（环境科学专业论文）城市土壤特性与绿化树长势衰弱的关系研究.pdf

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件是由太阳提供的，人为很难改变之外，其他4 大生态因子都与土壤有着密不可分的关 系h ”。绿化树生长的土壤环境，是其根系生命活动的主要场所，为栖息其中的植物提供 生命繁衍和维持正常生理功能所需的营养、水分与各种理化要素嘲。然而，城市土壤在 服务城市生态环境的同时，自身质量发生了急剧的变化，在物理性质和化学性质上都发 生了退化，常常不能满足绿化树生长的需要。 近十几年来，国际上城市土壤研究目益受到重视。德国土壤学会在1 9 8 8 年成立了 城市土壤工作组；美国也在纽约等城市开始了一系列有关城市土壤的研究。国际土壤学 会于1 9 8 8 年正式成立了“城市、工业、矿山和交通土壤工作组”，标志着世界范围内城 市土壤研究进入了一个新的阶段【4 l 。国外有关城市土壤理化特性和发生分类的调查制图、 城市土壤对树木生长的影响等也都有了大量的研究报道。对于城市土壤影响城市生态环 境和人类健康问题也日益受至4 关注【4 j 。在美国。建筑师、城市景观设计师和土壤学家们 正在倡议将土壤作为城市规划的“关注点”，并将土壤的健康状况作为衡量生活质量的 指标f 4 1 。 我国城市土壤研究在2 0 世纪9 0 年代开始有零星的工作。有些关于城市郊区蔬菜 地土壤特征和分类的初步研究，在郊区壤重金属污染方面也取得了初步成果f 4 】。龚子 同、张甘霖等人曾就城市土壤的概念、特性及其分类等做过初步研究。卢瑛等对南京城 市土壤污染的现状进行了研究分析。南京、上海、深圳、哈尔滨、沈阳等地的科研工作 者对本地区城市土壤多集中在城市绿地和工业污染地区进行了实地检测，对城 者对本地区城市土壤多集中在城市绿地和工业污染地区进行了实地检测，对城 市土壤的特性、分类、污染状况进行了研究，探讨了城市土壤的特性、分类方法、管理 措施，为城市土壤的利用和管理、城市生态环境的保护和治理提供了理论依据。 与此同时，城市绿化、园林研究者们的研究发现，城市树木生长衰弱趋势与土壤条 件有很大的关联。在调查树木病虫害、死亡等发生的原因时都发现这些现象与特定的生 长环境有密切的联系。针对影响绿化树生长的各种因素进行了一定的研究，对绿化树根 际土壤的理化指标进行了部分测量。提出了一些通过改良根际土壤在养分、水分、温度、 空气、物理性质等方面的条件，改善绿化树生长的环境的措施。 但总的来说，我国已有的城市土壤研究主要集中在土壤污染方面，尚处于“点”研 究的层面，还没有关注到城市土壤特性与绿化树生长势衰弱的关联，没有建立城市土壤 对绿化树生长影响的分级评价体系，对城市绿化树生长势衰弱的现状还没有特别有效的 改善措施。有关城市土壤和绿化树生长势关系的研究才刚刚起步。 本论文的基础是深入研究城市土壤特性与绿化树生长状况之间关系，继而借鉴已经 建立的土壤评价理论，筛选土壤特性评价因子，选择与绿化树生长最为密切的因素为主 要指标建立城市土壤分级评价体系。这一评价体系分等分级，土壤等级与绿化树生长势 相对应。在评价体系的基础上，以北京、长春的土壤特性指标与绿化树生长势衰弱的实 际状况为对象，对土壤等级进行评价，并将评价结果与绿化树实际长势相比较，以验证 评价体系与实际情况的契合度，并在此基础上对评价体系提出修正、调整评价因子权重 等改进、讨论评价结果。本文探索的土壤评价体系可应用于绿地建设前期，对土壤进行 预评价，根据绿化树品种的需要调整土壤特性；也可以评价已栽种绿化树的城市土壤， 根据评价结果有针对性的改良土壤特性，达到改善绿化树生长的状况的目的。 2 第一章、城市土壤特性与绿化树长势衰弱的关系 一、城市土壤的生态功能及其特征 1 1 城市土壤的概念及意义 城市土壤是出现在城市和城郊地区，受多种人为活动方式的强烈影响，原有继承特 性得到强度改变的土壤的总称 4 】。从这个概念可以看到，城市土壤是伴随城市化进程而 出现的产物，是在城市的特殊背景下发育形成的，从本质上讲是一类扰动人为新成土。 因此，城市土壤对于以服务农业为主的传统土壤学而言是一个全新的概念。城市土壤广 泛分布在公园、道路、社区、体育场、城市河道、城郊、垃圾填埋场、废弃工厂、矿山 周围，或者简单的成为建筑、街道、铁路等城市和工业设施的“基础”而处于埋藏状态 【5 删。 城市生态系统是一个特殊的系统，具有生态系统的一般特征，但人类的生产生活在 其间起着至关重要的作用。城市土壤是城市生态系统的一个重要组成部分，是城市植物 的生长介质和养分供应者。是土壤微生物的栖息地和能量来源，是城市污染的汇集地和 净化器；它关系到城市生态环境质量和人类健康，对城市的可持续发展有重要意义o j 。 1 2 城市土壤的生态功能 城市土壤的生态功能是在城市化进程中逐渐演变和确立的，因此，在生态功能上与 自然土壤既有相当的继承性，又有所不同。土壤具有多重功能，概括起来包括如下方面： ( 1 ) 农业和林业生产的基础：( 2 ) 过滤、缓冲和转化能力等生态功能；( 3 ) 生物基因 库和繁殖场所；( 4 ) 原材料来源；( 5 ) 容纳基础设麓建设：( 6 ) 构成景观并保存自然文 化遗产n o j ”。与农地和林攮土壤不同，城市土壤的生产功能是次要的，而其过滤、缓冲 和净化转化能力成为关键。土壤的这种功能在相当程度上是通过其支持的绿色植物和微 生物来实现的。因此，城市生态系统中，土壤的功能首先是维持绿色植物的生长f 1 0 1 。以 此为基础，城市土壤才能更好的发挥其生态功能。 在当前城市化进程十分迅速的背景下，城市及其辐射地区最显著的变化就是土地利 用结构的变化【4 】。已经有很多研究揭示了土地利用类型的转变对土壤功能的影响。这种 转变直接导致地表特征的改变，使硬覆盖成为城市土壤的典型特征。在硬覆盖条件下， 土壤表面从可渗透的变为人工封闭的，物理、化学、生物特性发生了显著改变。使得城 市土壤的生态功能的发挥受到了很大影响。事实上，有学者认为土壤的缓冲一净化功能 有被超越的危险，而其结果将是长远的和致命的【4 】。因此，充分认识城市土壤的特性， 改善城市土壤的现状，使城市土壤更好的发挥其生态服务功能是十分重要的。 1 3 城市土壤的特性 城市土壤强烈地受到人为活动的影响，其形成和性质与所处的自然环境没有必然的 联系，本质上是一种泛域的人为士或人为新成土【n 】。城市土壤在空间上变异十分明显， 3 结构比较混乱，在较短距离内会出现完全不同的土壤类型。除自然壤物质外，城市土 壤还包含大量的人为物质，这些物质决定或影响着城市土壤的形态学、物理学、化学、 生物学等方面的特性及污染状况【埘。本文重点关注的是与城市绿化树生长势密切相关的 城市土壤的物理特性、化学特性及生物特性。 1 3 1 城市土壤的物理特性 l 、土壤无层次、空间变异大：城市土壤在大规模城市建设的过程中，经过长期、 多次无序的挖掘、搬运、堆积、混合和大量废弃物填充之后，形成了无层次、无规律的 土体结构。城市土壤的空间变异性大，土层呈现岩性不连续特性，土层排列凌乱，许多 土层之间没有发生学上的联系，腐殖质层被剥离或者被埋藏，土层缺失，有时甚至出现 “层倒置”现象。大多数城市土壤缺少发生学的a 层和b 层，土壤剖面中包含不同 颜色和厚度的人造层次，层次之间过渡明显【13 1 。这样的状况导致不同土层在质地、有机 质含量、n h 值、容重及与其相关的通气性、排水性、持水量和肥力状况等方面有明显 差异【1 3 l 。 2 、土壤侵入体多：城市土壤中的侵入体多种多样，主要是砾石、石块等固体碎屑 状物质和人工粗骨物，如建筑、修路材料残渣、垃圾填埋物、工业废弃物、污染物质等 等。有些土壤层次砾石和石块( 直径 2 咖) 含量可达8 0 9 0 以上【9 1 ”。而且有学 者指出，随着建筑、修路等人为输入行为，城市土壤中的砾石、石块等杂质还有不断增 加的趋势。各类杂质进入土壤的途径各不相同，它们与自然土壤发生层的碎块混合在一 起后，往往造成土壤颗粒组成极端( 个别土壤层次甚至完全由固体废弃物组成) ，改变 了土壤的性质【l3 1 。地下构筑物和管道也对土壤性质有影响。 3 、土壤压实和板结状况严重：土壤压实是土壤物理退化的主要形式i ”j ，对植物生 长的影响很大。引起土壤压实的因素很多，如为满足路基稳定的机械指标要求而对土壤 进行压实处理，公园的人为践踏、道路的车辆压实等等。土壤压实直接表现为土壤紧实、 容重大、孔隙度小、结构性差。正常土壤的容重约为1 3 0 9 ，c r n 3 左右，但是大部分城市 土壤的容重都高于此值，尤其是在道路附近、公园和运动场等处【”】。如美国纽约中心公 园的土壤心土层的平均容重超过1 6 9 ，c m 3 【5 】。香港行道树士壤容重的变异范围很广，平 均为1 6 7 9 ，c m 3 【。实测的长春市人民大街行道树栽种池内与地面砖下的容重值分别为 1 7 6 咖m 3 和1 7 2 9 c m 3 ，明显高于正常值。北京颐和园作业区的实验分析得知，硬覆盖 条件下土壤容重值很大，在2 0 3 0 c m 的土层中达1 6 7 o 1 1g c m 3 【2 l 。 压实还严重影响了土壤的正常孔隙分配，即总孔隙度降低、大小孔隙比例失调、大 孔隙比例大大下降【i “。这都不利于土壤的通气、排水、有效水分的储存，最终影响植物 根系的生长【5 1 。孔隙的减少、渗透性能的丧失加快了地表径流的形成，增加了地表径流 量，使雨水直接进入河流，减少了地下水的自然回补，影响了水循环及其他依靠水循环 的过程【1 ”。压实改变了土壤的固、液、气三相比，所以土壤的容积热容量增大、导热率 增大、热扩散率增大、温度也发生了变化【l5 1 。总之，压实破坏了城市土壤中通透性良好 的团粒结构，形成了理化性能差的密实、板结的片状或块状结构，使土壤的通气和持水 能力差、孔隙度降低。如在哈尔滨市，城市绿化用地2 0 4 0 c m 土壤容重分别比森林土 4 壤和农业土壤高1 7 7 4 3 7 和3 5 4 9 3 9 ，总孔隙度降低1 9 1 3 0 和3 4 1 5 2 4 ，土壤饱和持水量分别降低1 6 6 3 9 ，5 和6 0 o ，田间持水量提高9 8 o 1 0 4 4 和5 9 8 6 9 8 t 1 0 1 。 4 、地表封闭、土壤温度高：城市区域中地表封闭的现象普遍存在，在建筑、道路 等“硬覆盖”条件下，土壤与外界的物质和能量交换受到了很大的阻碍，土壤上的生长 植物、过滤水分、交换热量、净化污染物等重要的土壤生态功能减弱甚至消失。这种不 可逆的过程将“活”的土壤变为“死”的物体，并最终使后代失去这部分资源1 4 】。另外 在压实和地表封闭的共同作用下，城市土壤可以将更多的热量传递到下层土壤，使土壤 温度上升，对纽约市中心公园土温的监测表明，城市土壤表层年平均温度比邻近的林地 温度高3 ，1 3 1 1 2 2 【1 6 l 。对长春市人民大街的实测也表明，硬覆盖路面以下3 0 c m 处的 土壤温度为2 5 ，较对照林地温度高出3 4 【2 】。这也使得城市土壤在夜间产生更多的 长波辐射，加剧了城市热岛效应【”】。 1 3 2 城市土壤的化学特性 1 、土壤p h 值：城市土壤因为各种酸、碱物质的影响，会出现极端的土壤反应，其 p h 值的变异范围可能在3 1 2 之间【2 】，但总体上向碱性的方向演变，即其p h 值比周围 自然土壤高，这在热带、亚热带地区尤为明显【1 3 1 。如香港城市行道树和公园土壤大部分 土层毋i 程碱性。城市土壤碱性增强是因为城市土壤中混有含c a 的泥灰、水泥和其他 建筑材料；雨水从建筑物表面和水泥人行道上冲入土壤中，携带了碱性物质；北方地区 使用的融雪剂也促使土壤p h 升高。如上海绿地的p h 的平均值一般在8 0 9 8 6 2 ，高于 土壤背景p h ：南京城市土壤p h 变幅为5 1 9 9 1 5 。中值为8 1 5 ，高于周围的自然土壤 p h 变幅4 5 1 7 4 0 ；深圳绿地p h 多在5 5 6 5 之间，高于背景值4 7 0 5 6 0 ”，1 引。 高p h 使土壤营养元素有效性降低，影响树木的生长【1 3 l 。 2 、养分匮乏：由于城市土壤形成过程的特殊性，营养元素在土壤中的分布是无规 律的，不同地区的研究结果有所不同【1 3 l 。但总体来说，城市壤总是缺乏一种或几种养 分，在营养上处于匮乏状态。城市土壤的物质循环不是闭合的。由于防火或清洁的原因， 城区内的植物落叶、残枝等等，常常作为垃圾被清运走，打破了树木与土壤间的物质循 环，致使叶片中的有效成分不能回归土壤，造成土壤有机质贫瘠【2 1 。除有机质缺乏外， n 、p 、k 等营养元素在城市土壤中的分布也很不均匀，常呈某营养元素匮乏状态。如研 究表明我国香港城市土壤的n 、p 、k 的含量很低【5 】；张崇宝通过分析得出长春市街路土 壤有机质含量过低，土壤基本不缺k ，轻度缺p ，极度缺乏n 的结论”9 】。深圳绿地土壤 的有机质含量评价为6 7 2 9 ，k g ，属于中等偏下水平，表层全氮含量平均为0 5 8 9 l ( g ，2 0 4 0 c m 处全氮平均值为o 3 6 拈g ，属于很低的水平1 1 8 】。植物在基本没有养分补给的情况 下生长，势必使城市土壤更加贫瘠f 2 们。 3 、养分富集：在城市土壤中，养分富集现象与养分匮乏现蒙同时存在，养分富集 也是城市土壤的一个重要特征【4 1 。有研究表明1 4 1 ，由于人工施肥等人为影响因素的影响， 部分城市土壤如郊区菜园等，出现氮、磷等营养元素富集的现象，其中磷富集现象比较 严重。如南京城市土壤中，全磷含量为o 7 4 1 1 4 1 9 k g ，平均值为3 1 5 眺g ，各土层含 磷量都很高，基本都超出南京市农业土壤全磷平均值的上限值1 2 4 9 瓜g ，最高的超出8 倍以上，全磷富集现象明显【切。城市土壤的磷富集超过一定的临界值，其向水体释放磷 的危险性会大幅度升高，成为引起水体磷富营养化重要原因。研究表明，大部分城市土 壤和城郊土壤的磷含量都已超过了这样的临界值【l ”。 4 、土壤污染严重：由于多种途径的人为干扰，如家庭活动、废弃物处置、交通运 输、矿产开发、制造业、加工业等的影响，使城市土壤的化学性质显著偏离同区域背景 土壤的特征1 1 ，坫】。如各种酸、碱物质的输入，使土壤的酸碱度比较极端。严重的重金属 污染成为城市土壤的又一重要特征。h g 、p b 等重金属污染状况时有报道。城市土壤的 重金属含量高，可移动态占比例大，生物有效性高【1 3 】，对食品安全和人体健康等影响很 大。因此重金属污染阊题日益受到研究者的关注。另外。伴随工业生产和高强度的农业 利用进入土壤【“】，有机物污染问题也日益严重。有机物污染的作用机理复杂，污染物多 种多样，尚不明确有些有机物的使用是否会造成污染，这些问题都需要深入和详细研究。 净化功能本来是土壤的一个十分重要的生态功能，但目前城市化进程给土壤的负担过 重，当污染超过土壤的净化功能时，土壤本身就会转变为污染源，这种影响将是长期的。 1 3 2 城市土壤的生物特性 土壤是一个重要的地下物种库和基因库，拥有种类丰富、数量巨大的土壤生物。主 要包括土壤微生物、土壤动物和一些低等植物。它们在壤有枫合成、分解、矿化和养 分循环以及土壤结构的形成与保持方面均起着至关重要的作用【l o 】。城市化的发展使得原 有自然生境消失，由于人为扰动、压实和污染等，城市土壤中生物多样性降低、生物的 生物量减少、微生物群体结构发生变化，且有危害人体健康的病原生物的侵染。如作为 土壤污染敏感指示生物的蚯蚓。在污染胁迫下就出现了种群结构单一，种类减少，体内 污染物富集等现象【2 1 】。与农村土壤相比，城市土壤的生物学特性是比较薄弱的，土壤的 生态服务功能弱化。 = 、城市绿化树的生态功能、生长现状及生长势衰弱的原因 2 1 城市绿化树的生态功能 2 1 。l 城市绿化树的橛念及特征 城市绿化树是指有规律地种植在城市道路、分车带、公园、社区等城市不同区域的 乔木，可根据种植区域具体分为行道树、园林树、社区绿化树等。城市绿化树形成了一 个绿色的网络系统，对改善城市环境起着积极的作用，是城市环境的保护者吲。植物生 长受光照、温度、湿度、土壤条件、空气成分等多种因子的影响，因此，某一城市往往 有绿化树优势种( 某种绿化树优势种也可能是人为选择的结果) ，各地的绿化树种类构 成也有各自的特征。如，长春市行道树优势树种有杨树、松树等；河南省城市行道树优 势种有法桐、大叶贞等口2 】，上海绿化树优势种有香樟、雪松、杨树掣1 6 j 福州市绿化树 优势种有小叶榕、大叶榕、高山榕等田】。我国地域辽阔。因此各地在选择绿化树上都各 自结合本地域特点，结果差异也非常大。越来越多的城市绿化工作者认识到，过去单纯 6 追求绿化树的美化功能，大量引进外来树种并不是增强城市绿化效果的正确途径。城市 绿化树的选择应该体现该城市地带性植被的特色和物种的多样性田j 。 2 1 0 城市绿化树的生态功能 城市化是当今全球经济社会发展的主旋律。目前，世界上一半以上的人口生活在城 市”】。我国城市化进程自改革开放以来飞速发展。目前我国的城市化率为3 l ，到2 0 2 0 年。我国的城市化率将达到6 0 ，年增速率为1 5 ，且有加速的趋势【4 】。城市化发展 和人口的高度集中已经带来了用地紧张、交通拥挤、环境污染等一系列问题。 城市生态系统具有生态系统的一般特征，即由物质循环和能量传递为核心构成的系 统发生和发展过程【1 5 】。同时，作为社会一经济一自然复合生态系统的城市是一个极不稳 定的人工生态系统人类生产和生活活动在其闻起着至关重要的作用，城市生态系 统的特点是消费者占优势，分解功能不充足，自我调节和自我维持能力很弱。所以说城 市生态系统是以人类为中心的自然和社会相结合的生态系纠”】。 城市生态系统是人工的生态系统，因此城市绿化树的生态功能在这个脆弱的系统中 显得尤为重要，有着不可替代的生态功能。绿化树的生态功能主要有：( 1 ) 净化空气、 土壤，防治污染；( 2 ) 吸收二氧化碳，生产氧气；( 3 ) 杀死细菌，阻滞尘土；( 4 ) 改善 城市小气候，调节空气的温度和湿度，改变风向和风速，减少土壤水分蒸发，缓解城市 热岛效应；( 5 ) 活化土壤和养分循环；( 6 ) 维持生物多样性；( 7 ) 减少噪声；( 8 ) 减少 空气放射性物质含量和辐射的传播；( 9 美化环境【2 4 筇】。在净化空气方面：树木是二氧 化碳的天然吸收系统和氧气的加工厂，通常一公顷树林每天吸收1 0 0 0 千克的二氧化碳， 放出7 5 0 千克氧气郾】。1 h m 2 落叶阔叶林、常绿阔叶林和针叶林每年可分别释放氧气1 0 吨、2 0 吨和1 6 吨田j 。在阻滞粉尘方面：据测定，距污染源2 0 0 2 5 0 m 处测得每平方米 叶片上的滞尘量为，榆树1 2 2 7 9 ，木槿8 1 3 9 ，朴树9 3 7 9 ，悬铃木3 7 3 9 【2 踟。在降低温 度方面：据南京市测定，在高温季节，有行道树的公路处最高温度比无行道树的低3 以上，空气相对湿度增加1 0 2 0 【2 剐。在降低噪声方面；据北京测定，行道树减噪 效果为5 5 分贝1 2 7 j 。有文献称，广州某工厂附近受放射性污染的空气经过竹丛阻挡吸收 后，放射性含量降低l 3 左右【2 5 1 。 另外，绿化树还与其他绿色植物一起构成了有“城市之肺”之称的城市绿地。当前 世界城市规划正朝着“天人合一”构建合理的绿色空间网络体系”等建设园林城市的 方向发展【删。在城市环境问题日益突出，城市居民渴望回归自然，渴望居住地成为“生 态城市”的驱动下，城市绿地建设受到了普遍重视。城市绿地的主要功能有【2 9 】：( 1 ) 组 织城市空间功能：( 2 ) 生态功能；( 3 ) 游憩休闲功能：( 4 ) 文化历史功能；( 5 ) 教育功 能；( 6 ) 社会功能；( 7 ) 城市防护和减灾功能等，对城市生态、自然环境和人群心理都 起着重要的调节作用1 2 9 】。 要使城市绿地能更好的发挥生态作用，必须改善绿化树的生 长环境，使其正常发挥生态作用。 2 2 城市绿化树韵生长现状 随着城市化进程的推进，城市绿化树的生长状况不容乐观。据有限的资料调查表明 ( 国内许多城市均存在此类问题，但没有具体统计数据根据) ：自1 9 9 5 年以来，长春市 7 街路连续大范围发生严重的杨柳烂皮病，城市街路以及环城公路所栽的各品种杨柳树出 现大面积死亡，并伴随枯梢、死枝等早衰和长势不良的现象【1 9 1 。据统计，近几年来长春 市街路上栽种的杨树、柳树存活率不足3 5 ，为建国以来历史的最低水平u ”。再如北 京长安街人行道上的油松，普遍显得针叶发黄，生长衰弱。在沈阳市的7 条主要街路， 绿化树生长状况最差的北京街上，9 4 1 7 的银杏树出现黄叶。北陵大街上树叶枯黄的银 杏树也超过了9 0 。在黄叶现象最轻的滂江大街上，也有4 9 的银杏树出现了问题。专 家认为，银杏树发病主要是由于汽车尾气、建筑垃圾及道路硬覆盖等原因造成的。其他 城市也有类似现象发生。( 叶枫新华网h t t p ： 棚w s i i l a c o m c n 来源于辽沈晚 报2 0 0 4 ，9 ，2 5 ) 行道拷如此，园林树的生长状况也不好。据调查，武汉市现存古树2 0 种8 0 株，衰 弱株占2 0 ；南京市现存古树8 种4 0 株，衰弱株占7 5 ：苏州市现存古树3 0 种5 9 2 株，衰弱株占6 2 5 【3 0 1 。北京各公园中存留下来的古松柏有万株以上。但近几十年来， 各公园不断出现古柏死亡，生长普遍衰弱的现象。如天坛公园，仅1 9 6 7 年至1 9 7 0 年这 三年中，古柏死亡数近3 0 0 株，占四百年以上古柏总数的3 。在颐和园长廊边的绿化 树，北侧全部是百年以上的古树，树叶发黄，枝条较稀，叶面积小，长势衰弱；南侧栽 有较多幼树，长势也不好。总的来说，大量的城市铺装，人为的频繁践踏及施工机械的 碾压，造成土壤通气性不良，是造成园林树生长衰弱的普遍原圆d 小。 2 3 城市绿化树生长势衰弱的原因 2 3 1 地上环境因子对绿化树生长的影响 城市绿化树主要受到光照条件、空气温度、空气污染等地上环境因子的影响，还会 遇到机械损伤等入为破坏。( 1 ) 光照条件。由于城市建筑大量应用玻璃、瓷砖等反光率 商的表面材料，使环境中的光强大大增加。光照强度过大超过绿化树的光饱和点时，可 以引起光合活性的降低，出现光抑制现象。光强过大还会对绿化树内部结构造成损伤， 对绿化树生长不利1 2 5 j 。另外，路灯、户外广告、景观照明等人工光照造成的光污染还会 使绿化树的生理机能发生混乱，个别绿化树由于路灯大照射而发生推迟落叶的现象，结 果因此在进入冬季时死亡。( 2 ) 空气温度。城市建筑的外装饰材料，人行道铺设的砖、 水泥块，行车道的水泥或柏油路面等对阳光的反射、吸收、辐射形成了一个干热的小环 境，虽然在冬天可能有利于耐寒性较差的树木越冬，但在夏天则会因干热、灼伤而有害 于树木的生长【2 2 j 。( 3 ) 空气污染。城市空气中有多种污染物，如二氧化硫、氮氧化物、 氟化氢、悬浮颗粒物等。这些污染物对绿化树的生长有负面影响，会使植物叶肉组织受 伤害，影响气孔的正常开启或关闭，影响正常的代谢生理和光合作用。并对细胞产生毒 性1 2 ”。( 4 ) 机械损伤。绿化树的生长空间与人的活动空间往往有重叠，在这个空间里， 可能有设摊经营的，有车辆停靠的，有运动娱乐的等等。摇拽、撞击、攀登、拉线、打 钉等机械损伤行为的普遍存在，给绿化树造成伤害田】。 这些因子对绿化树的不良影确可以通过治理大环境、提高人们的环保意识和规范市 政管理等方法逐步改善【2 2 】。 2 3 2 地下环境因子对绿化树生长的影响 影响城市绿化树生长的地下环境因子主要是指绿化树生长的土壤条件。土壤对植物 的生理生态作用主要有机械支持、提供矿物质、水分等。城市土壤的质地与结构( 包括 容量、孔隙度等) 、水分状况、土壤空气、土壤温度、土壤化学性质( 包括酸碱度、腐 殖质和非腐殖质的有机质、矿质元素等) 等都影响着绿化树的生长，这些将在下一部分 做重点的讨论。另外，城市建设，建筑物的基础、道路基础和地下管网的布设等都机械 地限制了绿化树根系的生长空间阎。植树坑内的土壤经过挖掘回填而造成的坑内外土壤 密实度的差别阿，也是对绿化树地下生长空间的限制，这常常造成植物根系畸形分布， 不利于绿化树的生长。值得注意的是，由于人类活动，城市土壤的污染情况也日益严重， 土壤的酸碱度、重金属含量、有机污染物等也影响城市绿化树的生长。 三、城市土壤对绿化树生长的影响 3 1 城市土壤的生理作用 城市土壤对绿化树的生理作用主要体现在：( 1 ) 为绿化树提供机械支持。土壤为绿 化树根系提供赖以生存和栖息的场所，起到固定绿化树的作用。( 2 ) 提供矿物质。绿化 树从土壤中吸收矿物质并在矿物质有合适比例时生长最好。( 3 ) 提供水分。植物的一切 正常生命活动只有在一定的细胞水分含量的情况下才能进行。绿化树主要依靠根系从土 壤中吸收水分以保证水分供应f 2 5 】。 3 2 城市土壤的物理特性对绿化树生长的影响 3 0 ，l 城市土壤紧实度对绿化树生长的影嚷 土壤紧实度又称土壤坚实度和土壤密实度，是指土壤紧实或疏松的程度，般用土 壤容重和土壤硬度来表示。城市土壤由于压实比较严重，往往紧实度很大，造成植物根 系穿透能力差，毛根死亡。菌根减少。绿化树无法穿透密实的土层，往往形成环绕树坑 壁生长的畸形分布【2 d 】。土壤紧实还会使土壤有机物分解减慢，土壤有效养分大大减少， 形成团粒结构困难。特别是致使土壤微生物减少，如菌根数量的锐减，既减少了可吸收 水分和矿物质营养的根表面积( 主要是根毛) ，又减少了对空气中n 的固定，造成n 素 缺乏，使绿化树生长普遍较差，一些搪木生长势衰弱，甚至桔死。 3 2 2 城市土壤孔隙度对绿化树生长的影响 土壤孔隙是土壤中除固相部分所占容积以外的空间。土壤孑l 隙的多少用土壤孔隙度 来表示。总孔隙度是自然状态下单位体积土壤中孔隙所占的百分率【2 7 1 。一般适于植物生 长发育的土壤总孑l 隙度为5 0 5 6 ，通气孔隙度在l o 以上；而城市土壤的孔隙度通 常都低于5 0 ，通气孔障度低于l o ，这也是土壤压实的后果【3 2 】。土壤孔隙度分为毛 管孔隙和非毛管孔隙两类。实测表明，非毛管孔隙度是影响根生长的关键因素，土壤孔 隙变小，就会导致通气性差。易于c 0 2 气体的积累，土壤氧气含量少。影响树本根系的 正常生理活动j 。 9 3 2 3 城市土壤温度对绿化树生长的影响 城市土壤大多处在硬覆盖条件下，调节温度的能力较差，裸露的地面可以直接吸收 大量的阳光辐射，致使街路最高温度可以比大气温度高出1 2 之多【3 3 l 。绿化树只有在适 宜的温度下才能达到旺盛的代谢活力，超过限度的温度变化会对绿化树造成损害田ja 实 验数据表明，硬覆盖下的城市土壤温度具有滞后性，即土壤冻期晚，解冻期也晚。在夏 季，土壤温度过高使树木代谢紊乱，引起焦叶和树皮灼伤，严重引起干枯死亡1 1 3 删。而 解冻期晚使树木易冻伤，影响树木的生长。同时，土壤温度也是影响土壤呼吸的主要因 素，并直接决定着土壤有机质的氧化分解速率m 。这也影响着绿化树的生长发育。 3 2 4 城市土壤含水量对绿化树生长的影响 水是植物体的重要组成部分，其主要功能是用于光合作用和蒸腾作用。植物所需的 水分主要来源于土壤。适应植物生长的土壤含水量应是田间持水量的6 0 8 0 。土壤 含水量与土壤渣砾含量、土壤密实状况、地面铺装和距地表水远近、地下水位高低等有 关【3 5 1 。城市土壤密实度大、地表常常被硬覆盖，自然降水很难渗透进土壤，大部分排入 下水道，无法有效的供给绿化树的生长【3 6 】。城市管线、地铁和其他地下设施也往往阻碍 树木的根系吸收地下水，造成植物缺水，导致植物萎蔫、早期落叶，甚至死亡【2 0 1 。另外， 在土壤紧实区，由于植树坑内土壤经过挖掘回填，与坑外土壤密实度有较大区别在雨 后容易造成积水，引起绿化树烂根、生长不良甚至死亡瞰j 。 3 2 5 城市土壤空气对绿化树生长的影响 土壤中的空气来自大气。空气进入土壤非毛管孔隙后，供植物根系呼吸，产生能量 用以吸收养分和水分，促进根系生长和发育【3 5 】。城市土壤由于受硬覆盖较多，与大气进 行气体交换受到影响，呼吸作用增强，往往土壤0 2 含量减少，c 0 2 含量增多。0 2 减少 使根系受到伤害，生理活动受到抑制。当0 2 含量低于1 时，会引起根死亡刚。根系 生长具有明显的趋氧气性，如土内局部渣砾多的地方，马路牙的缝隙与土界面的缝隙等 地方都有大量根系，但因为水肥不足，又往往有部分根系桔死【3 5 】。土壤中c 0 2 积累过多 时，则会产生毒害作用，对根系的呼吸作用和吸收机能产生不利影响，会抑制种子萌发 延缓根系发育，严重时会使根窒息死亡阱j 。 3 3 城市土壤的化学特性对绿化树生长的影响 3 3 1 城市土壤酸碱性对绿化树生长的影响 土壤的p h 在很大程度上是由土壤母质、气候( 降水总量) 、植被、土壤有机质含量 和主要营养元素含量等决定的。城市土壤的p h 一般高于自然土壤。如上海市新建绿地 的土壤p h 8 0 ，个别绿地 8 5 1 1 6 j ；南京城市土壤中值为8 1 5 ，土壤基本上呈碱性，部分 里强碱性u7 】；深圳市山地丘陵土壤的背景p h 值多在4 7 5 6 之间，而深圳市土壤的p h 基本上都在5 5 以上，p h 明显偏高【l 引。城市土壤碱性的原因可能有：融化道路积雪使 用的含盐融雪剂随地表径流积累在土壤中；用富钙的水灌溉植物；建筑废弃物、水泥、 砖块和其他碱性混合物中钙的释放；大量含碳酸钙和碳酸镁的灰尘的沉降；流经滢凝土 和石灰石表面的径流携带碱性物质；土壤中碳酸盐与碳酸反应形成重碳酸盐等【”】。 土壤p h 能影响到养分的活化和离子交换，在很酸的土壤中，c a 2 + 、m 孑+ 、k + 及p 0 4 3 1 0 被消耗殆尽，而在碱性土壤中，f e 和m n 离子、p 0 4 3 和某些微量元素被固定成不溶解 的化合物，难以供植物生长使用【2 5 1 ，从而直接或间接地影响植物的生长。土壤p h 还直 接影响植物的生理活力，当p h 9 时，多数维管植物的根细胞的原生质会受到严重 损害，根系受到毒害口5 1 。长期生活在p h 过高的土壤中，植物会出现叶片变小，叶片枯 黄，严重时出现整枝或整株枯死的情况i j ”。 另外，土壤p h 也通过影响微生物的活动而影响有机质的降解。大多数细菌活动的 最适宜p h 在中性附近( p h ：6 5 7 ，5 ) ，过低( 8 5 ) 对一般的微生物 都不大适宜p “。 3 3 2 城市士壤养分对绿化树生长的影响 土壤养分主要包括矿物质元素和有机质。大量植物必需的矿质元素由土壤提供，如 c 、h 、0 、n 、p 、k 、s 、m g 、c a 、f e 、c l 、m n 、z n 、b 、c u 、m o 、n i 等。其中8 种 为微量元素( f e 、c l 、m n 、z n 、b 、c u 、m o 、n i ) 植物需要量极微，稍多即发生毒害； 其他为植物需要量较大的元素。矿物质特别是n 、p 、k 三要素对光合作用的影响特别 明显。有机质是植物矿质营养的重要来源，并可增加元素的有效性，对植物十分重要。 有机质还可以改善土壤物理、化学性质，促进植物的生长和养分吸收【2 5 】。 由于人为的原因，城市土壤中的养分和有机质循环受阻，往往同时存在养分匮乏和 养分富集现象。养分匮乏与养分富集都不利于绿化树的生长。缺乏养分往往使城市绿化 树出现生长缓慢、老叶发黄、枝条生长细弱、部分枝叶死亡、寿命缩短等现象p5 ，”。另 一方面，营养物质过多也对植物生长不利，如n 素过高易引起呼吸过剩，导致光合作用 产量降低【2 5 1 。植物生长需求的不仅是某种元素决定的量，还在于各种元素的相对关系。 在合适比例时植物生长发育最好瞄】。因此，在改善城市土壤养分状况以利于绿化树生长 时，要综合考虑各种养分物质的比例。 3 3 3 城市土壤污染对绿化树生长的影响 土壤污染就是指人为因素有意或无意地将对人类本身和其他生命体的有害的物质 旌加到土壤中，使其某种成分的含量明显高于原有含量、并引起现存的或潜在的土壤环 境质量恶化的现象。主要分为有机物污染、无机物污染、土壤生物污染、放射性污染等 类型。按照污染物进入土壤的途径可将污染源可分为污水灌溉、固体废弃物的利用、农 药和化肥、大气沉降物等印j 。当前，对城市土壤污染较为突出的是无机物污染( 如重金 属、酸、碱、盐类) 和有机物污染。重金属浓度增加到一定数值后，可对植物的生长产 生危害，生理、生化过程受阻，生长发育停滞，甚至死亡f 37 1 。更为严重的是，土壤中的 各种污染物还会在一定条件下形成交互作用( 拮抗、加和和协同) ，对植物的影响要大 于它们各自效应之和【3 7 】。 很多污染物会在植物体内积累，通过食物链危害动物和人体的健康。虽然目前土壤 污染事故多发生于城郊菜地、矿区、农业区等地，污染物通过绿化树积累危害人体的可 镌性较低，值城市土壤污染对绿化树生长的影响也是个不容忽视的问题。土壤污染有隐 蔽性、长期性的特点【3 7 l ，因此，要在施肥、灌溉、固体废弃物的利用等易造成土壤污染 的环节上进彳亍控制，改善城市土壤质量，保护好城市绿化树。 1 l 3 4 城市土壤的生物特性对绿化树生长的影响 土壤生物是土壤具有生命力的主要成分，包括土壤动物、土壤微生物和病毒等生物。 它们对植物的生长发育有着重要的作用。如增进土壤的生物活性、制造土壤有机质、改 善植物根际环境、参与土壤物质循环、净化土壤污染等【3 “。缺少土壤生物对绿化树的生 长不利，如对于大多数植物来说，只有通过共生细菌将n 素转化为可利用的氮氧化物才 能被植物吸收，合成氨基酸和蛋白质【2 5 1 。城市土壤受人为干扰，生物特性脆弱，不利于 绿化树的生长。 第二章、城市土壤特性对绿化树生长影响分级评价的探索 一、评价目的、原则和意义 城市土壤是影响绿化树生长的重要环境因子，其物理特性、化学特性、生物特性等 都影响着城市绿化树的生长，进而影响城市生态系统的功能，而城市生态系统功能的正 常发挥，对城市居民有着非常重大的意义。面对城市土壤退化和城市绿化树生长势衰弱 的现状，本研究力求在深入研究城市土壤特性与绿化树生长状况之间关系的基础上，以 北京、长春的土壤特性指标与绿化树生长势衰弱的实际状况为对象，借鉴已经建立的土 壤评价理论，筛选土壤特性评价因子，对城市土壤进行分级评价，并将评价结果与实际 情况相结合，提出规划绿地建设、改进绿化树生长状况的方向和方法。 在以前的研究工作中，往往没有将城市土壤特性与绿化树长势结合起来进行系统的 评价。有很多学者在城市土壤特性的研究方面取得了不少成果，如张甘霖、卢瑛、杨金 玲等从事土壤研究工作的学者；在北京、上海、深圳、福州、长春、都江堰等地的学者 对城市绿地进行了广泛的调查，并对调查结果进行了分析，提出了一些养护绿地的科学 方法。李玉和对城市土壤形成特点及肥力状况进行了评价，但主要针对北京土壤而言， 且较集中在肥力状况，并未进一步深入。近1 0 年来，环境问题日益突出，环境保护的 意识也更加深入人心，公众更加关注城市生存空间的健康问题，绿化树生长势衰弱的问 题也更加突出。在此背景下，本研究对城市土壤特性与绿化树长势关系的探讨具有更为 重要的开创性意义。 本评价对城市土壤特性进行的分级所侧重的是其与绿化树生长势的关系，因此在评 价时所选取的参评因素及其评价方法都以与绿化树生长势相关为根本原则。 绿化树是城市生活中不可缺少的一部分，绿化树生态功能的发挥对城市生态系统来 说有着重要的意义。近年来，有关绿化树生长势衰弱现状的调查和研究，越来越说明绿 化树生长与环境因子特别是土壤有着密切的联系。然而，在长期的实践中，由于缺乏科 学的指导，人们往往是盲目、随意的栽种绿化树和进行绿化树的养护管理。比如，有的 地区为了美观或赶“时髦”种植了一些不符合当地种植条件的外来树种，或栽种了不适 合某块绿地土壤的绿化树品种。这种类似于“先污染，后治理”的缺乏规划意识的不科 学的态度带来的是不必要的损失。这些不适宜的绿化树往往长势衰弱，病虫害多，有的 甚至在栽植几年之内就死亡了，需要重新补种，给社会带来大量的人力、物力的浪费。 本评价的意义之一就在于根据实际土壤条件。科学地规划城市绿化树建设，使绿化树更 好的发挥生态功能。另一方面，可以根据绿化树品种设置标准值。对已经栽植绿化树的 土壤进行评价，了解土壤情况，并根据评价结果对土壤进行性质改良，有针对性的采用 科学的养护管理措施，使其更适于某品种绿化树的种植和维护。 二、评价方法 2 。1 国内外土壤评价研究的现状 迄今为止，由于有关土壤质量的许多理论问题及过程机理尚不清楚，因此还没有 形成公认的或统一的土壤质量指标和定量化的评价方法。但已经有前人的一些探索工 作值得我们学习和借鉴。 2 1 1 土壤评价原则踯j 土壤评价由于土壤类型多样化，各类型土壤组分的千差万别及土地利用方式的多 样化，难于简单地依靠分析几个指标而评定质量优劣。即使是同一种土壤，对于不同 功能或生产所表现出的品质优劣也可能相差悬殊，因两没有确定的标准和固定的评价 方法。 s i m s 等建议以一个无污染的土壤质量为判断标准，称之为土壤的清洁状态，但 是除了几种单独的非生物物质夕 ，纯挣土壤是无法定义的。土壤中自然产生的、土壤 作为过滤介质在环境中捕捉的以及人为产生的毒素和重金属都会使土壤变得不洁净， 因而难以作为质量判断标准。d o r 孤等和k 州e 等建议土壤质量的评价应该以土壤功 能为基础，着重于一个确定的系统内一种特定的土壤功能的完善程度。由于土壤在各 生态系统的功能不一，如作为森林、草原生态系统的立地条件的功能，作为城市和工 业生产中的含各种污染物的副产品的净化器的功能等，因而该评价也难以提出确定的 标准。 总之，土壤评价应综合考虑土壤的功能及土地利用类型，同时。土壤评价指标体 系也应随不同的地区、不同种类的土壤而有所不同。 2 1 2 土壤质量评价方法 土壤质量的评价方法目前国际上尚无统一的标准。国内外提出的土壤质量评价方 法主要有以下凡种【3 8 】： ( 1 ) 多变量指标克立格法( m v i t ) s m i t h ( 1 9 9 3 ) 利用多变量指标克立格法来评价土壤质量。这种方法可以将无数量限 制的单个土壤质量指标综合成一个总体的土壤质量指数，这一过程称为多变量指标转 换，是根据特定的标准将测定值转换为土壤质量指数。各个指标的标准代表土壤质量 的最优的范围或闽值。该方法的优点是可以把管理措旌、经济和环境限制因子引入分 丰斥过程，其评价范围可从农场至4 地区水平。评价的空间尺度弹性大。 ( 2 土壤质量动力学法 l a r s o n ( 1 9 9 4 ) 提出土壤质量的动力学方法，从数量和动力学特征上对土壤质量进 行定量。某一土壤的质量可看作是它相对于标准( 最优) 状态的当前状态，土壤质量( q ) 可由土壤性质鼋的函数来表示：q ；朐f 彬描述q 的土壤性质q f ，是根据土壤性质 测定的难易程度、重视性商低及对土壤质量关键变量的反映程度来选择的最小数据 集。例如，土壤生产力指数( p i ) 是由土壤p h 、容重、有效水容量对根系生长的满 1 4 足度计算的，用来估计土壤侵蚀对土壤生产力质量及其变化的影响。该法适用于描述 土壤系统的动态性，特别适合于土壤可持续管理。 ( 3 ) 土壤质量综合评分法 d o r 等( 1 9 9 4 ) 提出土壤质量的综合评分法，将土壤质量评价细分为对6 个特 定的土壤质量元素的评价。这6 个壤质量元素分别为作物产量、抗侵蚀能力、地下 水质量、地表水质量、大气质量和食物质量，根据不同地区的特定农田系统、地理位 置和气候条件，建立数学表达式，说明土壤功能与土壤性质的关系，通过对土壤性质 的最小数据集评价土壤质量。 ( 4 ) 土壤相对质量法 通过引入相