楊瑞卿, 季德成，石楊, 奉樹(shù)成,4, 嚴(yán)巍

基于樹(shù)種影響土壤差異的上海市城市綠化樹(shù)種初步選擇

楊瑞卿1,2, 季德成1,2，石楊1,2, 奉樹(shù)成1,2,4, 嚴(yán)巍2,3,4,*

1. 上海市綠化管理指導(dǎo)站, 上海 200020 2. 上海城市樹(shù)木生態(tài)應(yīng)用工程技術(shù)研究中心, 上海 200020 3. 上海植物園, 上海 200031 4. 上海城市植物資源開(kāi)發(fā)應(yīng)用工程技術(shù)研究中心, 上海 200031

樹(shù)種差異對(duì)土壤養(yǎng)分因子的影響及其在不同地區(qū)差異對(duì)于適宜樹(shù)種選擇意義重大。選擇上海市的5個(gè)樹(shù)種(懸鈴木、香樟、欒樹(shù)、無(wú)患子和銀杏)以方位和距離分9個(gè)區(qū)域進(jìn)行土壤采樣, 對(duì)土壤養(yǎng)分因子的12個(gè)指標(biāo)進(jìn)行研究。多因素方差分析顯示, 長(zhǎng)期定植于類(lèi)似土壤條件下, 樹(shù)木能夠顯著影響土壤養(yǎng)分等指標(biāo), 但不同區(qū)域間存在顯著差異(<0.05)?；诙嘀乇容^結(jié)果對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理、獲得綜合得分排名發(fā)現(xiàn), 懸鈴木具有較好的土壤養(yǎng)分維持能力, 并且在每個(gè)區(qū)域的養(yǎng)分維持能力均處于最高水平, 而銀杏表現(xiàn)最差。銀杏維持土壤中量元素能力較好, 香樟維持土壤微量元素能力較好。綜合分析得出, 對(duì)上海市城市立地土壤養(yǎng)分改良較好的綠化樹(shù)種為懸鈴木, 香樟和無(wú)患子次之, 銀杏表現(xiàn)最差。

上海市; 土壤養(yǎng)分; 中量元素; 微量元素; 樹(shù)種差異

0 前言

城市綠地是城市建設(shè)中重要和必不可少的組成部分, 它具有改善城市微域氣候、過(guò)濾有害物質(zhì)、美化城市景觀等作用[1]。城市園林綠化樹(shù)種的選擇應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂?、土壤和地形條件等選擇適宜的樹(shù)種, 做到“因地制宜, 適地適樹(shù)”的原則, 以保證樹(shù)木的正常生長(zhǎng)發(fā)育, 保持穩(wěn)定的綠化效果[2-4]。城市綠化樹(shù)種選擇的恰當(dāng)與否, 直接影響樹(shù)木的生長(zhǎng)發(fā)育和所產(chǎn)生的綠地效益[5]。樹(shù)種能影響土壤不同方面的性質(zhì), 樹(shù)木不僅提供豐富的土壤, 而且在全球碳循環(huán)過(guò)程中也起著至關(guān)重要的作用[6]。樹(shù)木可以提高土壤肥力, 不同類(lèi)型人工林的枯枝落葉導(dǎo)致林下土壤化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化, 進(jìn)而造成不同類(lèi)型人工林土壤肥力的差異[7, 8]。森林土壤養(yǎng)分中90%以上的氮和磷, 60%以上的礦質(zhì)元素都來(lái)源于凋落物的歸還[9]。凋落物作為養(yǎng)分的基本載體, 在養(yǎng)分循環(huán)中是連接植物與土壤的“紐帶”, 在維持土壤肥力, 促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)正常的物質(zhì)循環(huán)和養(yǎng)分平衡方面有著特別重要的作用[10]。薛立等[8]研究發(fā)現(xiàn), 落羽杉、馬占相思樹(shù)純林、混交林能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量。滇中高原云南松土壤N、P、K的養(yǎng)分歸還量以葉凋落物的養(yǎng)分歸還兩最大, 是滇中云南松養(yǎng)分歸還的主要形式[11]。孫慧珍研究指出由于不同類(lèi)型人工林的枯枝落葉中存在化學(xué)成分的差異, 導(dǎo)致林下土壤化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化, 進(jìn)而造成不同類(lèi)型人工林土壤肥力的差異[12]。因此, 研究不同種類(lèi)城市樹(shù)木對(duì)土壤養(yǎng)分影響的差異對(duì)營(yíng)造最佳城市生態(tài)效益的配置模式、發(fā)揮最大的景觀效益和改善城市生態(tài)環(huán)境具有重大意義。

當(dāng)前城市綠化樹(shù)種選擇主要考慮的因素多基于地上和土地利用類(lèi)型、根系深度和大氣CO2等方面, 尚未全面考慮樹(shù)種對(duì)土壤的影響[13-17]。而土壤養(yǎng)分狀況是土壤肥力的重要標(biāo)志, 監(jiān)測(cè)城市土壤養(yǎng)分分布特征對(duì)城市土壤養(yǎng)分管理及精確施肥等具有重要意義[2, 18]。作為城市綠化的根本, 對(duì)不同影響土壤性質(zhì)開(kāi)展深入研究, 是綠化成功的基礎(chǔ)[4]。行道樹(shù)作為城市綠化的骨架, 在城市綠化中具有不可替代的作用, 大力發(fā)展行道樹(shù), 是“建設(shè)現(xiàn)代化生態(tài)城市”的迫切要求。截至2020年, 上海市行道樹(shù)約129萬(wàn)株, 常見(jiàn)種類(lèi)48種, 而土壤作是行道樹(shù)吸收水分和養(yǎng)分的來(lái)源, 根系生長(zhǎng)的介質(zhì), 因此, 城市土壤質(zhì)量的好壞直接決定了城市綠化的成敗。與此同時(shí), 上海市人口稠密, 城市土壤性質(zhì)因人為活動(dòng)發(fā)生了很大變化。因此, 理清上海市不同種類(lèi)行道樹(shù)土壤現(xiàn)狀, 開(kāi)展綜合分析將有助于從改良困難立地等角度進(jìn)行優(yōu)質(zhì)行道樹(shù)樹(shù)種選擇, 在做到適地適樹(shù)的同時(shí)，也要做到適樹(shù)適地，提高城市樹(shù)木的多樣性，為進(jìn)一步提升道路“彩化”水平、打造“一街一景”提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí), 為今后建立一套長(zhǎng)效、涵蓋整個(gè)上海市的行道樹(shù)土壤質(zhì)量監(jiān)測(cè)評(píng)估體系提供數(shù)據(jù)支持。

1 研究地點(diǎn)、材料與方法

1.1 研究地點(diǎn)、材料與樣品采集

研究區(qū)域選擇上海市9個(gè)區(qū)域(內(nèi)環(huán)以?xún)?nèi)、內(nèi)環(huán)至中環(huán)、中環(huán)至外環(huán)、東部區(qū)域、西部區(qū)域、南部區(qū)域、北部區(qū)域、臨港新城和崇明), 基本涵蓋上海市所有的典型立地條件。由于城市綠化造林為非成片造林, 因此于2016年4月在劃分的9個(gè)區(qū)域內(nèi)選擇具有代表性的道路進(jìn)行采樣, 每個(gè)區(qū)域沿道路設(shè)置非標(biāo)準(zhǔn)樣地, 每個(gè)樣地的面積400 m2。每個(gè)區(qū)域選5個(gè)樹(shù)種(懸鈴木、香樟、欒樹(shù)、無(wú)患子和銀杏)各設(shè)置3個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)樣地進(jìn)行土樣采集, 每個(gè)采樣點(diǎn)在樹(shù)穴四個(gè)方位, 采集0—30 cm土層深度的壤樣品組成混合樣, 取樣方法按照國(guó)際要求進(jìn)行。

1.2 土壤養(yǎng)分相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定

前處理: 土壤樣品風(fēng)干至恒重, 去除石塊、植物根系等雜物, 備用土壤指標(biāo)測(cè)定[19]。

土壤養(yǎng)分因子測(cè)定: 12個(gè)土壤養(yǎng)分因子指標(biāo): 有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有效Ca、有效Mg、有效S、有效Fe、有效Mn、有效Cu和有效Zn的測(cè)定方法見(jiàn)表1。

1.3 數(shù)據(jù)處理

以5個(gè)樹(shù)種類(lèi)型和9個(gè)區(qū)域?yàn)楣潭ㄒ蜃? 以12個(gè)土壤相關(guān)指標(biāo)為因變量, 進(jìn)行多因素方差分析。當(dāng)樹(shù)種間差異顯著時(shí), 使用多重比較確認(rèn)種間差異的大小和發(fā)生在哪些樹(shù)種之間, 使用不同字母法標(biāo)記這種差異。樹(shù)種與區(qū)域的交互作用分析(T×A)用于分析樹(shù)種類(lèi)型間差異是否在不同區(qū)域表現(xiàn)一致, 當(dāng)T×A交互作用<0.05時(shí), 說(shuō)明樹(shù)種間的差異在不同區(qū)域顯著不同, 反之則說(shuō)明樹(shù)種間的差異在不同區(qū)域基本一致(即差異不顯著)。

1.4 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化綜合得分處理

采用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化綜合得分處理方法進(jìn)行造林優(yōu)質(zhì)樹(shù)種的選擇[4]。首先根據(jù)1.3結(jié)果將各個(gè)指標(biāo)的數(shù)值按照從好到差的順序排序(比如有機(jī)質(zhì)指標(biāo), 越高越好)并根據(jù)多重比較的結(jié)果從高到低使用順序a、b、c字母法進(jìn)行顯著性差異標(biāo)注: 相同指標(biāo)種間差異顯著使用不同字母表示(<0.05), 而差異不顯著使用相同字母表示(>0.05)。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理模式如圖1。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樹(shù)種對(duì)土壤綜合影響

不同樹(shù)種栽植環(huán)境下, 懸鈴木栽植土壤的有機(jī)質(zhì)、速效鉀、有效Ca和有效Zn含量均最高, 分別為20.89 g·kg-1、269.17 mg·kg-1、3969.65 mg·kg-1和5.17 mg·kg-1; 但全氮和有效Fe含量均處于最低水平。銀杏栽植土壤的全氮和有效磷含量最高, 分別為1.08 g·kg-1和14.54 mg·kg-1, 但有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效Fe、游戲Mn和有效Cu含量均最低。無(wú)患子栽植土壤有效Fe和堿解氮含量最高, 分別為26.90 mg·kg-1和65.78 mg·kg-1, 但有效磷、速效鉀、有效Ca含量均處于最低水平。有效Mg含量最高的為欒樹(shù)栽植土壤, 為133.04 mg·kg-1, 最低的為香樟栽植土壤, 其值為126.85 mg·kg-1。方差分析結(jié)果顯示, 不同樹(shù)種土壤間堿解氮、速效鉀、有效Ca、有效Fe、有效Mn和有效Zn差異顯著(<0.05), 其中速效鉀、有效Ca和有效Fe在樹(shù)種間的差異達(dá)到極顯著的水平(<0.01)。樹(shù)種類(lèi)型和區(qū)域(T×A)間存在顯著交互作用的有有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效Mg和有效S(<0.05), 其他指標(biāo)均不具有明顯的交互作用, 其中堿解氮和有效S在樹(shù)種和區(qū)域間存在極顯著的交互作用(<0.01)(表2)。

2.2 不同樹(shù)種對(duì)土壤大量元素含量的影響

內(nèi)環(huán)以?xún)?nèi): 有機(jī)質(zhì)含量最高的是懸鈴木(23.45 g·kg-1), 是最低值銀杏的1.7倍; 速效鉀含量由高到低依次是懸鈴木、香樟、欒樹(shù)、銀杏和無(wú)患子(表3)。內(nèi)環(huán)至中環(huán): 全氮含量最高的為懸鈴木, 其含量為1.27 g·kg-1, 堿解氮含量最高的為無(wú)患子, 其含量為83.89 mg·kg-1。西部區(qū)域: 懸鈴木的速效鉀含量最高, 為最低值無(wú)患子的2.6倍。南部區(qū)域: 懸鈴木的速效鉀含量最高, 為404.41 mg·kg-1, 是最低值無(wú)患子的2.7倍; 香樟的堿解氮含量最高, 是最低值無(wú)患子的1.6倍; 有機(jī)質(zhì)含量最高的為懸鈴木, 其含量為22.15 g·kg-1。北部區(qū)域: 懸鈴木的有效磷含量最高, 為最低值欒樹(shù)的12.8倍, 其余指標(biāo)樹(shù)種間差異不顯著。臨港新城:懸鈴木的有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量均最高, 分別為19.46 g·kg-1和324.49 mg·kg-1。崇明: 無(wú)患子的堿解氮含量最高, 為最低值欒樹(shù)的2.8倍; 懸鈴木的全氮和有機(jī)質(zhì)含量均最高, 分別為最低值銀杏的2.1倍和2.2倍。各區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)和大量元素含量在樹(shù)種間均存在差異, 但差異達(dá)到顯著水平的指標(biāo)各有不同, 如內(nèi)環(huán)以?xún)?nèi)土壤養(yǎng)分因子樹(shù)種間差異達(dá)到顯著的指標(biāo)是有機(jī)質(zhì)和速效鉀, 內(nèi)環(huán)至中環(huán)土壤全氮和堿解氮含量在樹(shù)種間存在顯著差異。西部區(qū)域僅速效鉀含量在樹(shù)種間的差異達(dá)到顯著水平(表3)。

表1 土壤養(yǎng)分指標(biāo)的測(cè)定方法

圖1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理流程

Figure 1 The process flow of data standardization

2.3 不同樹(shù)種對(duì)土壤中、微量元素含量的影響

東部區(qū)域的有效Mg、有效Cu和有效Zn在樹(shù)種間的差異達(dá)到顯著水平, 其中, 含量最高的樹(shù)種分別為欒樹(shù)149.52 mg·kg-1、懸鈴木7.95 mg·kg-1和懸鈴木5.98 mg·kg-1(表4和表5)。西部區(qū)域僅有效Mn在樹(shù)種間差異達(dá)到顯著水平, 其含量最高的樹(shù)種為欒樹(shù), 為最低值懸鈴木的1.4倍, 微量元素指標(biāo)在樹(shù)種間的差異均不顯著。南部區(qū)域僅微量元素中的有效Fe含量在樹(shù)種間的差異達(dá)到顯著水平, 其含量最高的樹(shù)種為香樟(27.37 mg·kg-1)。臨港新城僅微量元素中的有效Zn含量在樹(shù)種間差異達(dá)到顯著水平, 含量最高的樹(shù)種為懸鈴木, 其含量顯著高于其他4個(gè)樹(shù)種。崇明樹(shù)種間差顯著的指標(biāo)僅為微量元素中的有效Mn和中量元素中的有效S, 其中無(wú)患子的有效Mn含量最高(15.34 mg·kg-1), 為最低值銀杏的1.4倍, 銀杏的有效S含量顯著高于其他4個(gè)樹(shù)種。內(nèi)環(huán)以?xún)?nèi)區(qū)域樹(shù)種間差異達(dá)到顯著水平的為有效Mg和有效Cu, 其余指標(biāo)在樹(shù)種間的差異均不顯著, 其中欒樹(shù)的有效Mg含量最高(127.32 mg·kg-1), 香樟的有效Cu含量最高(10.88 mg·kg-1)。內(nèi)環(huán)至中環(huán)樹(shù)種間差異顯著的指標(biāo)為有效Ca、有效Mg、有效Fe和有效Zn; 其中懸鈴木的有效Ca和有效Zn含量最高, 分別為最低值香樟和銀杏的1.2倍和2.3倍, 無(wú)患子的有效Mg和Fe含量最高, 分別為最低值香樟和欒樹(shù)的1.4倍和1.6倍。中環(huán)至外環(huán)4個(gè)指標(biāo)(有效Cu、有效Mn、有效S、有效Mg)的種間差異達(dá)到顯著水平, 其他指標(biāo)樹(shù)種間差異不顯著。北部區(qū)域中量元素和微量元素在樹(shù)種間差異均不顯著。

2.4 土壤養(yǎng)分因子維持能力綜合分析

綜合所有區(qū)域結(jié)果, 土壤有機(jī)質(zhì)和大量元素維持能力的標(biāo)準(zhǔn)化綜合得分為13.9。僅懸鈴木(14.7)位于平均分?jǐn)?shù)線(xiàn)以上, 它的土壤有機(jī)質(zhì)和大量元素維持能力相對(duì)較高; 無(wú)患子(13.9)處于平均水平線(xiàn), 其余樹(shù)種的標(biāo)準(zhǔn)化綜合得分均低于平均值(圖2)。結(jié)合表3, 土壤有機(jī)質(zhì)和大量元素維持能力高的懸鈴木土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮和速效鉀平均值均高于肥力維持能力最低的銀杏, 相應(yīng)平均值分別高出37%、32%、7%和38%。土壤中量元素維持能力的平均標(biāo)注化綜合得分為8.5。位于平均分?jǐn)?shù)線(xiàn)以上的樹(shù)種為懸鈴木(8.6)、欒樹(shù)(8.6)和銀杏(8.6), 香樟(8.3)和無(wú)患子(8.4)位于平均分?jǐn)?shù)線(xiàn)以下(圖3)。結(jié)合表4, 土壤中量元素維持能力較高的樹(shù)種組土壤有效Ca和有效Mg平均值均高于中量元素維持能力較低的樹(shù)種組, 相應(yīng)平均值分別高出2.7%和1.5%。土壤微量元素維持能力的標(biāo)準(zhǔn)化綜合得分為11.2。位于平均分?jǐn)?shù)線(xiàn)以上的樹(shù)種包括懸鈴木(11.3)、香樟(11.6) 和欒樹(shù)(11.3), 無(wú)患子(11.1)和銀杏(10.9)的土壤微量元素維持能力相對(duì)較低(圖4)。結(jié)合表5, 土壤微量元素維持能力較高的樹(shù)種組土壤有效Mn、有效Cu和有效Zn的平均值均高于微量元素維持能力較低的樹(shù)種組, 響應(yīng)平均值分別高出3%、21%和45%。

表2 樹(shù)種類(lèi)型、分布區(qū)域?qū)?2個(gè)土壤指標(biāo)的影響及交互作用

注: T: 樹(shù)種類(lèi)型, A: 分布區(qū)域, T×A: 樹(shù)種×區(qū)域, OM: 有機(jī)質(zhì)(organic matter), TN: 全氮(total nitrogen), PPM: 堿解氮(alkaline nitrogen), AP: 有效磷(available phosphorus), Aca: 有效Ca(available calcium), AMg: 有效Mg(available magnesium), AS: 有效S(available sulfur), AFe: 有效Fe(available Fe), AMn: 有效Mn(available Mn), ACu: 有效Cu(avialble Cu), AZn: 有效Zn(available Zn), 下同。

注: A1: 內(nèi)環(huán)以?xún)?nèi), A2: 內(nèi)環(huán)至中環(huán), A3: 中環(huán)至外環(huán), A4: 東部區(qū)域, A5: 西部區(qū)域, A6: 南部區(qū)域, A7: 北部區(qū)域, A8: 臨港新城, A9: 崇明。下同。

Figure 2 Inter-trees comparison on the comprehensive scores for soil fertility maintenance and differences at different areas

表3 樹(shù)種差異對(duì)不同區(qū)域養(yǎng)分因子的影響方式及差異大小

續(xù)表

注: 表中小寫(xiě)字母表示不同區(qū)域不同樹(shù)種間的差異顯著性, 不同字母表示差異顯著(<0.05), 相同字母表示差異不顯著(>0.05)。A1: 內(nèi)環(huán)以?xún)?nèi), A2: 內(nèi)環(huán)至中環(huán), A3: 中環(huán)至外環(huán), A4: 東部區(qū)域, A5: 西部區(qū)域, A6: 南部區(qū)域, A7: 北部區(qū)域, A8: 臨港新城, A9: 崇明。下同。

圖3 樹(shù)種間土壤中量元素維持能力及不同區(qū)域差異

Figure 3 Inter-trees comparison on the comprehensive scores for secondary element and differences at different areas

表4 樹(shù)種類(lèi)型差異對(duì)不同區(qū)域中量元素的影響方式及差異大小

圖4 樹(shù)種間土壤微量元素維持能力及不同區(qū)域差異

Figure 4 Inter-trees comparison on the comprehensive scores for trace element and differences at different areas

表5 樹(shù)種類(lèi)型差異對(duì)不同區(qū)域微量元素的影響方式及差異大小

3 討論

土壤養(yǎng)分含量狀況是土壤肥力的重要標(biāo)志[4]。由于城市環(huán)境中的土壤因人類(lèi)活動(dòng)而發(fā)生極大的改變, 而且這種改變可以區(qū)別其他生態(tài)系統(tǒng)以及不同城市環(huán)境中的土壤[20, 21]。監(jiān)測(cè)城市土壤養(yǎng)分含量和空間分布特性對(duì)城市適宜樹(shù)種的選擇、以及精準(zhǔn)施肥等具有重要的指導(dǎo)意義[22, 23]。本文根據(jù)上海市城區(qū)劃分進(jìn)行分區(qū)域研究, 而且所選的樹(shù)種為上海市城市主要行道樹(shù)種, 以為上海市城市森林建設(shè)提供科技支撐和實(shí)踐指導(dǎo), 同時(shí)也可為其他城市森林建設(shè)提供參考。土壤有機(jī)質(zhì)是維持土壤養(yǎng)分的重要組成部分[1]。本研究結(jié)果顯示, 不同樹(shù)種

栽植土壤有機(jī)質(zhì)含量在10.25—29.44 g·kg-1之間, 平均為16.20 g·kg-1, 所有樹(shù)種的栽植土壤有機(jī)質(zhì)含量均明顯高于園林植物所需土壤有機(jī)質(zhì)臨界值(10 g·kg-1), 表明上海市城市5種行道樹(shù)種栽植土壤有機(jī)質(zhì)含量均較高, 同時(shí), 在樹(shù)木管理方面, 可以減少人工施肥量和次數(shù), 應(yīng)該盡可能的對(duì)干樹(shù)枝、樹(shù)葉、剪草和其他城市有機(jī)廢物進(jìn)行合理利用, 作為有機(jī)肥料返回土壤, 以確保綠地和土壤資源的可持續(xù)利用。土壤有機(jī)質(zhì)及全氮主要來(lái)源于地上凋落物分解及養(yǎng)分輸入[24]，但城市樹(shù)木周邊大多都被硬化，枯枝落葉難以做到養(yǎng)分自循環(huán)，因此在進(jìn)行土壤改良時(shí)也應(yīng)盡量選用有機(jī)肥。比較5個(gè)樹(shù)種栽植土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量發(fā)現(xiàn), 懸鈴木栽植土壤高于其他4個(gè)樹(shù)種, 表明懸鈴木根系對(duì)土壤養(yǎng)分的激活和釋放能力高于其他4個(gè)行道樹(shù)種, 具有較高的養(yǎng)分激活潛力。人類(lèi)城建活動(dòng)極大改變了部分城市土壤的結(jié)構(gòu), 表土通常充滿(mǎn)了各種侵入體, 如建筑瓦礫、垃圾等, 顯著影響土壤肥力和植物生長(zhǎng)[1]。Scandinavia半島選擇城市森林樹(shù)種時(shí), 不僅考慮美學(xué)效果和功能特性, 還優(yōu)先選擇抗性強(qiáng)的樹(shù)種[25]。路嘉麗等[4]也指出, 植樹(shù)造林過(guò)程中, 應(yīng)根據(jù)具體條件選擇合適的樹(shù)種, 并通過(guò)樹(shù)種來(lái)改良惡劣土壤條件。根據(jù)本研究結(jié)果, 在上海市城市樹(shù)種選擇過(guò)程中, 對(duì)于城市河道周邊土壤水肥條件優(yōu)越的地區(qū), 可考慮種植相對(duì)比較耗費(fèi)的樹(shù)種, 如銀杏, 這有助于減少土壤富營(yíng)養(yǎng)化。對(duì)土壤貧瘠的城市中心區(qū)域, 應(yīng)當(dāng)選擇土壤肥力維持能力較強(qiáng)的樹(shù)種, 如懸鈴木、無(wú)患子和香樟等。土壤中量元素參與植物多個(gè)生理代謝過(guò)程和多種化合物的合成, 其含量及供應(yīng)狀況直接影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育和品質(zhì)[26-30]。研究土壤中量元素的含量及空間分布對(duì)土壤中量元素的合理管理, 以及含Ca、Mg和S肥料的科學(xué)施用具有重要指導(dǎo)意義[30]。Pouyat等[31]報(bào)道, 與郊區(qū)農(nóng)田土壤相比, 城市土壤有足夠的土壤速效養(yǎng)分(如Ca、Mg、K和P)。本研究中, 相同區(qū)域內(nèi)樹(shù)種間中量元素維持能力差異不明顯, 僅城市中心區(qū)域(內(nèi)環(huán)以?xún)?nèi)、內(nèi)環(huán)至中環(huán)、中環(huán)至外環(huán))樹(shù)種間中量元素維持能力存在差異。其原因可能為在城市森林生態(tài)建設(shè)過(guò)程中, 各區(qū)人工施肥等處理使城市土壤中量元素充足, 保證了各樹(shù)種生長(zhǎng)所需的中量元素, 造成了樹(shù)種間中量元素維持能力無(wú)顯著差異。鐵、錳、銅、鋅等微量元素是植物生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)元素, 其有效態(tài)含量水平不僅對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和生理代謝均具有重要影響, 而且顯著影響人類(lèi)的健康[32-35]。近10年來(lái)由于有機(jī)肥料施用量減少, 高純度的氯磷肥用量增加, 導(dǎo)致許多地區(qū)土壤中Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素含量下降[36]。通過(guò)對(duì)城市土壤微量元素的含量及分布特征分析, 可為城市土壤養(yǎng)分平衡管理、城市森林生態(tài)建設(shè)樹(shù)種選擇及可持續(xù)發(fā)展提供理論指導(dǎo)。

城市森林建設(shè)樹(shù)種的選擇中, 應(yīng)結(jié)合城市的氣候溫度及環(huán)境條件, 根據(jù)不同的種植場(chǎng)所進(jìn)行選擇分配, 同時(shí)也應(yīng)考慮部分經(jīng)濟(jì)因素[37]。樹(shù)種能影響土壤養(yǎng)分等不同方面的性質(zhì), 基于不同樹(shù)種差異對(duì)土壤養(yǎng)分因子的影響, 可以為城市綠化造林樹(shù)種的選擇和土壤養(yǎng)分管理提供科學(xué)的指導(dǎo)[4]。本研究中, 通過(guò)對(duì)有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理, 我們發(fā)現(xiàn): 懸鈴木具有較好的土壤有機(jī)質(zhì)和大量元素維持能力, 在9個(gè)區(qū)域內(nèi)均具有較好的土壤有機(jī)質(zhì)和大量元素維持能力, 是上海市適宜的城市綠化樹(shù)種。從土壤中量元素維持能力分析, 5個(gè)樹(shù)種均具有較好的中量元素維持能力, 相對(duì)較適宜的樹(shù)種為懸鈴木、欒樹(shù)和銀杏。本研究樹(shù)種間土壤微量元素維持能力大小依次為香樟>懸鈴木>欒樹(shù)>無(wú)患子>銀杏, 可在銀杏、無(wú)患子等樹(shù)種分布區(qū)域施用適量的含F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn等微量元素的肥料以促進(jìn)行道樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育。綜合分析5個(gè)樹(shù)種研究結(jié)果顯示, 針對(duì)上海市城市樹(shù)木, 懸鈴木具有較好的土壤大量和中、微量元素維持能力, 可作為上海市城市行道樹(shù)的主栽樹(shù)種, 香樟、欒樹(shù)和無(wú)患子次之, 銀杏表現(xiàn)最差, 可種植在N、P沉降較為嚴(yán)重的工廠周?chē)秃拥乐苓叺人蕳l件優(yōu)越的地區(qū)。

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A preliminary study on urban tree species selection based on tree species effect on soil properties in Shanghai, China

YANG Ruiqing1,2, JI Decheng1,2, SHI Yang1,2, FENG Shucheng1,2,4, YAN Wei2,3,4,*

1. Shanghai Green Management Guidance Station, Shanghai 200020, China 2. Shanghai Engineering Research Center of Urban Trees Ecological Application, Shanghai 200020, China 3. Shanghai Botanical Garden, Shanghai 200031, China 4. Shanghai Engineering Research Center of Sustainable Plant Innovation, Shanghai 200231, China

The urban tree species could impact on soil nutrient and different patterns on soil profile are significant for appropriate tree species selection. Five tree species (,,,, and) and their soil samples were selected and collected from nine sites based on the direction and distance in Shanghai. The soil samples were collected to measure the content of nutrient of soil to obtaine 12 index. By a multivariate analysis of variance, tree species could significantly influence most of soil parameters like soil nutrient at the same soil conditions, and soils in different areas had significant differences (<0.05). Based on multiple comparison results, all tested parameters were standardized as scores, and comprehensive scores for nutrient factors, secondary element, and trace elements were respectively computed from above soil parameters. Much higher comprehensive scores in nutrient factors maintaining ability were observed in different areas in tree species of, while the lowest scores were generally found in. Much higher comprehensive scores in secondary element maintaining ability were observed in different areas in tree species of, and in trace elements maintaining ability were observed in different areas in tree species of. Our findings suggest that the optimum greening tree species in Shanghai is,andare taken second place, and the worst is.

Shanghai; soil nutrient; secondary element; trace elements; tree differences

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.06.019

S732

A

1008-8873(2021)06-155-10

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YANG Ruiqing, JI Decheng, SHI Yang, et al. A preliminary study on urban tree species selection based on tree species effect on soil properties in Shanghai, China[J]. Ecological Science, 2021, 40(6): 155–164.

2020-05-09;

2020-07-16

上海市綠化和市容管理局科技攻關(guān)項(xiàng)目(G160507, G200506); 上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)(17DZ225000, 19DZ1203701)

楊瑞卿(1981—), 男, 河南商丘人, 碩士, 高級(jí)工程師, 主要從事城市樹(shù)木養(yǎng)護(hù)管理與技術(shù)指導(dǎo)等工作, E-mail: zdzyrq@163.com

通信作者:嚴(yán)巍, 女,碩士, 教授級(jí)高工, 主要從事城市綠化技術(shù)研究, E-mail:yanw816@163.com