宋 麗，楊秀云，米美霞，甄志磊，陳陸琴，李嬌嬌，吳 茜，武小鋼

（1.山西農(nóng)業(yè)大學林學院，山西太谷030801；2.太原植物園，山西太原030025）

城市土壤是城市發(fā)展的空間支撐基礎(chǔ)和重要生態(tài)環(huán)境因子[1]，是營養(yǎng)物質(zhì)和污染物的“源”和“匯”[2]，是多種生態(tài)過程的基礎(chǔ)和反饋機制中關(guān)鍵的調(diào)節(jié)器[3]，對城市可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。但長期以來，土壤學研究主要關(guān)注如何提高和維護土壤的生產(chǎn)力，有關(guān)城市土壤方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)十分有限[4]，城市土壤研究仍處于基礎(chǔ)的認識和調(diào)查階段。

容重是土壤的基本參數(shù)，其大小由土壤孔隙和土壤顆粒的數(shù)量來決定。土壤容重的變化與土壤孔隙度密切相關(guān)，可較好地反映土壤透氣性、入滲性能、持水能力和溶質(zhì)遷移潛力等。過大的土壤容重常會抑制植物生長，降低植物光合速率或地上生產(chǎn)力[5]。因此，容重是生產(chǎn)實踐中衡量土壤肥力質(zhì)量高低的重要輔助指標[6]，甚至被認為是土壤綜合肥力的主導(dǎo)因子[7]。除了物理和生物功能外，土壤容重還是估算土壤持水力和導(dǎo)水性的關(guān)鍵參數(shù)[8]，也是估算土壤有機碳貯量的重要參數(shù)[9]。

測定土壤容重的經(jīng)典方法為環(huán)刀法。環(huán)刀法需要在研究樣點開挖標準土壤剖面，實際操作上費時費力；在巖石和根系較多、土壤太干或砂粒太多等情況下，環(huán)刀法常難以實施。尤其是在城市土壤研究中，由于城市管理的特殊性，大大增加了環(huán)刀法采樣的難度。因此，盡管土壤容重是非常重要的土壤參數(shù)，國內(nèi)外對于城市土壤的調(diào)查研究中容重數(shù)據(jù)普遍限于淺表層（0～30 cm），深層土壤容重數(shù)據(jù)往往缺失嚴重。楊金玲等[10]在對南京城市土壤特性的研究中，城區(qū)土壤取樣深度僅為0～10 cm。有研究表明，下層土壤容重對植物根系生長及吸收活力具有顯著影響[11]。因此，在典型地區(qū)對城市土壤容重剖面分布特征開展系統(tǒng)調(diào)查，對于城市土壤相關(guān)研究的開展具有基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)支撐價值，同時，對于城市園林綠地生態(tài)服務(wù)功能的發(fā)揮和進一步優(yōu)化提升具有直接的指導(dǎo)價值。

本研究通過采集太原市建成區(qū)38 個公園綠地0～100 cm 土壤柱芯67 個，分析并探討太原市城區(qū)綠地土壤容重的基本特征和規(guī)律，以闡明太原市綠地土壤容重的整體分布特征，了解6 個行政區(qū)土壤容重情況，探討不同綠地植物群落結(jié)構(gòu)間土壤容重的差異。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

太原市位于山西省中北部太原盆地的北端，北接忻州市，東連陽泉市，西交呂梁市，南鄰晉中市，東經(jīng)111°30′～113°09′，北緯37°27′～38°25′，平均海拔為800 m。屬北溫帶大陸性氣候，四季分明，年平均氣溫為9.5 ℃。根據(jù)《山西省統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)顯示，2017 年太原市綠地總面積13 013 hm2，建成區(qū)綠化覆蓋面積14 766 hm2。

1.2 采樣點的布置

以太原市繞城高速為研究區(qū)邊界，在BIGMAP軟件中布設(shè)1 km×1 km 網(wǎng)格，按照每個網(wǎng)格布設(shè)一個采樣點的原則，根據(jù)太原市建成區(qū)公園位置和所覆蓋的網(wǎng)格數(shù)基本確定每個公園的采樣點數(shù)量，共計38 個公園67 個采樣點，具體公園名稱及基本情況列于表1。

表1 太原市公園名稱及基本情況匯總

1.3 樣品的采集與處理

采樣使用美國犀牛S1 原狀土土壤柱芯取樣器（取樣管內(nèi)徑為3.6 cm，長度為100 cm），記錄采樣點坐標、綠地結(jié)構(gòu)類型及植物組成情況。土樣帶回實驗室，按照0～10、10～20、20～40、40～60、60～100 cm 分層后，105 ℃烘干24 h 至恒質(zhì)量，測定質(zhì)量并計算容重值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用Excel 和SPSS 軟件進行統(tǒng)計分析和制圖。太原市公園綠地不同剖面層、不同行政區(qū)和不同植被群落土壤容重的差異性采用單因素方差分析，LSD 法0.05 水平上進行多重比較分析，數(shù)據(jù)結(jié)果以“平均值±標準差”來表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 太原市公園綠地土壤容重特征分析

土壤容重通常用來說明土壤的緊實度情況，我國土壤容重分為過松（＜1.00 g/cm3）、適宜（≥1.00＜1.25 g/cm3）、偏緊（≥1.25＜1.35 g/cm3）、緊實（≥1.35＜1.45 g/cm3）、過緊實（≥1.45＜1.55 g/cm3）和堅實（≥1.55 g/cm3）幾個級別[12]，其中，適合植物正常生長的容重范圍為1.1～1.3 g/cm3[13]。太原市公園綠地土壤容重范圍為0.65～1.86 g/cm3，平均容重為1.33 g/cm3?？梢钥闯觯泄珗@綠地土壤容重屬于偏緊的級別，且稍大于植物正常生長的容重范圍，需要經(jīng)過一定的治理和改良才能達到正常范圍。對太原市不同層次土壤容重進行平均值計算，結(jié)果見圖1。從圖1 可以看出，不同層次土壤容重最大值為1.44 g/cm3，出現(xiàn)在40～60 cm 土層，最小值為1.19 g/cm3，出現(xiàn)在0～10 cm 土層，隨著土層深度的增加，土壤容重先增后減，0～10 cm 土層與10～20 cm 土層、10～20 cm 土層與20～40 cm 土層差異不顯著，但0～10 cm 土層與20～40 cm 土層差異顯著，0～10、10～20 cm 土層分別與40～60、60～100 cm 土層差異極顯著，且40～60 cm 土層與60～100 cm 土層差異極顯著，說明表層土壤與深層土壤容重相差甚多，土壤越深，容重差異越大。

2.2 不同行政區(qū)公園綠地土壤容重特征

太原市公園綠地土壤容重樣點按行政區(qū)進行劃分，其中，小店區(qū)12 個樣點，迎澤區(qū)12 個樣點，尖草坪區(qū)9 個樣點，萬柏林區(qū)11 個樣點，杏花嶺區(qū)11 個樣點，晉源區(qū)12 個樣點。由表2 可知，各行政區(qū)土壤容重之間差異性不顯著（P＞0.05），其中，晉源區(qū)公園綠地土壤容重平均值最大，為1.37 g/cm3，小店區(qū)公園綠地土壤容重平均值最小，為1.29 g/cm3。小店區(qū)、迎澤區(qū)、尖草坪區(qū)、萬柏林區(qū)、杏花嶺區(qū)和晉源區(qū)土壤容重最大值分別為1.69、1.75、1.64、1.78、1.86、1.79 g/cm3，最 小 值 分 別 為0.95、0.65、0.92、0.95、0.65、1.01 g/cm3，土壤容重最大值一般出現(xiàn)在40～60、60～100 cm 土層，最小值均出現(xiàn)在0～10 cm土層。

由表2 還可以看出，各行政區(qū)公園綠地不同土層之間土壤容重存在顯著差異，隨著土層深度的增加，土壤容重變化趨勢不同，其中，迎澤區(qū)、尖草坪區(qū)和杏花嶺區(qū)土壤容重一直處于上升的態(tài)勢，小店區(qū)和萬柏林區(qū)公園綠地土壤容重呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，晉源區(qū)公園綠地土壤容重表現(xiàn)為先升后降再升再降的復(fù)雜趨勢。

4.互動協(xié)同。大部分互聯(lián)網(wǎng)空間價值目標的達成需要多主體互動協(xié)同。由于自身資源局限性，任何單一組織或個人都無法完成全價值鏈或全生態(tài)系統(tǒng)的建構(gòu)，因此只有多主體共同參與，交流協(xié)作，才能夠整合資源，達到效用最大化。持續(xù)、雙向的信息反饋和立體、網(wǎng)狀的開放創(chuàng)新是網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的關(guān)鍵，這種結(jié)構(gòu)也塑造了網(wǎng)絡(luò)用戶的使用習慣。

從不同行政區(qū)各土層容重情況來看，迎澤區(qū)和晉源區(qū)0～10 cm 土層土壤容重存在顯著差異，晉源區(qū)公園綠地土壤容重最大，達到1.278 g/cm3，迎澤區(qū)公園綠地土壤容重最小，為1.057 g/cm3；各行政區(qū)10～20、20～40、40～60 cm 土層土壤容重差異不顯著，土壤容重范圍分別是1.239～1.379、1.293～1.408、1.348～1.515 g/cm3；在60～100 cm土層，杏花嶺區(qū)與小店區(qū)、萬柏林區(qū)公園綠地土壤容重存在顯著差異，其中，杏花嶺區(qū)土壤容重最大，小店區(qū)土壤容重最小，分別為1.643、1.240 g/cm3。

從土壤緊實度來看，小店區(qū)、迎澤區(qū)、尖草坪區(qū)和萬柏林區(qū)都屬于土壤偏緊的級別，杏花嶺區(qū)和晉源區(qū)屬于土壤緊實的級別；從適宜植物生長范圍來看，小店區(qū)和迎澤區(qū)土壤容重滿足植物正常生長的條件，而其他行政區(qū)土壤容重都偏大，需要采取一定的措施來降低緊實度，從而達到植物正常生長的范圍。

表2 不同行政區(qū)公園綠地土壤容重比較 g/cm3

2.3 不同植被類型土壤容重特征分析

太原市公園綠地土壤容重按植被類型進行劃分，喬木17 個樣點，灌木3 個樣點，草本3 個樣點，喬＋灌17 個樣點，喬＋草18 個樣點，灌＋草4 個樣點，喬＋灌＋草5 個樣點。不同植被類型土壤容重存在極顯著差異（P＜0.01）。由表3 可知，土壤容重均值大小依次為灌（1.23 g/cm3）＜喬（1.29 g/cm3）＜喬+草（1.31 g/cm3）＜灌＋草（1.34 g/cm3）＜喬+灌（1.35g/cm3）＜喬＋灌＋草（1.45g/cm3）＜草（1.47g/cm3）。植被類型為灌木的土壤容重范圍為1.080～1.297 g/cm3，喬木的土壤容重范圍為1.108～1.468 g/cm3，喬＋草的土壤容重范圍為1.198～1.455 g/cm3，灌＋草的土壤容重范圍為1.053～1.629 g/cm3，喬＋灌的土壤容重范圍為1.270～1.471 g/cm3，喬＋灌＋草的土壤容重范圍為1.301～1.562 g/cm3，草的土壤容重范圍為1.382～1.574 g/cm3，土壤容重最大值分布在不同的土層（20～40、40～60、60～100 cm），最小值均出現(xiàn)在0～10 cm 土層。

表3 不同植被類型土壤容重比較 g/cm3

隨著土層深度的增加，土壤容重趨勢不同，植被類型為喬、草和灌＋草土壤容重處于增加的趨勢，植被類型為喬＋灌和喬＋草土壤容重呈現(xiàn)先升后降的趨勢，而植被類型為灌和喬＋灌＋草土壤容重表現(xiàn)為先升后降再上升的勢態(tài)。

由表3 還可知，不同植被類型土壤容重在10～20、60～100 cm 土層上存在顯著性差異，其中，在10～20 cm 土層內(nèi)植被類型為喬＋灌＋草的土壤容重最大，為1.502 g/cm3，植被類型為灌＋草的土壤容重最小，為1.211 g/cm3；在60～100 cm 土層，以灌＋草的土壤容重最大，為1.629 g/cm3，喬＋草的土壤容重最小，為1.268 g/cm3。不同植被類型土壤容重在0～10、20～40、40～60 cm 土層差異性不顯著，容重范圍分別為1.053～1.382、1.297～1.562、1.263～1.500 g/cm3。

根據(jù)我國土壤容重分級，植被類型為灌木的土壤容重屬于適宜的級別，植被類型為喬、喬＋草和灌＋草的土壤容重屬于偏緊的級別，喬木和灌木混植的土壤容重屬于緊實的級別，而植被類型為喬＋灌＋草和草坪的土壤容重屬于過緊的級別。植被類型為喬木和灌木的土壤容重達到了植物正常生長所需的容重范圍，其他植被類型土壤容重都超出了適宜植物生長的土壤容重范圍，需要對公園綠地進行一定的管理及改良。

3 結(jié)論與討論

城市土壤容重反映了人類活動對土壤的壓實作用。對于城市綠地土壤容重，有研究者調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，城市綠地土壤普遍存在壓實現(xiàn)象，其中，合肥市區(qū)綠地0～30 cm 表層土壤容重為1.42 g/cm3[14]，上海辰山植物園0～30 cm 土壤和西安植物園新區(qū)0～90 cm 綠地土壤容重分別為1.42、1.52 g/cm3[15-16]，香港城市綠地土壤容重過大，已嚴重影響植物正常生長[17]。太原市公園綠地土壤容重范圍為0.65～1.86 g/cm3，平均值為1.33 g/cm3，雖然與其他城市綠地土壤容重相比屬于較小值，但仍屬于偏緊實，超出適宜植物正常生長的容重范圍，說明太原市公園綠地土壤也存在壓實的現(xiàn)象，原因可能是受到的人為擾動大，踐踏嚴重，需要通過管理和施肥等措施來提高土壤保水和通氣性能，降低土壤容重，達到適宜植物生長的條件。

對于不同剖面層土壤容重的研究，于冬雪等[18]發(fā)現(xiàn)，黃土區(qū)土壤在0～10、10～20、20～40 cm 土層土壤容重逐漸增大。太原市公園綠地表層土壤容重最小，隨著土層深度增加容重增大，原因是表層土壤植被根系分布廣，有機質(zhì)含量高，有利于土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成[19]，因而表層土壤容重小，而土壤深度越深有機質(zhì)含量越小，加之下層土壤受到超負荷壓力變得更緊實[20]。太原市不同行政區(qū)公園綠地土壤容重差異顯著性不明顯，原因可能是本試驗是對城市公園綠地土壤容重進行測定，城市公園綠地受到的人為擾動較大，而且與每個行政區(qū)的公園綠化管理情況也有一定的關(guān)系，同時本試驗是對不同行政區(qū)之間容重進行分析，對于其他影響土壤容重的因素考慮不全，還需要進行深層次研究。

城市土壤容重受多重因素的影響，除了土壤結(jié)構(gòu)和有機質(zhì)含量外，植被群落結(jié)構(gòu)也是影響土壤容重的重要因子。程歡等[21]對川中丘陵區(qū)不同植被類型土壤理化性質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，土壤容重農(nóng)地＞柏木純林＞柏木麻櫟混交林＞方竹林；吳江琪等[22]對黃土高原4 種植被類型的土壤物理特征研究表明，荒草地土壤容重最大，檸條灌叢的土壤容重最小；郭晨曉[23]對北京奧林匹克森林公園不同植被群落結(jié)構(gòu)下土壤容重的研究結(jié)果表明，草本＞闊葉林＞針闊混交林＞灌木＞針葉林，這與本研究中的結(jié)果一致，草的土壤容重最大，灌木土壤容重最小，原因可能是灌木的根系雖然淺，但是水平方向覆蓋范圍廣，草本植物根系淺，土壤通氣性能差，而且很容易受到人為的踐踏，從而使土壤容重增加。

本研究結(jié)果表明，太原市公園綠地土壤容重范圍為0.65～1.86 g/cm3，平均值為1.33 g/cm3，不同剖面層土壤容重向下逐漸增大，且存在極顯著差異（P＜0.01）。

不同行政區(qū)公園綠地土壤容重晉源區(qū)公園平均值最大，為1.37 g/cm3，小店區(qū)平均值最小，為1.29 g/cm3。

不同植被類型土壤容重存在極顯著性差異（P＜0.01），草本植被土壤容重最大，為1.47 g/cm3；灌木最小，為1.23 g/cm3。