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1、 上海城市绿地土壤pH分布特征及影响因素 马 想,伍海兵,梁 晶(上海市园林科学规划研究院,上海城市困难立地绿化工程技术研究中心,上海 200232)城市土壤是在自然土壤的基础上,在特殊的城市地貌、气候、水文与污染的环境背景下,经直接或间接的人为扰动或组装起来的、具有高度时空变异性的一类特殊的人为土壤1。 城市土壤是城市自然生态系统的重要组成部分,是城市中植物生长的介质和养分的供应者,也是土壤微生物的栖息地和生长、繁殖的能量来源,土壤还是城市污染物的汇集地和净化器,对城市的可持续发展有着重要的意义2。 城市土壤理化特征的变化是城市化过程对土壤生态环境影响的直观体现,也是土壤生态功能变化的潜在原
2、因3。 土壤pH 是土壤在形成过程中受生物、气候、地质、水文等因素综合作用产生的重要属性4,是土壤化学性质和肥力高低的重要指标,对土壤环境和植被生长具有重要影响5。 土壤pH 具有区域变化特征,受地形、气候6、成土母质、土壤类型、人为管理措施7-8、地上植被9等自然和人为因素的影响。城市土壤虽出自于自然土壤或半自然土壤,但在成土环境、成土过程、剖面发育形态及物质组成与养分循环途径等方面均与自然土壤和农业土壤有着较大的区别1,因此城市绿地土壤pH 分布特征和影响因子可能与自然土壤存在较大差异。 上海作为我国发展速度最快的大城市之一,对城市绿地土壤的研究开展较早。 项建光等10研究表明,上海新建绿
3、地土壤pH 基本大于8.0;方海兰等11研究也表明,上海绿地土壤呈碱性或强碱性,86%的绿地土壤pH 8.0;彭红玲等12研究表明,上海辰山植物园73.3%的土壤pH 7.8。 对上海绿地土壤pH 的时间变化分析表明,上海绿地土壤pH 在20022018 年呈逐渐降低的趋势,平均降低了0.5713。 以上研究主要是针对上海绿地土壤pH 的分布现状和变化趋势进行分析,对其空间变异特征和影响因素的研究较少。 本试验以上海城市绿地土壤质量监测体系为依托,对上海城市绿地土壤pH 空间分布特征及其影响因素进行探讨,旨在为上海城市绿地土壤肥力提升机制的深入研究提供基础支撑,并为城市生态环境保护提供科学依据
4、。1 材料与方法1.1 研究区概况上海位于长江三角洲地区,成土母质类型包括湖相沉积物、河湖沉积物、河流沉积物、江海沉积和微酸性坡残积物,主要土壤类型为水稻土、滨海盐土、潮土和黄棕壤土,地势呈西南高东北低,相对高差约为3 m,属于平原型地貌,年均气温约15.7 ,年均降水量约1 100 mm,属亚热带季风气候。1.2 样品采集与处理2014 年910 月在上海9 个中心城区内采集土壤样品571 个,其中公园绿地土壤样品395 个,公共绿地土壤样品33 个,道路绿地土壤样品143 个。 根据各绿地面积确定采样点数量,表层土壤采集时,使用土钻在采样点按照梅花型布点采集5 个020 cm 土壤,并混合
5、为1 个样品,去除样品中肉眼可见的砖石、草根等杂物,各样品采用四分法保留23 kg。 装入取样袋,带回实验室进行理化性质分析。 剖面土壤采样时先去除表层杂物,然后利用深层土钻分别取出020 cm、2040 cm 和4090 cm 的土壤,每个取样点采集5 个样品,相同层次土壤混合为一个剖面样品。1.3 指标测定土壤容重、非毛管孔隙度采用环刀法测定;土壤颗粒组成采用密度计法测定14。 取部分样品进行风干,根据不同指标的要求过相应孔径筛后进行土壤化学性质测定。 土壤pH 和土壤电导率(EC)分别采用电位法和电导法测定,有机质含量采用重铬酸钾-硫酸氧化法测定,水解性氮含量采用碱解扩散法测定,有效磷含
6、量采用碳酸氢钠浸提法测定,速效钾含量采用乙酸铵浸提法测定14。1.4 数据处理数据经Excel 2016 软件整理后,采用SPSS 22 软件进行单因素方差分析,多重比较采用Duncan 法;采用Sigmaplot 14 软件绘图。2 结果与分析2.1 土壤pH 分布特征2.1.1 土壤pH 整体分布根据城市绿地分类标准15可将所研究绿地分为公园绿地、广场绿地和道路附属绿地3 种类型,全市绿地土壤pH 平均值为8.20,其中最小值和最大值均来自公园绿地,分别为5.52 和9.11;公园绿地土壤pH 平均值为8.17;广场绿地土壤pH 平均值为8.29,最小值为7.76,最大值为8.75;道路附
7、属绿地土壤pH 平均值为8.23,最小值为7.51,最大值为8.70。 多重比较分析表明,广场绿地土壤pH 显著高于公园绿地,道路附属绿地与公园绿地及广场绿地土壤pH 均无显著差异。参照中国土壤16对我国土壤酸碱度的划分标准,将上海城市绿地土壤pH 分为5 级,pH5.0 为强酸性、5.0 pH6.5 为酸性、6.5 pH7.5 为中性、7.5 pH8.5 为碱性、pH 8.5 为强碱性。 按照划分标准,上海城市绿地土壤pH 平均值8.20,属碱性,且公园绿地、广场绿地和道路附属绿地的土壤pH均属碱性。 由图2 可知,3 种绿地类型土壤pH 均以碱性为主,在公园绿地、广场绿地和道路附属绿地土壤
8、中占比分别为81%、73%和87%,在全市绿地整体占比约为82%。 所调查绿地中无强酸性土壤,酸性和中性土壤仅存在于公园绿地中,占比分别为0.76%和2.78%。 强碱性土壤占比最高的为广场绿地,达27.3%;公园绿地和道路附属绿地强碱性土壤占比分别为15.7%和13.3%,强碱性土壤在全市绿地中整体占比约为15.8%。图1 上海城市绿地土壤pH 分布Fig.1 Soil pH distribution in Shanghai urban green space图2 不同绿地类型中各土壤pH 范围占比Fig.2 Proportion of each soil pH range in diffe
9、rent types of green space 2.1.2 各行政区土壤pH 分布由图3 可知,在各行政区绿地土壤pH 分布中,pH 最小值分布于长宁区,为5.72,pH 最大值分布于浦东新区,为9.11;各行政区绿地土壤pH 分布中,极差最小的为杨浦区,为0.86,极差最大的为长宁区,达3.18;杨浦区绿地土壤pH 平均值最小,为8.04,静安区绿地土壤pH 平均值最大,为8.36;各行政区绿地土壤pH 分布中,变异系数最小的为浦东新区,约为2.53%,变异系数最大的为长宁区,达6.28%。 多重比较分析表明,静安区、浦东新区绿地土壤pH 显著高于长宁区、普陀区、虹口区和杨浦区;黄浦区、
10、徐汇区、闸北区土壤pH 显著高于杨浦区。图3 各行政区土壤pH 分布状况Fig.3 Distribution of soil pH in each administrative district2.1.3 公园绿地土壤剖面pH 分布如图4 所示,020 cm 深度土壤pH 在5.728.51,极差为2.79,平均值为8.00;2040 cm 深度土壤pH 在7.348.66,极差为1.32,平均值为8.14;4090 cm 深度土壤pH 在7.299.11,极差为1.82,平均值为8.21。 在公园绿地土壤剖面中,土壤pH 最小值分布于020 cm 深度,最大值分布于4090 cm深度。 多重
11、比较分析表明,表层020 cm 土壤pH 显著低于4090 cm 土壤pH,但处于中间的2040 cm 土壤与表层020 cm 和深层4090 cm 的土壤pH 均无显著差异。图4 公园绿地土壤剖面pH 分布Fig.4 pH distribution of soil profile in park green space2.2 土壤pH 分布的影响因素2.2.1 绿地土壤养分对pH 的影响大量研究表明,土壤pH 与土壤有机质及土壤养分之间存在着一定的相关性。 由表1 可知,绿地土壤pH 与土壤EC、有机质含量、水解性氮含量、有效磷含量和速效钾含量均呈负相关。 公园绿地土壤pH 与土壤EC 等指
12、标均达极显著相关,土壤pH 与土壤有机质含量和水解性氮含量的相关系数均达-0.32;与有效磷含量的相关系数为-0.30。 广场绿地土壤pH 仅与土壤EC 显著相关,相关系数为-0.43。 道路附属绿地土壤pH 与土壤EC 等指标均达极显著相关,土壤pH 与土壤有效磷含量相关系数为-0.47,与土壤EC、有机质含量、水解性氮含量和速效钾含量相关系数基本一致。 在3 种类型绿地土壤中,土壤pH 与各养分指标的相关系数均为道路附属绿地最大(EC 除外)。表1 土壤pH 与土壤养分的相关性Table 1 Correlation between soil pH and soil nutrients2.2
13、.2 绿地土壤物理性状对土壤pH 的影响2.2.2.1 土壤质地对pH 的影响由图5 可知,上海绿地土壤质地主要为粉(沙)质黏壤土,占比约为79%;其次为粉(沙)质壤土,占比约为12%;黏土和粉(沙)质黏土占比均在5%左右。 粉(沙)质黏壤土pH 分布最广,土壤pH 为5.529.11,极差为3.59;黏土pH 分布最集中在8.038.49,极差为0.46。 多重比较分析表明,不同类型土壤质地间土壤pH 无显著差异,黏土、粉(沙)质黏土、粉(沙)质黏壤土和粉(沙)质壤土pH 平均值分别为8.22、8.25、8.15 和8.17。图5 土壤质地对pH 的影响Fig.5 Effects of so
14、il texture on pH参考中国土壤16中土壤酸碱度的划分标准,结合上海城市绿地土壤pH 的实际分布状况,将绿地土壤pH 划分为pH7.5、7.5 pH8.5、pH 8.5 三个范围。 由图6 可知,不同pH 范围内,均以0.0020.05 mm(含0.002 mm)粒径的土壤占比最大,其次为0.002 mm 粒径的土壤,0.052 mm(含0.05 mm)粒径土壤占比最小。 多重比较分析表明,在不同pH 范围内,土壤颗粒的粒径组成无显著差异。总体而言,在上海绿地土壤中0.0020.05 mm 的粒径占比约为36%,0.002 mm 的粒径占比约为59%,0.052 mm 粒径的占比约
15、为5%。图6 不同粒径土壤组成的绿地土壤pHFig.6 Green space soil pH of different soil particle composition2.2.2.2 土壤容重和孔隙度对pH 的影响土壤容重和孔隙度可以通过影响土壤中固相、液相和气相的分配,从而影响元素的循环过程和氧化还原电位,并对土壤pH 产生影响。 由表2 可知,绿地土壤pH 与土壤容重和土壤非毛管孔隙度均达极显著相关,相关系数分别为0.51 和0.26。 土壤pH 与土壤容重为正相关,即土壤pH 随容重的增加而增加;土壤pH 与非毛管孔隙度为负相关,即土壤pH 随非毛管孔隙度的增加而降低。表2 土壤pH
16、 与土壤容重和非毛管孔隙度的相关性Table 2 Correlation of soil pH value with soil bulk density and non-capillary porosity2.2.3 植被类型对土壤pH 的影响地上植被可以通过根系分泌物和凋落物影响土壤中的元素循环,并对土壤pH 产生影响。 由图7 可知,草地、灌木、乔木、灌草混合、乔草混合、乔灌混合及乔灌草混合7 种地上植被群落结构下的绿地土壤pH 平均值分别为8.20、8.18、8.12、8.18、8.22、8.05 和8.20。 绿地土壤pH 的最小值和最大值均分布于乔木和草被混种类型下,最小值为5.72,
