，在0 ~ 10 cm土层，土壤密度大小排序为处理A < C < B < CK，而在10 ~ 20 cm土层，土壤密度大小排序为C < A < B < CK。覆盖处理可降低土壤密度，但差异不显著。
由图1可知，供试土壤pH偏高，为碱性土壤。0 ~ 10 cm土层pH变幅为7.94 ~ 8.05，从大到小依次为C > CK > A > B，差异不显著。10 ~ 20 cm土层pH范围为8.06 ~ 8.38，从大到小依次为A > B > C > CK，A覆盖处理显著高于CK（P < 0.05），3种覆盖处理间并不显著。从土壤养分含量来看，经过园林绿化废弃物覆盖，除土壤有效磷外，0 ~ 10 cm、10 ~ 20 cm土层养分含量都有不同程度的提高。其中，0 ~ 10 cm土层中，有效磷、速效钾含量随园林绿化废弃物堆置天数增加而增加，在C覆盖处理下达到最大值，且显著高于CK（P < 0.05），在10 ~ 20 cm土层中，B覆盖处理有效磷含量显著低于CK（P < 0.05），其他3种处理间均无显著差异。10 ~ 20 cm土层中，C覆盖处理土壤SOM、全氮含量显著高于CK（P < 0.05），分别提高了28.8%、26.0%，其他3种处理差异并不显著。
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图 1 不同处理土壤肥力因子特征图柱上方大写字母表示不同处理在0 ~ 10 cm土层差异显著性(P < 0.05)，小写字母表示不同处理在10 ~ 20 cm土层差异显著性(P < 0.05)。下同。Uppercase letters on the bar indicat significant difference between varied treatments in 0−10 cm soil layer (P < 0.05), while lowercase letters indicate significant difference between varied treatments in 10−20 cm soil layer (P < 0.05). The same below.Figure 1. Characteristics of soil fertility factors under different treatments2.2 不同处理对土壤综合肥力指数影响
通过改进的内梅罗指数法计算得出土壤综合肥力指数如表3所示。0 ~ 10 cm土层土壤综合肥力指数变幅为1.088 ~ 1.428，该指数随园林绿化废弃物下层堆肥的堆置天数增加而增加，C覆盖处理下达到最大值，较CK显著提升了31.3%（P < 0.05）。10 ~ 20 cm土层中土壤综合肥力指数变幅为1.004 ~ 1.134，其大小顺序依次为C > A > CK > B，4种处理间差异并不显著。从表2看出，土壤密度、有效磷的Fi值均小于其他指标，据“最小因子定律”，土壤密度及有效磷是制约土壤综合肥力发展的主要因子。
表 3 不同处理土壤各属性肥力系数与综合肥力系数Table 3. Soil property fertility coefficient and comprehensive fertility coefficient of different treatments处理 Treatment 深度 Depth/cm Fi ¯Fi F SOM BD pH AN AP AK TN A 0 ~ 10 2.573 1.715 2.043 2.839 0.728 3.000 1.777 2.096 1.346AB 10 ~ 20 2.005 1.334 1.620 1.972 0.509 3.000 1.284 1.675 1.061a B 0 ~ 10 2.756 1.143 2.063 2.918 0.885 3.000 1.934 2.100 1.374AB 10 ~ 20 1.901 0.941 1.760 1.956 0.383 2.918 1.295 1.594 1.004a C 0 ~ 10 2.527 1.376 1.910 2.898 1.200 3.000 1.600 2.073 1.428A 10 ~ 20 2.201 1.226 1.787 2.011 0.679 2.844 1.406 1.736 1.134a CK 0 ~ 10 2.192 0.976 1.947 2.440 0.346 3.000 1.418 1.760 1.088B 10 ~ 20 1.709 0.880 1.940 1.644 0.970 2.036 1.116 1.471 1.018a 注：F为土壤综合肥力指数，Fi为土壤各个肥力指标的分肥力指数，¯Fi为土壤各个肥力指标的分肥力指数平均值。Notes: F is the comprehensive soil fertility index, Fi is the fertility index of each fertility index of the soil, and ¯Fi is the average value of fertility index of each fertility index of soil. 2.3 覆盖处理及土层深度对土壤肥力因子与肥力系数的影响
从表4可知，除土壤有效磷外，土层深度对土壤密度（P < 0.05）、土壤其他养分因子及土壤综合肥力指数（P < 0.01）的影响达到显著水平。覆盖处理对速效钾影响达到极显著水平（P < 0.01），对其他土壤肥力因子及土壤综合肥力指数的影响不显著。深度与覆盖处理的交互作用对有效磷影响达到极显著水平（P < 0.01），对速效钾影响达到显著水平（P < 0.05），对土壤其他因子无显著影响。
表 4 覆盖处理及土层深度的双因素分析Table 4. Two-factor analysis of mulch treatment and soil depth指标
Index覆盖处理
Mulching treatment (M)深度
Depth (D)M × D SOM 0.106 0.000** 0.507 BD 0.085 0.015* 0.579 pH 0.498 0.002** 0.091 AN 0.132 0.000** 0.899 AP 0.187 0.193 0.008** AK 0.000** 0.000** 0.025* TN 0.08 0.000** 0.367 F 0.085 0.000** 0.553 注：*表示差异水平显著(P < 0.05)；**表示差异水平极显著(P < 0.01)。Notes: * indicates significant difference (P < 0.05); ** indicates extremely significant difference (P < 0.01). 2.4 土壤肥力因子间相关性及逐步回归分析
土壤各项指标相关性分析（表5）表明，土壤密度与pH、土壤各个养分因子呈现负相关性，其中，土壤密度与碱解氮、全氮呈显著负相关（P < 0.05），与速效钾呈极显著负相关（P < 0.01）；pH与土壤养分因子中的碱解氮、全氮负相关性达到极显著水平（P < 0.01）。纵观土壤各个养分因子之间的相关性，除有效磷外，其他各个养分因子之间（SOM、AN、AK、TN）正相关性达到极显著水平（P < 0.01），有效磷并未与其他养分因子呈现出显著相关性。土壤综合肥力指数与土壤肥力因子相关性显示，土壤有效磷与土壤综合肥力指数呈现显著正相关（P < 0.05），SOM、AN、AK、TN与土壤综合肥力指数呈现极显著正相关（P < 0.01），土壤pH、土壤密度与土壤综合肥力指数负相关性达到极显著水平（P < 0.01）。
表 5 土壤各指标之间相关性Table 5. Correlations among soil indexes指标 Index SOM BD PH AN AP AK TN F SOM 1 BD −0.581** 1 PH −0.508* 0.025 1 AN 0.844** −0.470* −0.581** 1 AP 0.396 −0.140 −0.318 0.286 1 AK 0.631** −0.554** −0.321 0.725** 0.344 1 TN 0.929** −0.417* −0.585** 0.896** 0.356 0.626** 1 F 0.995** −0.591** −0.517** 0.847** 0.466* 0.655** 0.922** 1 注：*表示显著相关(P < 0.05)；**表示极显著相关(P < 0.01)。Notes: * indicates significant correlation (P < 0.05); ** indicates extremely significant correlation (P < 0.01). 由表5得出，土壤综合肥力指数与土壤各肥力因子相关性达到显著或极显著水平，但土壤肥力因子并非都是相互独立作用于土壤综合肥力，他们之间彼此联系、彼此制约，共同影响土壤综合肥力。为确定土壤综合肥力主要影响因子，通过逐步分析法对各个变量进行筛选，以获得其主导影响因子。经过逐步回归分析，最终筛选出土壤综合肥力指数的3个主导影响因子，分别是土壤SOM、土壤有效磷、土壤密度，土壤综合肥力指数与3个主导因子逐步回归方程为：F = 0.083 + 0.638FSOM + 0.014FAP − 0.087FBD（R2 = 0.997），土壤综合肥力指数与这3个指标极显著相关（P < 0.01）。SOM是第一个进入方程的指标，是最主要影响因子，其次为有效磷、土壤密度。
3. 讨 论
3.1 园林绿化废弃物覆盖对城市绿地土壤肥力因子的影响
土壤pH与养分有效性、微生物活性、植物能否健康生长方面有着紧密联系[17]。研究区土壤pH值范围在7.9 ~ 8.4，与北京市山区土壤[18]相比，山区土壤偏酸性，城市绿地土壤偏碱性，这与上海市[9]、成都市[19]各大城市绿地土壤基本一致。这主要是由于城市绿地回填土中混有石灰、建筑垃圾等以及碳酸盐与重碳酸盐沉积累积所造成[20]。这一表现几乎成为国内各大城市的共性体现。经过覆盖处理后，土壤pH有一定程度提高。在10 ~ 20 cm土层中，A覆盖处理pH显著高于CK，其他3种处理间差异并不显著。这可能是由于覆盖物下层堆肥本身pH较高，进入土壤后使得土壤pH上升，而堆肥前期pH上升较快，中后期由于部分有机酸产生使pH下降[21-22]，使得A覆盖处理土壤pH显著提高。土壤密度作为土壤物理指标，一定程度上反映了土壤孔隙度、土壤透气保水渗水性能，影响植物扎根等，试验区表层土壤密度变幅为1.49 ~ 1.65 g/cm3，较自然土壤（一般约为1.38 g/cm3）更加紧实，土壤压实严重，严重影响了土壤渗水蓄水功能，土壤通气持水性差，一定程度上影响了植物健康生长[23-24]，有研究表明，当土壤密度大于1.60 g/cm3已严重影响了植物根系在土壤中穿插伸展，对植物吸取水分及养分造成严重不利影响[25]。城市绿地土壤出现此类现象的原因主要是由于人为踩踏或机械作业等造成土壤密度增加，使得土壤物理性质变差。经覆盖处理后，土壤密度有一定程度降低，C覆盖处理效果最好，但与CK间差异并不显著，这可能是由于土壤覆盖时间较短，改善效果尚不明显。
土壤各养分因子在土壤生态系统中发挥着不可替代作用，土壤有机质是衡量土壤养分的重要指标，是维持植物正常生长的重要因子[26]。据全国第二次土壤普查表（表2），供试土壤有机质含量水平中等偏上，大致为3 ~ 4级，这与张骏达[27]的研究一致。其他养分因子中，土壤全氮含量水平为3 ~ 4级；碱解氮含量水平为2 ~ 3级；速效钾含量水平为1 ~ 3级；有效磷含量水平为5 ~ 6级，含量极低。供试土壤中磷素缺乏，这与大多城市富磷特征相反[17, 20]，可能是由于土壤pH较高，土壤石灰等碱性废料较多，Ca2+、Mg2+较多降低了磷的有效性[28-29]。C覆盖处理将表层土壤有效磷含量由6级提升至4级，将深层土壤有机质及全氮含量由4级提升为3级，速效钾含量由3级提升至1级。由此可见，经覆盖后，土壤中养分都有一定程度提高，与王慧丽、翟婉璐等[30-31]研究一致。上述结果很可能与覆盖物下层堆肥基质有关，由于下层园林绿化废弃物堆肥的堆置天数越长，园林绿化废弃物本身分解的越完全，释放的养分越多[32-34]，上层覆盖物起到截流保温作用，减少了土壤养分流失，使得土壤表层养分含量增加。
覆盖处理与土层深度对土壤各肥力因子交互作用显示，土壤各肥力因子动态变化不仅受覆盖处理的影响，也受到土层深度的影响。0 ~ 10 cm土层中土壤各肥力因子特征优于10 ~ 20 cm土层，这表明短期园林绿化废弃物覆盖对于土壤表层肥力因子影响显著，但对于土壤深层肥力因子的改善尚未明确。我们发现B覆盖处理0 ~ 10 cm土层中土壤有效磷相对高于CK，而10 ~ 20 cm却显著低于CK；10 ~ 20 cm土层中，C覆盖处理土壤SOM、全氮含量显著高于CK，而0 ~ 10 cm土壤SOM、全氮含量却与CK无显著差异，这可能是由于地表条件、人为活动及环境差异等因素影响，造成表层与深层土壤在土壤学性质及物理化学特征具有较大差异，土壤肥力因子的动态变化过程以及对外界环境变化的响应不同，所以土壤肥力因子出现了一定的区域效应及尺度效应[35-37]。
3.2 园林绿化废弃物覆盖对城市绿地土壤综合肥力影响
由于土壤中各肥力因子相互联系，共同作用于土壤肥力，本研究通过改进的内梅罗指数法对各处理土壤进行综合肥力评价分析，根据土壤综合肥力指数可将不同处理下土壤肥力分级，当F值低于0.9时，土壤肥力为第4级、贫瘠水平；当F值在0.9 ~ 1.8内，土壤肥力为第3级、中等水平；当F值在1.8 ~ 2.7内，土壤肥力为第2级、肥沃水平；当F值高于2.7时，土壤肥力为第1级、很肥沃水平[11, 35, 38]。根据土壤综合肥力分级标准，4种处理下0 ~ 10 cm、10 ~ 20 cm土层F值在0.9 ~ 1.8范围内，土壤肥力为中等；在0 ~ 10 cm土层内，C覆盖处理综合肥力指数显著高于CK；10 ~ 20 cm土层内，4种处理间综合肥力指数差异并不显著。这可能是由于较短的覆盖周期内，覆盖物分解进入表层土壤，土壤养分存有一定的表聚现象，对于深层土壤养分含量影响暂不显著，但在C覆盖处理中，10 ~ 20 cm土层各养分指标及综合肥力指数有上升趋势。
采用改进后的内梅罗指数法，通过Fimin找出土壤综合肥力系数的限制因子。通过表3得出，土壤密度与有效磷的Fi值低于其他土壤指标，即供试土壤肥力提高受土壤密度及有效磷制约。通过Pearson相关和逐步分析法得出，土壤有机质、土壤有效磷、土壤密度与土壤肥力系数最为相关，其中土壤有机质为最主要影响因子，依次下来分别为土壤有效磷、土壤密度。在今后城市绿地土壤日常管理与维护中，要着重注意园林绿化废弃物覆盖对限制因子的阶段性及长期改善效应。
4. 结 论
C覆盖处理（上层园林绿化废弃物原材料 + 下层堆置60 d园林绿化废弃物）显著提高0 ~ 10 cm土层中有效磷、速效钾以及10 ~ 20 cm土层中速效钾含量。土壤综合肥力指数显示，C覆盖处理显著提高0 ~ 10 cm土壤综合肥力。综上所述，C覆盖处理为最佳覆盖方案。经过修正的内梅罗指数法、Pearson相关性及逐步回归分析，明确该土壤综合肥力限制因子为土壤密度及土壤有效磷；土壤综合肥力最主要影响因子为土壤有机质，其次为土壤有效磷、土壤密度。在今后研究中，要注重园林绿化废弃物覆盖对土壤肥力主要影响因子的改善效应，从而更好地提高城市绿地土壤质量。
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图 1 不同处理土壤肥力因子特征
图柱上方大写字母表示不同处理在0 ~ 10 cm土层差异显著性(P < 0.05)，小写字母表示不同处理在10 ~ 20 cm土层差异显著性(P < 0.05)。下同。Uppercase letters on the bar indicat significant difference between varied treatments in 0−10 cm soil layer (P < 0.05), while lowercase letters indicate significant difference between varied treatments in 10−20 cm soil layer (P < 0.05). The same below.
Figure 1. Characteristics of soil fertility factors under different treatments
表 1 供试土壤不同土层主要理化性质
Table 1 Main physicochemical properties of different soil layers of the tested soil
深度
Depth/cm土壤密度
Soil bulk density
(BD)/(g·cm−3)pH 有机质
Soil organic matter
(SOM)/(g·kg−1)全氮
Total nitrogen
(TN)/(g·kg−1)碱解氮
Available nitrogen
(AN)/(mg·kg−1)有效磷
Available phosphorus
(AP)/(mg·kg−1)速效钾
Available potassium
(AK)/(mg·kg−1)0 ~ 10 1.53 8.01 21.92 0.89 148.45 1.64 200.40 10 ~ 20 1.68 8.01 16.46 0.73 95.96 4.32 112.02 
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表 2 土壤养分含量分级标准
Table 2 Classification criterion of soil nutrients
级别 Grade SOM/(g·kg−1) TN/(g·kg−1) AN/(mg·kg−1) AP/(mg·kg−1) AK/(mg·kg−1) 评价 Evaluation 1 > 40 > 2.00 > 150 > 40 > 200 很高 Very high 2 30 ~ 40 1.50 ~ 2.00 120 ~ 150 20 ~ 40 150 ~ 200 高 High 3 20 ~ 30 1.00 ~ 1.50 90 ~ 120 10 ~ 20 100 ~ 150 中上 Slightly above average 4 10 ~ 20 0.75 ~ 1.00 60 ~ 90 5 ~ 10 50 ~ 100 中下 Slightly below average 5 6 ~ 10 0.50 ~ 0.75 30 ~ 60 3 ~ 5 30 ~ 50 低 Low 6 < 6 < 0.50 < 30 < 3 < 30 很低 Very low
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表 3 不同处理土壤各属性肥力系数与综合肥力系数
Table 3 Soil property fertility coefficient and comprehensive fertility coefficient of different treatments
处理 Treatment 深度 Depth/cm Fi ¯Fi F SOM BD pH AN AP AK TN A 0 ~ 10 2.573 1.715 2.043 2.839 0.728 3.000 1.777 2.096 1.346AB 10 ~ 20 2.005 1.334 1.620 1.972 0.509 3.000 1.284 1.675 1.061a B 0 ~ 10 2.756 1.143 2.063 2.918 0.885 3.000 1.934 2.100 1.374AB 10 ~ 20 1.901 0.941 1.760 1.956 0.383 2.918 1.295 1.594 1.004a C 0 ~ 10 2.527 1.376 1.910 2.898 1.200 3.000 1.600 2.073 1.428A 10 ~ 20 2.201 1.226 1.787 2.011 0.679 2.844 1.406 1.736 1.134a CK 0 ~ 10 2.192 0.976 1.947 2.440 0.346 3.000 1.418 1.760 1.088B 10 ~ 20 1.709 0.880 1.940 1.644 0.970 2.036 1.116 1.471 1.018a 注：F为土壤综合肥力指数，Fi为土壤各个肥力指标的分肥力指数，¯Fi为土壤各个肥力指标的分肥力指数平均值。Notes: F is the comprehensive soil fertility index, Fi is the fertility index of each fertility index of the soil, and ¯Fi is the average value of fertility index of each fertility index of soil.
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表 4 覆盖处理及土层深度的双因素分析
Table 4 Two-factor analysis of mulch treatment and soil depth
指标
Index覆盖处理
Mulching treatment (M)深度
Depth (D)M × D SOM 0.106 0.000** 0.507 BD 0.085 0.015* 0.579 pH 0.498 0.002** 0.091 AN 0.132 0.000** 0.899 AP 0.187 0.193 0.008** AK 0.000** 0.000** 0.025* TN 0.08 0.000** 0.367 F 0.085 0.000** 0.553 注：*表示差异水平显著(P < 0.05)；**表示差异水平极显著(P < 0.01)。Notes: * indicates significant difference (P < 0.05); ** indicates extremely significant difference (P < 0.01).
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表 5 土壤各指标之间相关性
Table 5 Correlations among soil indexes
指标 Index SOM BD PH AN AP AK TN F SOM 1 BD −0.581** 1 PH −0.508* 0.025 1 AN 0.844** −0.470* −0.581** 1 AP 0.396 −0.140 −0.318 0.286 1 AK 0.631** −0.554** −0.321 0.725** 0.344 1 TN 0.929** −0.417* −0.585** 0.896** 0.356 0.626** 1 F 0.995** −0.591** −0.517** 0.847** 0.466* 0.655** 0.922** 1 注：*表示显著相关(P < 0.05)；**表示极显著相关(P < 0.01)。Notes: * indicates significant correlation (P < 0.05); ** indicates extremely significant correlation (P < 0.01).
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-
[1] 苏泳娴, 黄光庆, 陈修治, 等. 城市绿地的生态环境效应研究进展[J]. 生态学报, 2011, 31(23):302−315. Su Y X, Huang G Q, Chen X Z, et al. Research progress in the eco-environmental effects of urban green spaces[J]. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(23): 302−315.
[2] Morel J L, Chenu C, Lorenz K. Ecosystem services provided bysoils of urban, industrial traffic, mining, and military areas(SUITMAS)[J]. Journal of Soilsand Sediments, 2015, 15(8): 1659−1666. doi: 10.1007/s11368-014-0926-0
[3] 谢天, 侯鹰, 陈卫平, 等. 城市化对土壤生态环境的影响研究进展[J]. 生态学报, 2019, 39(4):1154−1164. Xie T, Hou Y, Chen W P, et al. Impact of urbanization on the soil ecological environment: a review[J]. Acta Ecologica Sinica, 2019, 39(4): 1154−1164.
[4] 伍海兵, 周建强, 方海兰. 上海中心城区绿地土壤水库特征[J]. 应用生态学报, 2017, 28(3):966−974. Wu H B, Zhou J Q, Fang H L. Soil water reservoir properties of green belts in the central urban area of Shanghai, China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2017, 28(3): 966−974.
[5] Clarke L W, Jenerette G D, Bain D J. Urban legacies and soil management affect the concentration and speciation of trace metals in Los Angeles community garden soils[J]. Environmental Pollution, 2015, 197: 1−12. doi: 10.1016/j.envpol.2014.11.015
[6] 侯世星, 李维, 孙玉红, 等. 覆盖生态木屑对城市公园土壤温湿度的影响[J]. 中国农学通报, 2020, 36(16):96−100. Hou S X, Li W, Sun Y H, et al. Covering ecological sawdust: effects on soil temperature and humidity in urban park[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2020, 36(16): 96−100.
[7] 熊凯毅. 不同覆盖措施对公园树池土壤理化性质的影响[D]. 北京: 北京林业大学, 2019. Xiong K Y. Effects of different mulching measures on physical and chemical properties of tree pool soil in park greenland[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2019.
[8] 陈玉娟. 有机覆盖物对城市绿地土壤的影响[D]. 北京: 中国林业科学研究院, 2009. Chen Y J. Effects of organic mulch on the soil of urban green space[D]. Beijing: Chinese Academy of Forestry, 2009.
[9] 骆玉珍, 张维维, 李雅颖, 等. 上海市公园绿地土壤肥力特征分析与综合评价[J]. 中国土壤与肥料, 2019(6):86−93. doi: 10.11838/sfsc.1673-6257.18508 Luo Y Z, Zhang W W, Li Y Y, et al. Analysis and comprehensive evaluation of soil fertility characteristics for the urban park in Shanghai[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2019(6): 86−93. doi: 10.11838/sfsc.1673-6257.18508
[10] 卢瑛, 甘海华, 史正军, 等. 深圳城市绿地土壤肥力质量评价及管理对策[J]. 水土保持学报, 2005, 19(1):153−156. doi: 10.3321/j.issn:1009-2242.2005.01.038 Lu Y, Gan H H, Shi Z J, et al. Soil fertility quality assessment and managing measures for urban green space in Shenzhen City[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2005, 19(1): 153−156. doi: 10.3321/j.issn:1009-2242.2005.01.038
[11] 司志国, 彭志宏, 俞元春, 等. 徐州城市绿地土壤肥力质量评价[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2013, 37(3):60−64. Si Z G, Peng Z H, Yu Y C, et al. Fertility quality assessment of urban green space soils in Xuzhou City[J]. Journal of Nanjing Forestry University (Natural Sciences Edition), 2013, 37(3): 60−64.
[12] 曲炳鹏, 孙向阳, 李素艳, 等. 园林废弃物生态覆盖垫的制备及其水分特性[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(10):77−85. Qu B P, Sun X Y, Li S Y, et al. Manufacturing process and hydrological characteristics of ecological mulching mats made from green waste[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(10): 77−85.
[13] 张璐, 孙向阳, 田赟. 园林废弃物堆肥用于青苹果竹芋栽培研究[J]. 北京林业大学学报, 2011, 33(5):109−114. Zhang L, Sun X Y, Tian Y. Application of green waste compost for Calathca rotundifola cv. Fasciata cultivation[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2011, 33(5): 109−114.
[14] 于鑫. 北京市园林绿化废弃物再利用调查及堆肥实验研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2010. Yu X. Survey on the recycling status of Beijing garden waste and study on garden waste composting[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2010.
[15] 田赟. 园林废弃物堆肥化处理及其产品的应用研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2012. Tian Y. Green waste composting and the products as the peat substitutes in growth media[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2012.
[16] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京: 中国农业出版社, 2000. Bao S D. Soil agicultural chemistry analysis[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2000.
[17] 周伟, 王文杰, 张波, 等. 长春城市森林绿地土壤肥力评价[J]. 生态学报, 2017, 37(4):1211−1220. Zhou W, Wang W J, Zhang B, et al. Soil fertility evaluation for urban forests and green spaces in Changchun City[J]. Acta Ecologica Sinica, 2017, 37(4): 1211−1220.
[18] 张连金, 赖光辉, 孙长忠, 等. 北京九龙山不同林分土壤肥力诊断与综合评价[J]. 中南林业科技大学学报, 2017, 37(1):1−6. Zhang L J, Lai G H, Sun C Z, et al. Diagnosis and comprehensive evaluation on soil fertility of different stands in Beijing Jiulong Mountain[J]. Journal of Central South University of Forestry & Technology, 2017, 37(1): 1−6.
[19] 安吉, 李婷, 傅翔, 等. 城市化梯度带绿地土壤碳氮的空间分布特征[J]. 生态学杂志, 2019, 38(9):2780−2787. An J, Li T, Fu X, et al. Spatial distribution of soil carbon and nitrogen in green lands along an urbanization gradient[J]. Chinese Journal of Ecology, 2019, 38(9): 2780−2787.
[20] 秦娟, 许克福. 我国城市绿地土壤质量研究综述与展望[J]. 生态科学, 2018, 37(1):200−210. Qin J, Xu K F. Research summary and prospect of urban green space soil quality in China[J]. Ecological Science, 2018, 37(1): 200−210.
[21] 杨娜, 郭素娟, 张峰. 板栗产区废弃物堆肥特性及腐熟度评价[J]. 北京林业大学学报, 2009, 31(6):198−202. Yang N, Guo S J, Zhang F. Characteristics of waste composting in Castanea mollissima Bl. areas and evaluation of maturity[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2009, 31(6): 198−202.
[22] 张相锋, 王洪涛, 周辉宇, 等. 花卉废物和牛粪联合堆肥中的氮迁移[J]. 环境科学, 2003(3):126−131. doi: 10.3321/j.issn:0250-3301.2003.03.025 Zhang X F, Wang H T, Zhou H Y, et al. Nitrogen transformation during co-composting of flower wastes and cattle manure[J]. Environmental Science, 2003(3): 126−131. doi: 10.3321/j.issn:0250-3301.2003.03.025
[23] 吕娇, Mustaq S, 崔义, 等. 土壤紧实度和凋落物覆盖对城市森林土壤持水、渗水能力的影响[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(8):102−111. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190476 Lü J, Mustaq S, Cui Y, et al. Effects of soil compactness and litter covering on soil water holding capacity and water infiltration ability in urban forest[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(8): 102−111. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190476
[24] Nawaz A, Lal R, Shrestha R K, et al. Mulching affects soil properties and greenhouse gas emissions under long-term no-till and plough-till systems in alfisol of central Ohio[J]. Land Degradation and Development, 2017, 28(2): 673−681. doi: 10.1002/ldr.2553
[25] Jim C Y. Physical and chemical properties of Hong Kong roadside soil in relation to urban tree growth[J]. Urban Ecosystems, 1998, 2(2): 171−181.
[26] 阿迪拉·阿布力米提, 王勇辉. 艾比湖湿地梭梭覆被下土壤有机质、盐分、水分含量特征[J]. 东北林业大学学报, 2020, 48(10):34−40. doi: 10.3969/j.issn.1000-5382.2020.10.007 Adila Abulimiti , Wang Y H. Soil organic matter, salinity, and water content in the Aibi Lake Wetland[J]. Journal of Northeast Forestry University, 2020, 48(10): 34−40. doi: 10.3969/j.issn.1000-5382.2020.10.007
[27] 张骏达. 北京市城区绿地土壤理化性质及细菌群落结构研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2019. Zhang J D. Study of physicochemical properties and bacterial community structure of urban green space in Beijing[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2019.
[28] 亢龙飞, 王静, 朱丽娜, 等. 不同形态磷酸盐及施用方式对石灰性土壤磷移动性和有效性的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(7):1179−1187. doi: 10.11674/zwyf.19436 Kang L F, Wang J, Zhu L N, et al. Mobility and availability of phosphate under different phosphate sources and application methods in calcareous soils[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2020, 26(7): 1179−1187. doi: 10.11674/zwyf.19436
[29] 陶晓, 俞元春, 张云彬, 等. 城市森林土壤碳氮磷含量及其生态化学计量特征[J]. 生态环境学报, 2020, 29(1):88−96. Tao X, Yu Y C, Zhang Y B, et al. Carbon, nitrogen and phosphorus contents and their ecological stoichiometry in urban forest soil[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2020, 29(1): 88−96.
[30] 王慧丽. 长期地表覆盖及施氮对土壤肥力质量的影响评价[D]. 太谷: 山西农业大学, 2017. Wang H L. Effects of long-term land cover and nitrogen application on soil fertility quality impact assessment[D]. Taigu: Shanxi Agricultural University, 2017.
[31] 翟婉璐, 杨传宝, 张小平, 等. 林地覆盖经营对雷竹生物量及土壤肥力的影响[J]. 应用生态学报, 2018, 29(4):1147−1155. Zhai W L, Yang C B, Zhang X P, et al. Effects of mulching management on biomass of Phyllostachys praecox and soil fertility[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2018, 29(4): 1147−1155.
[32] 牛巧龙, 卢显芝, 田秀平, 等. 园林绿化废弃物堆肥过程中碳氮养分变化规律[J]. 中国农学通报, 2016, 32(18):109−113. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb15120110 Niu Q L, Lu X Z, Tian X P, et al. Carbon and nitrogen change in garden green waste composting[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2016, 32(18): 109−113. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb15120110
[33] 李桥. 园林废弃物堆肥对绿地土壤的改良研究[D]. 南京: 南京农业大学, 2009. Li Q. Effects of garden waste composting on green soil[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2009.
[34] 殷金岩, 姜林, 王海涛, 等. 西安市浐灞生态区绿地土壤肥力调查与评价[J]. 北京林业大学学报, 2012, 34(4):93−98. Yin J Y, Jiang L, Wang H T, et al. Investigation and assessment of soil fertility in the greenbelts of Chanba ecological zone of Xi’an, northwestern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2012, 34(4): 93−98.
[35] 罗由林, 李启权, 王昌全, 等. 川中丘陵县域土壤碳氮比空间变异特征及其影响因素[J]. 应用生态学报, 2015, 26(1):177−185. Luo Y L, Li Q Q, Wang C Q, et al. Spatial variability of soil C/N ratio and its influence factors at a county scale in hilly area of Mid-Sichuan Basin, Southwest China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015, 26(1): 177−185.
[36] 周艳翔, 吕茂奎, 谢锦升, 等. 深层土壤有机碳的来源、特征与稳定性[J]. 亚热带资源与环境学报, 2013, 8(1):48−55. doi: 10.3969/j.issn.1673-7105.2013.01.009 Zhou Y X, Lü M K, Xie J S, et al. Sources, characteristics and stability of organic carbon in deep soil[J]. Journal of Subtropical Resources and Environment, 2013, 8(1): 48−55. doi: 10.3969/j.issn.1673-7105.2013.01.009
[37] 刘灿华, 袁天佑, 闫军营, 等. 减氮配施腐植酸对耕层土壤理化性质的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2020(5):77−83. doi: 10.11838/sfsc.1673-6257.20351 Liu C H, Yuan T Y, Yan J Y, et al. Effects of combined application of humic acid and reducing N fertilizer on soil physical and chemical properties[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2020(5): 77−83. doi: 10.11838/sfsc.1673-6257.20351
[38] 周伟, 王文杰, 何兴元, 等. 哈尔滨城市绿地土壤肥力及其空间特征[J]. 林业科学, 2018, 54(9):9−17. doi: 10.11707/j.1001-7488.20180902 Zhou W, Wang W J, He X Y, et al. Soil fertility and spatial variability of urban green land in Harbin[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2018, 54(9): 9−17. doi: 10.11707/j.1001-7488.20180902
-
期刊类型引用(11)
1. 黄菲，张佛熠，钟嘉琳，李心，彭辉，邹冰燕，刘玮，王琼. 南昌城市森林土壤肥力综合评价及其空间分布特征. 中南林业科技大学学报. 2024(08): 129-138 . 
百度学术
2. 吴家龙，张俊涛. 园林绿色废弃物资源价值实现的系统认知与路径探析——以广州市为例. 中国园林. 2024(08): 57-63 . 百度学术
3. 刘国梁，吴伟，李素艳，孙向阳，岳宗伟，魏宇光. 园林绿化废弃物堆肥配施化肥对土壤腐殖质碳组分的影响. 中国土壤与肥料. 2024(12): 27-35 . 百度学术
4. 史正军，潘松，冯世秀，袁峰均. 园林废弃物地表覆盖处理对植物生长及土壤细菌群落的影响. 草业学报. 2023(04): 153-160 . 百度学术
5. 潘松，赵玉梅，袁峰均，史正军. 园林废弃物地表覆盖对龙船花生长发育的影响. 热带作物学报. 2023(04): 766-773 . 百度学术
6. 余海洋. 基于自然解决方案的城市绿地系统营建策略. 现代园艺. 2023(11): 140-142 . 百度学术
7. 高星，贾慧果. 故宫景福宫古树土壤肥力特征分析评价. 北方农业学报. 2023(01): 45-60 . 百度学术
8. 闫芳彬，郑景明，宫殷婷，赵一臣，张家琦. 园林废弃物资源化处理对人工林土壤养分及微生物碳源利用的影响. 浙江农林大学学报. 2023(05): 1045-1053 . 百度学术
9. 胡永恒，张程，万华琴，朱咏莉，李萍萍. 不同园林废弃物堆肥过程中化学性状变化及其对发芽指数的影响. 南京林业大学学报(自然科学版). 2023(06): 133-140 . 百度学术
10. 潘松，史正军，毛晓宁，袁峰均，曾伟，焦玉佳. 园林废弃物覆盖材料组分及厚度对土壤化学性质的影响. 西部林业科学. 2022(05): 153-158 . 百度学术
11. 李小羊. 黔南地区市政园林工程建设中土壤改良技术措施研究. 工程技术研究. 2022(22): 215-217 . 百度学术
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