结合人造纤维和曝气的浮动人工湿地强化处理及藻类抑制技术

《Ecological Engineering》：Enhanced treatment and algal suppression of floating constructed wetland integrated with artificial fiber and aeration

评估了韩国安山省垃圾填埋场改造花园的土壤物理化学特性，发现其土壤紧实度高、孔隙率低、pH值偏碱、氮磷养分不足，通过多变量分析（PERMANOVA、PCoA、envfit）揭示土壤差异主要受pH、电导率、砂含量等6个关键变量驱动，需采取有机改良、pH调节及排水措施。

　　

作者：Byeonggil Choi、GunHyung Kwon、Heesol Chang、Solji Lee

韩国京畿道林业环境研究中心，奥斯安 18118

摘要

本研究评估了位于韩国安山一处填海造地遗址上的京畿省规划中花园建设前的土壤物理和化学性质。为了评估该花园的土壤状况，我们将其与京畿道内的其他城市公园和森林进行了比较。通过使用PERMANOVA和主坐标分析（PCoA）进行的多变量分析，发现三种土地利用类型（花园、公园和森林）之间的土壤性质存在明显差异：花园土壤的容重（1.38 g cm^?3对比森林的1.20 g cm^?3）、砂含量、pH值（8.13对比公园的5.85）以及电导率（EC）显著较高，而孔隙度、有机质（OM）、总氮（TN）和有效磷（AP）则较低（P < 0.05）。此外，环境向量拟合（envfit）确定了六个关键变量（pH、EC、AP、Ca²⁺、Mg²⁺和砂含量）作为影响土壤变异的主要因素（R² > 0.3，P < 0.05）。花园区域的土壤存在物理限制（如压实）和化学问题（如碱度过高、养分失衡），表明其不适合立即种植。这些结果表明，在建设花园之前需要采取土壤修复措施，包括使用有机改良剂、调节pH值以及规划排水系统以解决局部积水问题。

引言

城市绿地，如公共公园和大型花园，在缓解城市热岛效应、过滤空气污染物、提高生物多样性以及促进碳封存方面发挥着重要作用，从而改善城市的生态和社会功能（Roy等人，2012年；Pasher等人，2014年；Boukili等人，2017年）。随着全球对可持续发展和气候适应性的关注日益增加，将退化或工业废弃土地转化为功能性绿地已成为城市规划和恢复生态学的关键策略（Pasher等人，2014年；Dogan等人，2023年）。在快速城市化地区，填海造地遗址通常需要结合土壤诊断和适应性植被规划的修复策略（Deeb等人，2020年）。

填海造地遗址既带来了挑战也带来了机遇。这些遗址往往存在土壤质量差、污染和压实等问题，限制了植被的生长。然而，由于周边居民对环境改善的需求不断增加（尤其是受到气味、噪音和土地使用负面影响的居民），许多地方政府已将 former 垃圾填埋场转化为具有生态效益的绿地（Manfredi等人，2019年；Dogan等人，2023年；Vincevica-Gaile等人，2023年）。

在韩国，Sihwa填海造地（曾用于处理城市固体废物）被确定为区域规模花园开发的候选地点。然而，这些地区的填充土壤通常由高地挖掘或建筑废料形成的压实底土组成，缺乏足够的有机质、必需养分（如氮、磷、钾）和适宜根系生长的孔隙度（Jim，1998年；Byun等人，2011年；Bakhmatova等人，2022年）。这些限制会严重阻碍植物生长，降低景观效果，并增加种植后的维护成本。因此，了解基线土壤状况对于制定针对性的土壤改良策略和养分管理计划至关重要（Montgomery等人，2016年）。

许多研究已经探讨了城市土壤，包括公园土壤（Millward等人，2011年；Manfredi等人，2019年；An等人，2022年）、香港的路边生境（Jim，1998年）以及韩国的填海造地海岸土（Kim和Kim，2022年）。然而，大多数研究仅关注表层土壤（0–30厘米），并且依赖于单一土壤参数的比较。例如，Jim（1998年）提出了60–70厘米深度下适合植被生长的土壤物理和化学基线数据，但没有与其他土地利用类型进行比较或结合多变量分析。同样，Kim和Kim（2022年）对填海造地海岸土的养分限制提供了有价值的见解，但分析范围仅限于表层土壤。这些不足可能阻碍了大规模生态恢复项目中对不同深度土壤限制的全面识别。为了解决这些问题，本研究采用了多深度采样（0–110厘米），应用多变量统计方法（PERMANOVA、PCoA、envfit）来确定优先修复的土壤问题，并将填海造地土壤与城市公园和森林参考地点进行了比较，同时将诊断结果与韩国的《景观设计标准》（KDS 34 30 10:2024）进行了对照。这些方法比以往仅限于表层土壤或单一参数比较的研究提供了更全面且更具政策相关性的评估。

本研究旨在评估位于韩国京畿道安山市一处前海岸填海造地上的京畿省规划中花园的土壤物理和化学性质，并将其与京畿省内已建成的城市公园和森林绿地进行比较。通过关注与植被生长相关的物理化学性质（不包括政府协议已稳定的重金属污染），本研究为韩国填海造地上的大规模城市花园提供了首次全面的建前土壤健康基线评估，为类似的填海造地恢复项目提供了参考。

研究区域

研究区域

本研究在韩国京畿省安山市的Sihwa填海造地上进行（图1）。该地点曾是Sihwa填海造地的一部分，从1989年至1992年用于处理京畿道八座城市的固体废物，平均填埋深度约为10米，总处理容量为8,625,000立方米。

土壤数据中的组别差异与排序

三种用地类型的土壤性质存在显著差异。PERMANOVA分析证实了用地类型对土壤组成的多变量变化有显著影响，说明用地类型解释了土壤组成总变异的40.6%（P < 0.001）（表2）。来自京畿省花园、公园和城市森林的土壤样本在多变量空间中形成了不同的组别。按用地类型对样本进行的多变量聚类结果在排序图中有所体现（表2）。

京畿省花园区域的物理限制

多变量分析（PERMANOVA和PCoA）显示，京畿省花园、城市公园和城市森林之间的土壤存在显著差异。具体而言，花园区域的土壤砂含量和容重较高，孔隙度较低，这主要反映了填海造地的历史背景。

0–30厘米深度的矿物土壤容重分别为：京畿省花园和公园为1.38–1.42 g cm^?3，城市森林为1.20 g cm^?3。

结论

本研究评估了填海造地在花园建设前的土壤物理和化学性质，并为类似的城市恢复项目提供了方法论框架。研究确认了京畿省花园存在的土壤物理限制（如压实导致的容重过高）和养分失衡（氮和磷缺乏，以及钙过量）。建议采取针对性的修复措施，如使用有机改良剂（堆肥、生物炭或缓释肥料）、调节pH值等。

作者贡献声明

Byeonggil Choi：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、监督、软件使用、资源管理、项目协调、方法论设计、调查实施、数据分析、概念构建。GunHyung Kwon：数据收集与分析。Heesol Chang：数据收集与分析。Solji Lee：数据收集与分析。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

作者是该期刊的编委会成员/主编/副主编/特邀编辑，未参与本文的编辑审查或发表决定。

作者声明以下可能的财务利益或个人关系可能构成潜在的利益冲突：

致谢

本研究得到了京畿道提供的“森林资源生产研究研发计划”的支持。