劉 騫,曾文津,趙 宇,賈蕊萌,李 越

(長春大學(xué)園林學(xué)院，吉林 長春 130000)

在城市生態(tài)系統(tǒng)中，城市綠地作為其重要的組成部分，具有很大的生態(tài)效益，在城市景觀提升方面發(fā)揮著重要的作用，此外，對于推進(jìn)人類的生活條件和城市的區(qū)域發(fā)展起著良好的作用[1]。但近些年來，城市化進(jìn)程的愈來愈烈，頻繁而持續(xù)的人為活動對區(qū)域乃至全球土壤碳氮儲量及碳氮循環(huán)途徑等均產(chǎn)生影響，嚴(yán)重破壞了城市的生態(tài)系統(tǒng)，城市環(huán)境面臨著嚴(yán)峻的考驗[2～3]。本研究調(diào)查吉林省長春市不同功能分區(qū)(公園、道路、居住區(qū)、校園)綠地土壤垂直分布特征，并探討土壤有機(jī)碳含量與pH值、堿解氮養(yǎng)分含量的相關(guān)性，旨在為人們對土壤碳匯功能及土壤養(yǎng)分狀況的評價提供科學(xué)依據(jù)，從而提高土壤的固碳功能，減少二氧化碳的排放量，為改善生態(tài)環(huán)境做出突出貢獻(xiàn)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

長春市(北緯43°05′～45°15′，東經(jīng)124°18′～124°05′)是吉林省的省會，位于中國東北平原腹地松遼平原，居北半球中緯度北溫帶。長春市地域遼闊，土地資源較豐富。土質(zhì)主要是34%的黑土、29%的草甸土和15%的黑鈣土等，土質(zhì)肥沃，一般黑土層厚達(dá)0.6 m～1.0 m。長春市的地勢比較平坦，氣候介于東部山地濕潤與西部平原半干旱區(qū)之間的過渡帶，屬溫帶大陸性濕潤氣候類型。東部和南部雖距海洋不遠(yuǎn)，但由于長白山地的阻擋，削弱了夏季風(fēng)的作用；西部和北部為地勢平坦的松遼平原，西伯利亞極地大陸氣團(tuán)暢通無阻，故氣候總的特點是春季干旱多風(fēng)，夏季溫暖短促，秋季晴朗溫差大，冬季嚴(yán)寒漫長。年平均氣溫4.6℃，歷史上最高氣溫40℃,最低氣溫零下39℃.年降水量600 mm～700 mm，全年無霜期為140 d～150 d，全年冰凍期為5個月。

1.2 土壤樣品采集及處理

選取研究區(qū)內(nèi)的公園、居民區(qū)、道路兩側(cè)、校園(代表城市土地不同功能分區(qū)的4種類型)近5年來未受強(qiáng)烈人為活動干擾 (如挖掘和填埋等) 的草坪作為采樣區(qū)，每個區(qū)域按照S型布設(shè)9個采樣點，共確定了36個土壤采樣點，分別采集0～10 cm、10 cm～20 cm、20 cm～30 cm 3個不同剖面的土壤，總計采集樣品108個，具體分布情況見表1，其主要理化性質(zhì)見表2。

表1 不同功能區(qū)及土壤采樣地點

1.3 土壤樣品的處理與分析

樣本處理：土壤樣品在經(jīng)過自然風(fēng)干后，去掉植物殘余，石頭以及其他雜物，研磨后于1 mm、0.25 mm孔徑的篩子過濾，室溫下干燥儲存。

測定方法：土壤容重的測定采用環(huán)刀法，土壤電導(dǎo)率采用DDS-37型電導(dǎo)率儀測定，土壤pH值用土水比1∶2.5電位法測定，土壤有機(jī)碳含量的測定采用高溫外加熱重鉻酸鉀氧化-容量法，土壤堿解氮含量的測定采用堿解擴(kuò)散法。

數(shù)據(jù)處理與分析：數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析包括線性相關(guān)、回歸分析等均由Microsoft Excel軟件和 SPSS24.0軟件完成。One-way ANOVA進(jìn)行方差分析，LSD多重比較法進(jìn)行差異顯著性分析(P<0.05)，Pearson檢驗法分析土壤有機(jī)碳與pH值、堿解氮的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同功能綠地土壤pH值垂直分布特征

由圖1可知，分析城市各功能區(qū)綠地土壤pH值， 0～10 cm與10 cm～20 cm綠地土壤之間的pH值無顯著性差異(P>0.05)，10 cm～20 cm與20 cm～30 cm土壤之間的pH值無顯著性差異(P>0.05)，0～10 cm與20 cm～30 cm土壤之間的pH值差異顯著(P<0.05)。由圖2可知，從整體上看長春市城市草坪綠地土壤pH值在5.5～6.2之間，公園綠地土壤pH值其變化范圍是5.2～5.9，居住區(qū)綠地為5.6～5.9，道路綠地為5.5～6.1,校園綠地為5.4～6.2，受人為影響呈無規(guī)律分布。除公園綠地土壤pH值隨土層深度的增加逐漸減小外，其余綠地土壤pH值均隨土層深度的增加逐漸增大。長春市不同功能分區(qū)城市草坪綠地土壤pH值大小為:校園綠地>道路綠地>居住區(qū)綠地>公園綠地，造成這種結(jié)果的主要原因有:長春市屬于我國北方，冬季下雪量比較多，頻繁地使用融雪劑融化道路上的積雪，而融雪劑中含有大量的氯化鈣或其他種類的鹽。冰雪熔化后，這些鹽隨著雪水積累在土壤之中[4～5]。除此之外，城市建筑廢棄物以及石灰、水泥等的沉降也會對城市綠地土壤的pH值大小產(chǎn)生影響[6～8]。

表2 研究區(qū)基本理化性質(zhì)

圖1 不同功能綠地土壤pH值差異分析Fig.1 Analysis of pH difference of soil in different functional green areas

圖2 不同功能區(qū)綠地土壤pH值垂直分布對比Fig.2 Comparison of the vertical distribution of soil pH in different functional areas

2.2 不同功能綠地土壤有機(jī)碳垂直分布特征

通過對城市各功能區(qū)草坪綠地土壤有機(jī)碳含量進(jìn)行剖面分析，由圖3可知，公園綠地、校園綠地0～10 cm與10 cm～20 cm、10 cm～20 cm與20 cm～30 cm土壤之間草坪綠地土壤之間的有機(jī)碳含量無顯著性差異(P>0.05)，而0～10 cm與20 cm～30 cm土壤之間的有機(jī)碳含量差異顯著(P<0.05)；道路綠地土壤各土層之間的有機(jī)碳含量無顯著差異(P>0.05)；居住區(qū)綠地0～10 cm與10 cm～20 cm、20 cm～30 cm土壤之間的有機(jī)碳含量存在顯著性差異(P<0.05)。由圖4可知，從總體上看，長春市草坪綠地土壤有機(jī)碳含量主要在20.00 g·kg-1以下，且隨著土層深度的增加，有機(jī)碳含量呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢，說明大多數(shù)城市草坪綠地土壤有機(jī)碳含量相對較低。不同功能區(qū)草坪綠地土壤有機(jī)碳含量為公園綠地>居住區(qū)綠地>校園綠地>道路綠地。其中，公園綠地有機(jī)碳含量最大，其原因是公園綠地有專業(yè)的養(yǎng)護(hù)及管理人員對公園進(jìn)行定期的養(yǎng)護(hù)，盡管有人為活動，但是各項規(guī)定既保證了公園的清潔，又防止了公園綠地土壤被破壞；而且公園內(nèi)樹木有大量的枯枝落葉，這些枯枝落葉經(jīng)過微生物分解養(yǎng)分能夠作為肥料回流給土壤，從而使得公園綠地土壤有機(jī)碳含量較高[9]。相比較而言，居住區(qū)和校園的有機(jī)碳含量較低，因為居住區(qū)和校園的凋落物多數(shù)被人為地清掃掉，土壤有機(jī)碳因此不能得到有效的補(bǔ)充是土壤有機(jī)碳含量相對較低的重要原因[10]。道路地有機(jī)碳含量最低，原因是道路綠地過往車輛較多，受人為活動影響比較大，汽車排放的尾氣、廢棄物等均會對道路綠地土壤造成影響。且與其他功能區(qū)的綠地相比，道路綠地沒有施肥等養(yǎng)護(hù)措施，養(yǎng)護(hù)水平也比較低，因此有機(jī)碳含量也比較低[11]。

圖3 不同功能綠地土壤有機(jī)碳含量差異分析Fig.3 Analysis on the difference of soil organic carbon content in different functional green areas

圖4 不同功能區(qū)綠地土壤有機(jī)碳含量垂直分布對比Fig.4 Comparison of vertical distribution of organic carbon content in green soil in different functional areas

2.3 不同功能綠地土壤堿解氮垂直分布特征

由圖5可知，城市草坪綠地類型對土壤堿解氮含量影響水平不大，其中公園綠地、道路綠地0～30 cm土壤之間的堿解氮含量無顯著性差異(P>0.05)；居住區(qū)綠地0～10 cm與20 cm～30 cm土壤之間的堿解氮含量差異顯著(P<0.05)；校園綠地0～10 cm、10 cm～20 cm與20～30cm土壤之間的堿解氮含量差異顯著(P<0.05)。由圖6可知，長春市草坪綠地土壤堿解氮含量在92 mg·kg-1～132 mg·kg-1之間，土層深度對土壤堿解氮影響較大，公園綠地、居住區(qū)綠地土壤堿解氮含量隨土層加深而逐漸變少，而道路綠地、校園綠地土壤堿解氮含量隨土層加深而逐漸變多。長春市不同功能區(qū)草坪綠地土壤堿解氮含量大小表現(xiàn)為:公園綠地>居住區(qū)綠地>校區(qū)綠地>道路綠地，其原因是草坪土壤堿解氮的含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)，公園枯枝落葉多，土壤中有機(jī)質(zhì)含量高，這些枯枝落葉經(jīng)過微生物的分解與合成后，使得氮素重新回到土壤中[12]；校園和居住區(qū)內(nèi)堿解氮含量低也與此有關(guān)，經(jīng)常有工人對殘枝落葉及時進(jìn)行清掃，對樹木進(jìn)行修剪和整形，這樣就導(dǎo)致了氮素不能重新回到土壤中，而氮素又是植物生長不可缺少的元素，樹木根系不斷的從土壤中吸收氮素，也使得氮素嚴(yán)重流失。因此如果不及時對土壤進(jìn)行補(bǔ)充氮素，植被就會因為缺氮而引起生長不良或病蟲害[13]。

圖5 不同功能綠地土壤堿解氮含量差異分析Fig.5 Analysis of difference of alkaline nitrogen content of soil in different functional green areas

圖6 不同功能區(qū)綠地土壤堿解氮含量垂直分布對比Fig.6 Comparison of vertical distribution of alkaline nitrogen content of soil in different functional areas

圖7 不同功能綠地土壤有機(jī)碳與pH值的相關(guān)性Fig.7 Correlation between soil organic carbon and pH in different functional green areas

2.4 不同功能區(qū)綠地土壤有機(jī)碳含量與pH值之間的相關(guān)性

不同功能區(qū)草坪綠地土壤有機(jī)碳含量與pH值之間的相關(guān)分析表明(見圖7)，公園綠地土壤有機(jī)碳與pH值呈正相關(guān)(P<0.05)，即隨著土壤pH值的升高，有機(jī)碳的含量呈線性增加，但R2值均較小。道路綠地、居住區(qū)綠地、校園綠地土壤有機(jī)碳與pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),即隨著土壤pH值的升高，有機(jī)碳的含量呈線性減少。

2.5 不同功能區(qū)綠地土壤有機(jī)碳含量與堿解氮之間的相關(guān)性

由圖8可知，不同功能草坪綠地土壤中公園綠地、校園綠地土壤有機(jī)碳與堿解氮呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),即隨著土壤堿解氮含量的增高，有機(jī)碳的含量呈線性增高；道路綠地土壤有機(jī)碳與堿解氮亦是呈正相關(guān)關(guān)系,即隨著土壤堿解氮含量的增高，有機(jī)碳的含量呈線性增高；而居住區(qū)綠地土壤有機(jī)碳與堿解氮呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),即隨著土壤堿解氮含量的增高，有機(jī)碳的含量逐漸減少。

圖8 不同功能綠地土壤有機(jī)碳與堿解氮的相關(guān)性Fig.8 Correlation between soil organic carbon and alkalinity nitrogen degradation in different functional green areas

3 結(jié)論

本文以長春市為例分析城市不同功能分區(qū)(公園、道路、居住區(qū)、校園)草坪綠地土壤pH值、有機(jī)碳(SOC)、堿解氮(AN)垂直分布特征及相關(guān)性。研究結(jié)果表明：

(1)長春市不同功能草坪綠地中，公園草坪綠地土壤綜合性狀相對較好。公園草坪綠地土壤呈微酸性，有機(jī)碳含量豐富，土壤中氮元素充足；道路草坪綠地土壤呈酸性，有機(jī)碳含量低，堿解氮含量也較低；居住區(qū)草坪綠地土壤呈酸性，有機(jī)碳含量低 ，但堿解氮含量相對富集；校園草坪綠地土壤呈微酸性，有機(jī)碳含量偏低，堿解氮含量高。

(2)長春市草坪綠地土壤有機(jī)碳的含量與堿解氮含量呈正相關(guān)，有機(jī)碳含量高的土壤堿解氮含量也相對較高，有機(jī)碳含量較低，堿解氮含量也較低；而土壤的pH值與有機(jī)碳的含量呈負(fù)相關(guān)。