太原市不同類型城市綠地土壤理化性質(zhì)*

樊蘭英 閆麗娟 劉隨存

1 山西省林業(yè)科學(xué)研究院 山西太原城市生態(tài)系統(tǒng)定位觀測研究站 太原 030012

2 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院 山西太谷 030801

城市綠地土壤是城市環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵天然屏障之一，其不僅在城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能方面具有顯著作用，在環(huán)境改善方面同樣具有重要作用[1-2]，與森林土壤相比，城市綠地土壤具有其特殊環(huán)境下的特征。相關(guān)研究學(xué)者對城市綠地土壤展開了部分研究[3-6]，祝鑫海等[7]對北京市核心區(qū)土壤養(yǎng)分空間變異進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)有效磷與速效鉀的含量較為豐富，有機(jī)質(zhì)與堿解氮的匱乏現(xiàn)狀有待改善。武玲珍等[8]研究認(rèn)為，隨著綠地土壤利用年限的增加，有向其所在地自然土壤特性發(fā)展的趨勢。吳新民[9]研究結(jié)果顯示，影響城市土壤重金屬污染的主要因子為距工業(yè)區(qū)遠(yuǎn)近、土壤粘粒含量和pH 值。陳秀玲等[10]就福州市城市綠地土壤的TOM、磁化率以及pH 值做了相關(guān)性的分析，結(jié)果顯示，不同功能區(qū)土壤的pH 值、有機(jī)質(zhì)和磁化率三者之間基本不存在相關(guān)關(guān)系，與自然土壤有較明顯的區(qū)別。

國內(nèi)對資源型城市綠地土壤的研究較少，我國北方資源型城市土壤養(yǎng)分的研究也甚少。本研究以華北地區(qū)典型的資源型城市——太原市為研究對象，按照 《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》 (CJJ/T85—2017)和 《中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》 (CJJT85—2002)，設(shè)置4 類城市綠地樣地，按照不同城市綠地類型，探討不同城市化水平區(qū)綠地土壤養(yǎng)分的分布特征，旨在為城市土壤養(yǎng)分的研究、評價，合理利用城市土壤和保護(hù)城市環(huán)境提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

太原市位于山西省境中部，太原盆地北端，建成區(qū)面積438 km2，年均降水量約420 mm，年平均氣溫9.5 ℃，全年日照時數(shù)2 808 h； 森林覆蓋率23%，綠化率35%，濕地1.5%。作為資源型城市，多年來，太原市SO2和TSP 均超過國家三級標(biāo)準(zhǔn)，近幾年春季出現(xiàn)大量沙塵暴，已被列為全球頭號污染城市之一，具有典型的代表性。本文所研究區(qū)域為太原市建成區(qū) (不包括下屬市縣)。

1.2 樣地設(shè)置

以太原市環(huán)城高速和中環(huán)兩條環(huán)形道路為劃分依據(jù)，將研究區(qū)分為3 個梯度: 中環(huán)線以內(nèi)為城市化高水平區(qū)； 中環(huán)線到環(huán)城高速之間的區(qū)域，為城市化中水平區(qū)； 環(huán)城高速以外的地區(qū)，為城市化低水平區(qū)。以市中心 (五一廣場)向四周輻射至建成區(qū)邊緣，設(shè)置東南西北4 條樣帶 (圖1)。

按照 《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》 (CJJ/T85—2017)和 《中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》 (CJJT85—2002)，在不同樣帶設(shè)置4 類城市綠地樣地，分別為: 公園綠地、防護(hù)綠地、附屬綠地和生產(chǎn)綠地。布局結(jié)果顯示，每一條樣帶上平均約16 個采樣區(qū)，共62 個采樣區(qū)。具體采樣點設(shè)置以及采樣區(qū)的分布情況如圖1 所示。

圖1 采樣區(qū)布局圖

1.3 樣品采集與處理

采樣選擇晴朗、近期無降水的日期進(jìn)行采樣(7—8 月)。每個采樣區(qū)隨機(jī)選取 3 個采樣點，用環(huán)刀和鋁盒取樣，后用土鉆采集0 ～10 cm、10 ～20 cm、20 ～30 cm 的3 個不同深度的土壤樣品，每個位置的土壤樣品均經(jīng)過同一深度土壤的混合。去除所采集土壤中的石塊、雜草等雜質(zhì)，裝入塑料自封袋，壓出空氣密封帶回實驗室。土壤樣品的制備和保存按照中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)科學(xué)委員會所編寫的 《陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤觀測規(guī)范》 中的方法進(jìn)行，經(jīng)過風(fēng)干、研磨、過篩、儲存 4 個步驟。

pH 值采用電位法，土壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀-外加熱法，全氮含量采用半微量凱氏定氮法，全磷含量采用酸溶-鉬銻抗比色法，全鉀采用火焰光度計法，速效磷含量采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，堿解氮含量采用堿解-擴(kuò)散吸收法[11]。

1.4 統(tǒng)計方法

數(shù)據(jù)分析采用傳統(tǒng)的 SPSS11.0 和EXCEL2003 等軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型綠地土壤基本特征

從表1 可知，公園綠地的土壤容重含量最高，為1.41 g/cm3，生產(chǎn)綠地土壤容重含量最低，為1.16 g/cm3； 綠地土壤平均含水量為11.19%； 公園綠地土壤pH 值最高，為7.92； 各類綠地土壤pH 呈堿性，均值為 7.65。

表1 不同城市綠地土壤基本特征

2.2 不同類型綠地土壤養(yǎng)分分布特征

分析結(jié)果顯示，太原市綠地土壤TOM 平均為24.82 g·kg-1。如圖2 所示，生產(chǎn)綠地整體 TOM含量較高，而公園綠地每層的TOM 含量均低于其余3 類綠地，公園綠地3 個深度層TOM 含量分別為 22.888±9.027 g·kg-1、18.573±7.089 g·kg-1、18.072±7.886 g·kg-1。垂直方向上，綠地土壤TOM 含量表現(xiàn)出隨著土層的增加而減少的趨勢，防護(hù)綠地 0 ～ 10 cm 顯著高于 10 ～ 20 cm 和 20 ～30 cm層，后兩者之間無顯著差異，其他3 類城市綠地各層次間沒有明顯差異性。

從圖2 可以看出，太原城市綠地土壤TN 含量均值為0.13 g·kg-1，屬于土壤養(yǎng)分等級中的6級水平 (＜0.5 g·kg-1)。綠地 TN 含量由大到小為: 防護(hù)綠地＞附屬綠地＞公園綠地＞生產(chǎn)綠地。生產(chǎn)綠地各層次間差異性顯著，其他3 類城市綠地各層次間無顯著差異。太原市城市綠地土壤TN含量無規(guī)律性，暫未形成層次性。

在太原市城市綠地土壤中，TP 平均含量為1.32 g·kg-1，根據(jù)我國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，太原市屬于 TP 含量豐富的1 級水平 (＞1)。如圖2 所示，城市綠地土壤 TP 含量由大到小為: 生產(chǎn)綠地＞附屬綠地＞防護(hù)綠地＞公園綠地。生產(chǎn)綠地表層TP 含量明顯高于其他城市綠地。在 0～10 cm、10 ～20 cm、20 ～30cm 各層中，TP含量最高的功能區(qū)為生產(chǎn)綠地 (其3 個深度層的TP 含量分別為 2.026±1.125 g·kg-1、2.054±1.078 g·kg-1、1.446±0.644 g·kg-1)。太原市城市綠地土壤 TP 含量有0～10 cm 高于20～30 cm 的趨勢，暫未有明顯的層次性。

圖2 城市綠地不同土層土壤養(yǎng)分分布

2.3 不同城市化水平與土壤養(yǎng)分分布的關(guān)系

分析結(jié)果 (表2)顯示，隨著城市化水平從高到低，綠地土壤TOM 平均值分別為22.193±11.833 g·kg-1、24.332 ± 7.352 g · kg-1、31.150±2.268 g·kg-1； TN 含量分別為 0.153±0.062 g·kg-1、0.143±0.051 g·kg-1、0.129±0.023 g· kg-1； TP 的 含 量 分 別 為: 1.554 ±0.625 g·kg-1、1.294±0.488 g·kg-1、1.257±0.304 g·kg-1。城市化高水平區(qū)、中水平區(qū)綠地土壤TOM 顯著低于城市化低水平區(qū)。土壤TN、TP 含量則與 TOM 含量呈相反的趨勢，城市化低水平區(qū)顯著低于高水平區(qū)、中水平區(qū)。由此可以看出，綠地土壤養(yǎng)分隨城市化水平不同呈現(xiàn)出不同的規(guī)律。

表2 不同城市化水平綠地土壤有機(jī)質(zhì)、總氮和總磷特征g·kg-1

隨著土壤深度加大，城市化高水平區(qū)、中水平區(qū)表層TOM 含量顯著高于其他層，TN、TP 分布無顯著差異； 城市化低水平區(qū)域，TOM 含量各層次之間無顯著差異，TN、TP 分布表現(xiàn)出類似的規(guī)律，0 ～20 cm 土層含量顯著高于 20 ～30 cm，層次性較明顯。

3 結(jié)論與討論

太原城市綠地土壤基本呈堿性，pH 值平均為7.65，土壤TN 在含量上處于偏低水平，為0.13 g·kg-1；TP 含量較豐富，為1.32 g·kg-1，與全國大部分園林土壤類似，表現(xiàn)出堿化的趨勢[2]。各種類型綠地的土壤雖然位置和功能有所差異，但土壤TOM、TN、TP水平分布差異性不顯著。與自然系統(tǒng)(如森林生態(tài)系統(tǒng))類似，城市各類綠地土壤TOM 垂直分布上均呈隨著深度增加而降低，而土壤TN、TP 在垂直分布無明顯的規(guī)律，雖然同樣受人為干擾大，但綠地植被表層有機(jī)質(zhì)含量高，層次性更加明顯，而氮和磷的含量低，易受到擾動的影響。

在城市化低水平區(qū)，受人為干擾程度較小，土壤有機(jī)質(zhì)更接近自然狀態(tài)，從而出現(xiàn)城市化高、中水平區(qū)綠地土壤TOM 顯著低于城市化低水平區(qū)，但城市化高水平區(qū)和中水平區(qū)，主要為商業(yè)、居住區(qū)，各種公共基礎(chǔ)設(shè)施相對完善，對城市綠地能起到較好的管理，TN、TP 含量則顯著高于城市化低水平區(qū)。隨著土壤深度加大，城市化高水平區(qū)、中水平區(qū)表層TOM 含量顯著高于其他層，TN、TP 分布無顯著差異； 城市化低水平區(qū)TOM 含量各層次之間無顯著差異，TN、TP 分布表現(xiàn)出類似的規(guī)律，0 ～20 cm 土層含量顯著高于20～30 cm，層次性較明顯。

城市綠地土壤養(yǎng)分受到農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通、居住等人為活動影響很大，主要分布特征和綠地功能類型密切相關(guān)[12]，因此，在城市化不斷發(fā)展過程中，隨著城市綠化、花化和彩化的干擾性增大，對其提供能量和養(yǎng)分的綠地土壤給與更合理的利用和維護(hù)，以自然生態(tài)系統(tǒng)的分布規(guī)律指導(dǎo)城市生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，有利于實現(xiàn)人類與綠色融合的可持續(xù)發(fā)展。