城市林地是城市生态系统的重要组成部分，也是高强度城市化地区生态安全体系构建的核心成分(秦佩恒等，2006)。土壤作为植物生长的直接载体，其质量直接影响着植物的长势和林地生态景观效果的发挥。由于人为严重干扰和养护不到位，城市土壤退化严重，普遍存在养分缺乏、结构板结、质地粘重、污染严重等问题(方海兰等，2007；Jim，1998)。城市林地土壤作为城市土壤的核心部分，其土壤肥力亟待改良提高。

目前，我国关于培肥土壤肥力的研究主要侧重于自然林带凋落物的自肥修复效应、秸秆还田提高农田土壤肥力和抑制农田土壤退化等方面(武志杰等，2002；郭剑芬等，2006)。城市土壤研究近年来虽受到人们的重视，但主要集中在理化性质调查和污染特征分析等方面，很少有城市土壤特别是城市林地土壤肥力改良修复的研究报道。目前，一方面城市土壤肥力急需提高, 另一方面城市土壤中绿化植物产生的绿化植物废弃物没有进入城市土壤肥力自维持的循环系统，导致城市土壤肥力进一步退化，而且绿化植物废弃物填埋或焚烧等不合理的处置还带来占用土地、产生二次污染等负面效应，不利于城市生态环境建设(张庆费等，2005)。而利用枯枝落叶、树枝修剪物等绿化植物废弃物进行土地利用，既可提高土壤肥力，促进植物生长，还可减少城市废弃物的量，可以取得很好的生态和环境效应(王成等，2005；吕子文等，2007)。本研究选择上海典型的城市林地为研究对象，将林地中产生的绿化植物废弃物粉碎后直接覆盖，拟探讨绿化植物废弃物对城市林地土壤的培肥作用以及修复城市林地土壤的方法，进而为绿化植物废弃物的合理处置提供技术依据。

1 研究区概况

研究区位于上海市东部的浦东新区外环线东川林带(121°41′21″E, 30°10′21″N)。该地区属于北亚热带季风气候区，气侯温和湿润，年平均温度16 ℃左右，全年无霜期约230天，年平均降雨量1 200 mm左右。植被主要为杨树(Populus euramericana)林，该林地建于1998年，林地土壤为上海典型的河海冲积所形成的灰潮土。

2 研究方法

试验时间为2007-04-06—2008-04-06。在东川林带共设4个处理，每个处理设4个重复，每个试验小区面积为5 m×20 m，中间用田垄隔开。处理1为未覆盖绿化植物废弃物的裸露林地，即对照；处理2为覆盖绿化植物废弃物1 832 kg·hm^-2；处理3为覆盖绿化植物废弃物3 672 kg·hm^-2；处理4为覆盖绿化植物废弃物6 120 kg·hm^-2。绿化植物废弃物主要是该林带自然产生的枯枝落叶和树枝修剪物，粉碎成2~7 cm大小的粒径后均匀地覆盖在土壤表面，分别于覆盖后20, 80, 160, 240, 320和365天进行采样分析。采样时用“S”型布点多点混合，深度为20 cm。所采土壤样品一部分放入4 ℃冰箱冷藏(最多不超过48 h)待测含水量和微生物生物量碳氮含量；另一部分样品风干后研磨过筛分析土壤密度、孔隙度、有机质、全氮、全磷、全钾、水解氮、有效磷和速效钾等理化指标。其中微生物生物量碳氮含量采用氯仿熏蒸直接浸提法(Vance et al., 1987；Inubushi et al., 1993)，土壤基本理化性质的测定参照《森林土壤分析方法》(张万儒，2000)。

土壤微生物的周转按照高云超等(1993)和王志明等(2003a)的方法进行估算：

(1)

式中：β为微生物生物量库容值(mg·kg^-1)；A为微生物生物量总和(mg·kg^-1)；N为采样次数。

(2)

式中：r_b为微生物生物量周转率(a^-1)；B为微生物生物量转移量(mg·kg^-1)。

(3)

式中：T为微生物生物量周转周期(a)。

(4)

式中：F为微生物生物量流通量(kg·hm^-2 a^-1)；ρ为采样土壤密度(kg·m^-3)；h为采样深度(m)。

采用Excel 2003作图，采用SPSS 13.0软件进行显著性差异检验。

3 结果与分析 3.1 绿化植物废弃物覆盖对土壤保水能力的影响

从图 1可看出，林地覆盖绿化植物废弃物后土壤含水量极显著增加(P < 0.01)，处理2，3和4土壤含水量比处理1平均高16.9%，34.7%和58.1%，且处理2，3和4之间也差异显著(P < 0.05)。由此可见，绿化植物废弃物覆盖能增加土壤蓄水量。

3.2 绿化植物废弃物覆盖对土壤密度及孔隙度的影响

城市土壤密度偏高是城市土壤质量退化的一个重要标志。从表 2可知，试验前林地的土壤密度为1.5~1.6 mg·m^-3，土壤压实严重，这可能是东川林地在建设时为赶速度大量使用机械所造成的。而试验1年后，未覆盖绿化植物废弃物的处理1土壤密度变化不大；而处理2, 3和4的土壤密度都显著降低(P < 0.05)；最显著的为处理4，其土壤密度经过1年覆盖后降到了1.29 mg·m^-3, 上海市规定绿化种植本底土密度应小于1.35 mg·m^-3(方海兰等，2007)，可见, 绿化植物废弃物覆盖能有效降低土壤密度。

一般认为城市土壤的非毛管孔隙度应大于5%，否则会影响植物根系的正常呼吸和生长(方海兰等，2007)。从表 2可以看出，试验前林地土壤孔隙基本以毛管孔隙为主，非毛管孔隙度很低，只有1%左右，严重影响了植物根系呼吸。经过1年试验后，未覆盖的处理1总孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度总体变化不大，甚至有降低的趋势；而绿化植物废弃物覆盖后明显提高了土壤的孔隙度，其中处理3和4的总孔隙度和毛管孔隙度比处理1极显著提高(P < 0.01)；由于覆盖量少，处理2的土壤总孔隙度和毛管孔隙度和处理1之间差异不显著；但处理2，3和4的非毛管孔隙度比未覆盖的处理1极显著增加(P < 0.01)，并且分别是各处理覆盖前的5.10，3.54和4.59倍。可见，覆盖能显著改善土壤的通气状况。

3.3 绿化植物废弃物覆盖对土壤有机质含量的影响

有机质含量是土壤供肥特性的一项重要指标。从图 2可看出：处理1有机质含量经过1年试验后降低了14.9%；而处理2，3和4的土壤有机质含量极显著增加(P < 0.01)，比试验前分别增加了7.00%，16.0%和30.7%，比处理1分别提高了12.6%，22.1%和128%。整个覆盖期间，土壤有机质含量呈波动变化，但有机质增量与覆盖用量之间没有明显的线形正相关，与武志杰等(2002)研究的玉米秸秆还田的有机质变化规律相似。

3.4 绿化植物废弃物覆盖对土壤氮元素的影响

图 3表明土壤全氮含量和有机质含量的变化规律一致并呈极显著正相关(r=0.779，P < 0.01)。绿化植物废弃物覆盖后土壤全氮含量比覆盖前增加了0.48~1.03 g·kg^-1(P < 0.01)，处理2，3和4分别增加了33.1%，44.7%和71.4%，且不同覆盖量之间也差异显著(P < 0.05)，覆盖量越大，土壤全氮含量增加越多。

图 3表明不同处理下水解氮和土壤全氮含量的动态变化基本一致但略有差异。水解氮在20天就达到了峰值，此时处理1，2，3和4分别增加了40.7，90.0，106和115 mg·kg^-1, 在快速升高后，土壤水解氮的含量有所减少，之后趋于平稳，但处理4增加明显。覆盖1年后，处理1，2，3和4分别增加了21.3，76.8，65.9和128 mg·kg^-1，其中覆盖(处理2，3和4)与未覆盖的(处理1)差异极显著(P < 0.01)，且处理2，3和4之间水解氮含量差异也极显著(P < 0.01)。

3.5 绿化植物废弃物覆盖对土壤磷元素的影响

从图 4可知，绿化植物废弃物覆盖后土壤全磷含量明显增加，试验1年后，覆盖处理和未覆盖处理土壤全磷含量之间差异极显著(P < 0.01)，但覆盖量不同的处理2，3和4之间差异不显著。

从图 4还可看出，在整个试验期间，未覆盖处理1有效磷含量呈逐渐降低的趋势，而覆盖处理后土壤速效磷含量极显著增加(P < 0.01)。在覆盖处理20天时，有效磷含量达到最大值，和水解性氮的变化趋势一致，覆盖量越大，有效磷含量增量越大；之后有效磷含量又开始降低并趋稳定，但含量一直高于未覆盖的处理1。覆盖处理1年后，处理2，3和4的有效磷含量分别达到了13.0，15.6和18.8 mg·kg^-1，比覆盖前土壤有效磷含量增加了3.17，5.79和9.03 mg·kg^-1，且不同覆盖量之间差异极显著(P < 0.01)。

3.6 绿化植物废弃物覆盖对土壤钾元素的影响

图 5表明绿化植物废弃物覆盖后土壤全钾含量有所增加，但增加的量比全氮和全磷小，这可能和上海土壤本身钾含量相对较高而绿化植物废弃物钾含量不高有关。在覆盖前160天，4个处理的土壤全钾含量差异均不显著，直至160天以后，处理1和2的土壤全钾含量和处理3，4之间差异才达到极显著水平(P < 0.01)；试验1年后，土壤全钾增加了3.13~6.62 g·kg^-1，处理1，2，3和4分别增加了17.4%，26.6%，29.5%和36.7%，处理2和1差异不显著，但处理3和1之间差异显著(P < 0.05)，处理4和1之间差异极显著(P < 0.01)。说明绿化植物废弃物覆盖对土壤全钾的影响可能要在一段时间后才显现出来，并且也只有在覆盖量高时影响才显著。

图 5还表明，相对于未覆盖处理1，覆盖处理2，3和4速效钾含量都有极显著提高(P < 0.01)，平均增加了85.1，101和139 mg·kg^-1，且不同覆盖处理之间也差异极显著(P < 0.01)。一般植物中的钾都是以游离态存在且在分解转化中易于流失，而本试验绿化植物废弃物覆盖后，速效钾的含量都有明显增加，主因可能有二：一是植物中以游离态存在的钾易被分解，分解后的钾被土壤吸收固定；二是覆盖增加了土壤微生物的活性，进而促进了绿化植物废弃物的分解和钾的释放(耿玉辉等，2000)。

3.7 绿化植物废弃物覆盖对土壤微生物生物量碳氮含量的影响

从图 6可以看出，处理1在整个试验期间微生物生物量碳含量呈降低趋势，1年后降低了70.4 mg·kg^-1；而绿化植物废弃物覆盖后却显著增加了土壤微生物生物量碳含量(P < 0.01)，且覆盖量越大，增加效果越明显，不同覆盖处理之间差异极显著(P < 0.01), 这与秸秆等有机废弃物还田后所得结果一致(王志明等，2003b)。覆盖时间不同对土壤微生物生物量碳含量的影响也不同，覆盖80天时土壤微生物生物量碳含量达到了最大值，此后微生物生物量碳含量逐渐降低并趋于稳定(原因可能为：一是绿化植物废弃物中易分解物质已经被微生物利用殆尽，微生物已经进入稳定期甚至衰退期；二是绿化植物废弃物在腐解过程中会产生有机酸，对微生物产生抑制作用)。而覆盖处理1年后，虽然土壤微生物量碳含量增加趋势比刚覆盖时有所减缓，但处理2，3和4还比覆盖前增加了141，181和322 mg·kg^-1，与龚伟等(2007)的研究结果相似。

从图 6还可看出，微生物生物量氮含量和微生物生物量碳含量的变化趋势相似，覆盖处理均较未覆盖处理土壤微生物生物量氮含量大，且差异极显著(r=0.904，P < 0.01)。覆盖绿化植物废弃物1年后，土壤微生物生物量氮含量增加了很多，处理2，3和4分别增加了12.8，38.4和47.5 mg·kg^-1，且处理3和4与处理1之间差异极显著(P < 0.01)，处理1和2之间差异不显著。

3.8 绿化植物废弃物覆盖对土壤微生物周转的影响

土壤微生物周转对土壤有机质和养分循环起着决定作用，对了解土壤养分供应潜力和植物养分的有效性有非常重要的意义(何振立，1997；吴金水等，2004)。

由表 3可见，处理1微生物周转率最低，微生物生物量碳周转率为0.75 a^-1，周转周期为1.33 a，说明处理1微生物生物量碳在1.33 a更新1次；微生物生物量氮周转率为0.32 a^-1，周转周期为3.10 a，倍增期为2.16 a，处理1微生物生物量氮在3.10 a更新1次。而覆盖处理的土壤微生物生物量碳和氮周转率比处理1大，周转期比处理1短，且覆盖量越大，微生物周转率越大，周转期越短。由此可见，绿化植物废弃物覆盖加快了土壤微生物生长代谢，有利于养分的矿化释放，促进植物的生长。

由表 3可见，覆盖处理微生物生物量碳和微生物生物量氮的流通量较大，且随覆盖用量的增加而增大，而未覆盖处理的流通量较低，表明覆盖处理后微生物生长和消亡量增加，土壤中微生物繁殖速度加快，微生物活性加强，加快了土壤中营养元素的循环，且覆盖用量越多效果也越明显。同时从表 3还可看出4个处理微生物生物量碳周转期都要比微生物生物量氮短，说明微生物生物量碳更新比微生物生物量氮快，可能与绿化植物废弃物含碳量高有关。

3.9 覆盖量和微生物生物量碳氮及土壤肥力之间的关系

表 4表明覆盖量和土壤有机质、全氮，全磷、水解氮、有效磷、速效钾、微生物生物量碳和微生物生物量氮之间呈极显著线性正相关，表明在试验设置的覆盖用量范围内，土壤营养元素和微生物活性随覆盖用量增加而增加。但土壤全钾含量与绿化植物废弃物覆盖量之间相关性不显著，这正是前面所分析的上海土壤钾含量相对较高，而绿化植物废弃物钾含量不高的原因所致。

从表 5可看出，土壤微生物生物量碳氮与土壤有机质、全氮、水解氮、有效磷、速效钾之间均呈极显著线性相关(P < 0.01)，这也表明土壤微生物生物量碳氮与土壤肥力关系密切，可综合反映土壤的肥力状况，是评价土壤质量的重要微生物学指标。但微生物生物量氮与全钾及全磷之间相关性不显著，这可能与绿化植物废弃物本身钾和磷的含量不高有关。

4 结论与讨论

绿化植物废弃物覆盖能明显改善土壤的保水能力，并且和农业上的秸杆还田和森林凋落物自然覆盖的保水效果一致(徐福利等，2006；张雷燕等，2007)。绿化植物废弃物覆盖能降低土壤密度，提高土壤总孔隙度和毛管孔隙度。绿化植物废弃物覆盖能提高土壤有机质、全氮、全磷、水解氮、有效磷和速效钾含量，改善城市林地土壤贫瘠、肥力供给不足的缺陷。绿化植物废弃物覆盖还能提高土壤中微生物生物量碳、氮含量，缩短微生物量周转时间，加快微生物对营养元素的吸收与释放，增加微生物流通量，增强微生物活性。绿化植物废弃物覆盖对城市林地土壤的保肥作用与农业上的秸杆还田和森林枯落物还林取得的保肥效果一致(武志杰等，2002；李海涛等，2007)。

和秸杆还田一样，绿化植物废弃物用量并不是越多越好(晋凡生等, 2000；黄利斌等，2008)，本次试验的最大覆盖量是6 120 kg·hm^-2，这也是根据前人试验结果设置的(王成等，2005)。而且本试验也证明在6 120 kg·hm^-2覆盖量范围内，绿化植物废弃物覆盖量和土壤主要肥力指标呈显著线性正相关，覆盖量越大对土壤的改良作用越显著，但在接近6 120 kg·hm^-2覆盖量时土壤的改良效果再没有升高，因此提倡最大用量为6 120 kg·hm^-2。

绿化植物废弃物在城市林地中覆盖，既达到了废弃物资源化利用的目的，又能提高城市土壤质量，降低城市林地的养护费用，是建立节约型城市园林绿化的有效措施之一。

Ananyeva等(1999)研究认为土壤微生物量碳在总体上可以反映10~20 a时间尺度土壤质量演变，Carter等(1986)曾把土壤微生物生物量碳作为由不同耕作法引起的土壤生物学性质变化的一个指标，大量研究证实微生物生物量碳对评价土壤质量具有积极意义(俞慎等，1999；Bonde et al., 1988；Kushwaha et al.，2000)。本研究表明土壤微生物生物量碳氮与土壤主要肥力指标呈极显著线性相关，能综合反映土壤肥力，是有效评价废弃物土地利用效果的关键性生物学指标。