太原市公园绿地土壤容重特征研究

宋 丽，杨秀云，米美霞，甄志磊，陈陆琴，李娇娇，吴 茜，武小钢

（1.山西农业大学林学院，山西太谷030801；2.太原植物园，山西太原030025）

城市土壤是城市发展的空间支撑基础和重要生态环境因子[1]，是营养物质和污染物的“源”和“汇”[2]，是多种生态过程的基础和反馈机制中关键的调节器[3]，对城市可持续发展具有十分重要的意义。但长期以来，土壤学研究主要关注如何提高和维护土壤的生产力，有关城市土壤方面的基础数据十分有限[4]，城市土壤研究仍处于基础的认识和调查阶段。

容重是土壤的基本参数，其大小由土壤孔隙和土壤颗粒的数量来决定。土壤容重的变化与土壤孔隙度密切相关，可较好地反映土壤透气性、入渗性能、持水能力和溶质迁移潜力等。过大的土壤容重常会抑制植物生长，降低植物光合速率或地上生产力[5]。因此，容重是生产实践中衡量土壤肥力质量高低的重要辅助指标[6]，甚至被认为是土壤综合肥力的主导因子[7]。除了物理和生物功能外，土壤容重还是估算土壤持水力和导水性的关键参数[8]，也是估算土壤有机碳贮量的重要参数[9]。

测定土壤容重的经典方法为环刀法。环刀法需要在研究样点开挖标准土壤剖面，实际操作上费时费力；在岩石和根系较多、土壤太干或砂粒太多等情况下，环刀法常难以实施。尤其是在城市土壤研究中，由于城市管理的特殊性，大大增加了环刀法采样的难度。因此，尽管土壤容重是非常重要的土壤参数，国内外对于城市土壤的调查研究中容重数据普遍限于浅表层（0～30 cm），深层土壤容重数据往往缺失严重。杨金玲等[10]在对南京城市土壤特性的研究中，城区土壤取样深度仅为0～10 cm。有研究表明，下层土壤容重对植物根系生长及吸收活力具有显著影响[11]。因此，在典型地区对城市土壤容重剖面分布特征开展系统调查，对于城市土壤相关研究的开展具有基础性数据支撑价值，同时，对于城市园林绿地生态服务功能的发挥和进一步优化提升具有直接的指导价值。

本研究通过采集太原市建成区38 个公园绿地0～100 cm 土壤柱芯67 个，分析并探讨太原市城区绿地土壤容重的基本特征和规律，以阐明太原市绿地土壤容重的整体分布特征，了解6 个行政区土壤容重情况，探讨不同绿地植物群落结构间土壤容重的差异。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

太原市位于山西省中北部太原盆地的北端，北接忻州市，东连阳泉市，西交吕梁市，南邻晋中市，东经111°30′～113°09′，北纬37°27′～38°25′，平均海拔为800 m。属北温带大陆性气候，四季分明，年平均气温为9.5 ℃。根据《山西省统计年鉴》数据显示，2017 年太原市绿地总面积13 013 hm2，建成区绿化覆盖面积14 766 hm2。

1.2 采样点的布置

以太原市绕城高速为研究区边界，在BIGMAP软件中布设1 km×1 km 网格，按照每个网格布设一个采样点的原则，根据太原市建成区公园位置和所覆盖的网格数基本确定每个公园的采样点数量，共计38 个公园67 个采样点，具体公园名称及基本情况列于表1。

表1 太原市公园名称及基本情况汇总

1.3 样品的采集与处理

采样使用美国犀牛S1 原状土土壤柱芯取样器（取样管内径为3.6 cm，长度为100 cm），记录采样点坐标、绿地结构类型及植物组成情况。土样带回实验室，按照0～10、10～20、20～40、40～60、60～100 cm 分层后，105 ℃烘干24 h 至恒质量，测定质量并计算容重值。

1.4 数据处理

所有数据采用Excel 和SPSS 软件进行统计分析和制图。太原市公园绿地不同剖面层、不同行政区和不同植被群落土壤容重的差异性采用单因素方差分析，LSD 法0.05 水平上进行多重比较分析，数据结果以“平均值±标准差”来表示。

2 结果与分析

2.1 太原市公园绿地土壤容重特征分析

土壤容重通常用来说明土壤的紧实度情况，我国土壤容重分为过松（＜1.00 g/cm3）、适宜（≥1.00＜1.25 g/cm3）、偏紧（≥1.25＜1.35 g/cm3）、紧实（≥1.35＜1.45 g/cm3）、过紧实（≥1.45＜1.55 g/cm3）和坚实（≥1.55 g/cm3）几个级别[12]，其中，适合植物正常生长的容重范围为1.1～1.3 g/cm3[13]。太原市公园绿地土壤容重范围为0.65～1.86 g/cm3，平均容重为1.33 g/cm3。可以看出，太原市公园绿地土壤容重属于偏紧的级别，且稍大于植物正常生长的容重范围，需要经过一定的治理和改良才能达到正常范围。对太原市不同层次土壤容重进行平均值计算，结果见图1。从图1 可以看出，不同层次土壤容重最大值为1.44 g/cm3，出现在40～60 cm 土层，最小值为1.19 g/cm3，出现在0～10 cm 土层，随着土层深度的增加，土壤容重先增后减，0～10 cm 土层与10～20 cm 土层、10～20 cm 土层与20～40 cm 土层差异不显著，但0～10 cm 土层与20～40 cm 土层差异显著，0～10、10～20 cm 土层分别与40～60、60～100 cm 土层差异极显著，且40～60 cm 土层与60～100 cm 土层差异极显著，说明表层土壤与深层土壤容重相差甚多，土壤越深，容重差异越大。

2.2 不同行政区公园绿地土壤容重特征

太原市公园绿地土壤容重样点按行政区进行划分，其中，小店区12 个样点，迎泽区12 个样点，尖草坪区9 个样点，万柏林区11 个样点，杏花岭区11 个样点，晋源区12 个样点。由表2 可知，各行政区土壤容重之间差异性不显著（P＞0.05），其中，晋源区公园绿地土壤容重平均值最大，为1.37 g/cm3，小店区公园绿地土壤容重平均值最小，为1.29 g/cm3。小店区、迎泽区、尖草坪区、万柏林区、杏花岭区和晋源区土壤容重最大值分别为1.69、1.75、1.64、1.78、1.86、1.79 g/cm3，最 小 值 分 别 为0.95、0.65、0.92、0.95、0.65、1.01 g/cm3，土壤容重最大值一般出现在40～60、60～100 cm 土层，最小值均出现在0～10 cm土层。

由表2 还可以看出，各行政区公园绿地不同土层之间土壤容重存在显著差异，随着土层深度的增加，土壤容重变化趋势不同，其中，迎泽区、尖草坪区和杏花岭区土壤容重一直处于上升的态势，小店区和万柏林区公园绿地土壤容重呈现先上升后下降的趋势，晋源区公园绿地土壤容重表现为先升后降再升再降的复杂趋势。

4.互动协同。大部分互联网空间价值目标的达成需要多主体互动协同。由于自身资源局限性，任何单一组织或个人都无法完成全价值链或全生态系统的建构，因此只有多主体共同参与，交流协作，才能够整合资源，达到效用最大化。持续、双向的信息反馈和立体、网状的开放创新是网络协同的关键，这种结构也塑造了网络用户的使用习惯。

从不同行政区各土层容重情况来看，迎泽区和晋源区0～10 cm 土层土壤容重存在显著差异，晋源区公园绿地土壤容重最大，达到1.278 g/cm3，迎泽区公园绿地土壤容重最小，为1.057 g/cm3；各行政区10～20、20～40、40～60 cm 土层土壤容重差异不显著，土壤容重范围分别是1.239～1.379、1.293～1.408、1.348～1.515 g/cm3；在60～100 cm土层，杏花岭区与小店区、万柏林区公园绿地土壤容重存在显著差异，其中，杏花岭区土壤容重最大，小店区土壤容重最小，分别为1.643、1.240 g/cm3。

从土壤紧实度来看，小店区、迎泽区、尖草坪区和万柏林区都属于土壤偏紧的级别，杏花岭区和晋源区属于土壤紧实的级别；从适宜植物生长范围来看，小店区和迎泽区土壤容重满足植物正常生长的条件，而其他行政区土壤容重都偏大，需要采取一定的措施来降低紧实度，从而达到植物正常生长的范围。

表2 不同行政区公园绿地土壤容重比较 g/cm3

2.3 不同植被类型土壤容重特征分析

太原市公园绿地土壤容重按植被类型进行划分，乔木17 个样点，灌木3 个样点，草本3 个样点，乔＋灌17 个样点，乔＋草18 个样点，灌＋草4 个样点，乔＋灌＋草5 个样点。不同植被类型土壤容重存在极显著差异（P＜0.01）。由表3 可知，土壤容重均值大小依次为灌（1.23 g/cm3）＜乔（1.29 g/cm3）＜乔+草（1.31 g/cm3）＜灌＋草（1.34 g/cm3）＜乔+灌（1.35g/cm3）＜乔＋灌＋草（1.45g/cm3）＜草（1.47g/cm3）。植被类型为灌木的土壤容重范围为1.080～1.297 g/cm3，乔木的土壤容重范围为1.108～1.468 g/cm3，乔＋草的土壤容重范围为1.198～1.455 g/cm3，灌＋草的土壤容重范围为1.053～1.629 g/cm3，乔＋灌的土壤容重范围为1.270～1.471 g/cm3，乔＋灌＋草的土壤容重范围为1.301～1.562 g/cm3，草的土壤容重范围为1.382～1.574 g/cm3，土壤容重最大值分布在不同的土层（20～40、40～60、60～100 cm），最小值均出现在0～10 cm 土层。

表3 不同植被类型土壤容重比较 g/cm3

随着土层深度的增加，土壤容重趋势不同，植被类型为乔、草和灌＋草土壤容重处于增加的趋势，植被类型为乔＋灌和乔＋草土壤容重呈现先升后降的趋势，而植被类型为灌和乔＋灌＋草土壤容重表现为先升后降再上升的势态。

由表3 还可知，不同植被类型土壤容重在10～20、60～100 cm 土层上存在显著性差异，其中，在10～20 cm 土层内植被类型为乔＋灌＋草的土壤容重最大，为1.502 g/cm3，植被类型为灌＋草的土壤容重最小，为1.211 g/cm3；在60～100 cm 土层，以灌＋草的土壤容重最大，为1.629 g/cm3，乔＋草的土壤容重最小，为1.268 g/cm3。不同植被类型土壤容重在0～10、20～40、40～60 cm 土层差异性不显著，容重范围分别为1.053～1.382、1.297～1.562、1.263～1.500 g/cm3。

根据我国土壤容重分级，植被类型为灌木的土壤容重属于适宜的级别，植被类型为乔、乔＋草和灌＋草的土壤容重属于偏紧的级别，乔木和灌木混植的土壤容重属于紧实的级别，而植被类型为乔＋灌＋草和草坪的土壤容重属于过紧的级别。植被类型为乔木和灌木的土壤容重达到了植物正常生长所需的容重范围，其他植被类型土壤容重都超出了适宜植物生长的土壤容重范围，需要对公园绿地进行一定的管理及改良。

3 结论与讨论

城市土壤容重反映了人类活动对土壤的压实作用。对于城市绿地土壤容重，有研究者调查分析发现，城市绿地土壤普遍存在压实现象，其中，合肥市区绿地0～30 cm 表层土壤容重为1.42 g/cm3[14]，上海辰山植物园0～30 cm 土壤和西安植物园新区0～90 cm 绿地土壤容重分别为1.42、1.52 g/cm3[15-16]，香港城市绿地土壤容重过大，已严重影响植物正常生长[17]。太原市公园绿地土壤容重范围为0.65～1.86 g/cm3，平均值为1.33 g/cm3，虽然与其他城市绿地土壤容重相比属于较小值，但仍属于偏紧实，超出适宜植物正常生长的容重范围，说明太原市公园绿地土壤也存在压实的现象，原因可能是受到的人为扰动大，践踏严重，需要通过管理和施肥等措施来提高土壤保水和通气性能，降低土壤容重，达到适宜植物生长的条件。

对于不同剖面层土壤容重的研究，于冬雪等[18]发现，黄土区土壤在0～10、10～20、20～40 cm 土层土壤容重逐渐增大。太原市公园绿地表层土壤容重最小，随着土层深度增加容重增大，原因是表层土壤植被根系分布广，有机质含量高，有利于土壤团粒结构的形成[19]，因而表层土壤容重小，而土壤深度越深有机质含量越小，加之下层土壤受到超负荷压力变得更紧实[20]。太原市不同行政区公园绿地土壤容重差异显著性不明显，原因可能是本试验是对城市公园绿地土壤容重进行测定，城市公园绿地受到的人为扰动较大，而且与每个行政区的公园绿化管理情况也有一定的关系，同时本试验是对不同行政区之间容重进行分析，对于其他影响土壤容重的因素考虑不全，还需要进行深层次研究。

城市土壤容重受多重因素的影响，除了土壤结构和有机质含量外，植被群落结构也是影响土壤容重的重要因子。程欢等[21]对川中丘陵区不同植被类型土壤理化性质研究发现，土壤容重农地＞柏木纯林＞柏木麻栎混交林＞方竹林；吴江琪等[22]对黄土高原4 种植被类型的土壤物理特征研究表明，荒草地土壤容重最大，柠条灌丛的土壤容重最小；郭晨晓[23]对北京奥林匹克森林公园不同植被群落结构下土壤容重的研究结果表明，草本＞阔叶林＞针阔混交林＞灌木＞针叶林，这与本研究中的结果一致，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虽然浅，但是水平方向覆盖范围广，草本植物根系浅，土壤通气性能差，而且很容易受到人为的践踏，从而使土壤容重增加。

本研究结果表明，太原市公园绿地土壤容重范围为0.65～1.86 g/cm3，平均值为1.33 g/cm3，不同剖面层土壤容重向下逐渐增大，且存在极显著差异（P＜0.01）。

不同行政区公园绿地土壤容重晋源区公园平均值最大，为1.37 g/cm3，小店区平均值最小，为1.29 g/cm3。

不同植被类型土壤容重存在极显著性差异（P＜0.01），草本植被土壤容重最大，为1.47 g/cm3；灌木最小，为1.23 g/cm3。