不同城市植被類型對土壤pH值及有機質(zhì)含量的影響

韓榮初 路穎 韓鵬 宋兆斌 許晨 李傳榮 許景偉 張彩虹

摘要：為揭示不同植被類型對土壤pH值及有機質(zhì)含量的影響，以泰安市不同城市植被類型（分別為喬木、喬草、灌草以及喬灌草植被）為研究對象，采集0～10 cm和10～20 cm土層土壤，分析其pH值和有機質(zhì)含量。結(jié)果表明：（1）不同城市植被類型對土壤pH值影響不顯著，對土壤有機質(zhì)含量的影響較大，灌草植被土壤有機質(zhì)含量顯著高于其余三種類型。（2）10～20 cm土層pH值高于0～10 cm土層，而土壤有機質(zhì)含量低于0～10 cm土層。（3）不同采樣地土壤pH值差異不大，而土壤有機質(zhì)含量存在較大差異。（4）土壤pH值、有機質(zhì)含量與植被類型、采樣地和土層厚度均存在極顯著相關(guān)性。本研究可為合理營造城市植被、改善土壤質(zhì)量提供參考。

關(guān)鍵詞：城市綠地;植被類型;土壤pH值;土壤有機質(zhì)

中圖分類號：S158.3 ?文獻標(biāo)識號：A ?文章編號：1001-4942（2020）01-0082-06

Abstract In order to reveal the effects of different urban vegetation types on soil pH value and organic matter content， different vegetation types （arbor， arbor-grass， shrub-grass and arbor-shrub-grass vegetation） in Taian were used as research objects， and soils of 0～10-cm and 10～20-cm layers were collected to analyze the soil pH value and organic matter content. The results were as follows. （1） The effect of different urban vegetation types on soil pH value was not significant， while that on soil organic matter content was larger. The soil organic matter content of shrub-grass vegetation was significantly higher than that of the other three types. （2） The soil pH value of 10～20-cm layer was higher than that of 0～10-cm soil layer， while its soil organic matter content was lower compared to 0～10-cm soil layer. （3） There were little differences in soil pH value but larger differences in soil organic matter content between different sampling sites. （4） The correlations of soil pH value and organic matter content with vegetation types， sampling spots and soil thickness were very significant. This study could provide references for rationally constructing urban vegetation and improving soil quality.

Keywords Urban green space; Vegetation type; Soil pH value; Soil organic matter

城市綠地是由各類城市植被類型構(gòu)成的有機整體[1]，城市綠地系統(tǒng)是城市生態(tài)系統(tǒng)的一項重要組成部分，具有吸收工業(yè)和汽車排放的有毒氣體、吸附大氣顆粒物、生產(chǎn)供人類呼吸的氧氣、調(diào)節(jié)氣候等作用以及防風(fēng)固沙保水、凈化水體的生態(tài)功能[2]。土壤是植物群落的載體，是孕育城市綠地植被不可或缺的部分[3]。土壤pH值和有機質(zhì)含量是衡量土壤環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)，其變化會直接影響整個土壤環(huán)境及上層植物的生長[4]。土壤pH值是影響土壤肥力的一個重要指標(biāo)，其不僅影響土壤微生物活性，而且影響土壤理化性質(zhì)以及植被對土壤有效養(yǎng)分的吸收和利用[5]。有機質(zhì)是土壤的重要組成部分[6]，是陸地生物圈的重要碳庫，在全球碳循環(huán)中起著活性碳庫的作用[7，8]，由處于不同腐解階段和不同形態(tài)的動植物和微生物殘體物質(zhì)組成[9]，與其上種植的植被息息相關(guān)，二者相輔相成[10]。

為防止土壤鹽漬化，提高土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量，改善土壤環(huán)境，選擇適宜的喬灌草配置方式是十分重要的[11，12]。目前，國內(nèi)對于城市植被類型影響土壤pH值和有機質(zhì)含量的研究主要集中在喬灌草配置模式對鹽堿土的改良以及城市植被配置對土壤環(huán)境的影響等方面[13，14]。近年來，隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，國內(nèi)外對城市植被類型研究的報道也逐漸增多，城市綠地植被的開發(fā)、利用和保護以及合理配置受到研究者的廣泛關(guān)注[15，16]。

泰安市地處泰山腳下，是重要的旅游城市，也是全省鐵路公路的樞紐站，城市道路繁多且復(fù)雜，綠地面積比較大。城市綠地植被作為城市的“肺”，有著舉足輕重的位置，而土壤又是孕育城市綠地植被的載體。本研究以泰安市不同城市植被類型為材料，探究不同城市植被類型的合理配置對土壤pH值及有機質(zhì)含量的影響，以期為改善土壤環(huán)境、促進林木生長發(fā)育、提高城市綠地植被質(zhì)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

泰安市位于山東省中部，地處東經(jīng)116°20′～117°59′、北緯35°38′～36°28′之間，屬于溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，寒暑適宜，光溫同步，四季分明，雨熱同季。年平均氣溫為12.9℃，極端最高氣溫為41℃，極端最低氣溫為-27.5℃。無霜期平均195天。受地形、地貌的影響，垂直的變化以及地域的差異，形成了一些局部小氣候區(qū)。具體研究區(qū)域為山東農(nóng)業(yè)大學(xué)北校區(qū)、南校區(qū)以及樹木園。

1.2 樣地設(shè)置和土壤樣品采集

選擇山東農(nóng)業(yè)大學(xué)北校區(qū)、南校區(qū)以及樹木園最具代表性的植被進行采樣，每個采樣地選取四種不同植被類型的典型樣地（1：喬木植被;2：喬草植被;3：灌草植被;4：喬灌草植被）。3個采樣地共選取12個樣地，每個樣地再劃分三個5 m×5 m樣方。對采樣區(qū)域內(nèi)的主要優(yōu)勢植物、植被覆蓋度以及植被長勢情況等進行調(diào)查。具體的樣地情況見表1。

采用通用的采樣方法取樣。采集開始前需將地表的枯枝落葉進行清理，清理完畢后用土鉆按0～10、10～20 cm自上而下鉆取土壤樣品，采集的土樣用密封袋分開裝好帶回實驗室，進行自然風(fēng)干、研磨過篩處理。采用電位法、重鉻酸鉀-硫酸外加熱法分別測定土壤pH值與有機質(zhì)含量。

1.3 統(tǒng)計分析

采用單因素方差分析法（P<0.05）比較四種植被類型土壤pH值和土壤有機質(zhì)的差異顯著性水平，t檢驗比較同種植被類型不同層次土壤pH值和土壤有機質(zhì)的差異顯著性水平。采用Pearson相關(guān)分析確定土壤pH值、有機質(zhì)含量與植被類型、采樣地、土層之間的相關(guān)關(guān)系。數(shù)據(jù)處理和分析由SPSS 19.0軟件完成，運用Origin 2017作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 同一采樣地不同植被類型對土壤pH值的影響

如圖1所示，北校區(qū)0～10 cm土層灌草植被類型土壤pH值顯著低于其它三種植被類型，其它3種植被類型土壤pH值則無顯著性差異（P>0.05）;10～20 cm土層喬木、喬草兩種植被類型土壤pH值顯著高于灌草、喬灌草兩種植被類型（P<0.05）。南校區(qū)0～10 cm土層喬草與灌草植被類型土壤pH值存在顯著性差異（P<0.05）;10～20 cm土層喬木、灌草植被類型土壤pH值顯著高于喬草、喬灌草植被類型（P<0.05）。樹木園0～10 cm土層喬灌草植被類型土壤pH值顯著低于其它三種植被類型;10～20 cm土層四種植被類型均存在顯著性差異（P<0.05），各植被類型土壤pH值表現(xiàn)為喬木>喬草>灌草>喬灌草。3個采樣地0～10 cm層土壤pH值均低于10～20 cm土層。

2.2 不同采樣地同一植被類型土壤pH值比較

如圖2所示，3個采樣地0～10 cm土層喬木植被類型土壤pH值均無顯著性差異（P>0.05）;北校區(qū)喬草植被類型土壤pH值顯著高于其它2個采樣地（P<0.05），北校區(qū)灌草植被類型土壤pH值顯著低于南校區(qū)（P<0.05），樹木園喬灌草植被類型土壤pH值顯著低于北校區(qū)和南校區(qū)2個采樣地（P<0.05）。10～20 cm土層，南校區(qū)和樹木園2個采樣地喬木植被類型土壤pH值顯著高于北校區(qū)，而喬草植被類型土壤pH值則顯著低于北校區(qū)（P<0.05）;南校區(qū)灌草植被類型土壤pH值顯著高于北校區(qū)和樹木園（P<0.05）;北校區(qū)和南校區(qū)喬灌草植被類型土壤pH值顯著高于樹木園（P<0.05）。

2.3 同一采樣地不同植被類型對土壤有機質(zhì)含量的影響

如圖3所示，0～10 cm土層，北校區(qū)四種植被類型土壤有機質(zhì)均存在顯著性差異（P<005），且表現(xiàn)為灌草>喬灌草>喬木>喬草;10～20 cm土層表現(xiàn)出與0～10 cm土層相似的規(guī)律。南校區(qū)0～10 cm土層灌草植被類型土壤有機質(zhì)含量最高，喬灌草植被類型最低，喬木和喬草植被類型土壤有機質(zhì)含量無顯著性差異（P>0.05）;10～20 cm土層四種植被類型土壤有機質(zhì)含量也均存在顯著性差異（P<0.05），且表現(xiàn)為灌草>喬草>喬木>喬灌草。樹木園0～10 cm土層灌草植被類型土壤有機質(zhì)含量最高，喬草植被類型最低，喬木和喬灌草植被類型無顯著性差異（P>0.05）;10～20 cm土層四種植被類型土壤有機質(zhì)含量均存在顯著性差異（P<0.05），且表現(xiàn)為灌草>喬灌草>喬木>喬草?？v觀3個不同的采樣地，0～10 cm土層土壤有機質(zhì)含量高于10～20 cm土層，灌草植被類型土壤有機質(zhì)含量顯著高于其它植被類型。

2.4 不同采樣地同一植被類型土壤有機質(zhì)含量比較

如圖4所示，在同一植被類型下0～10 cm和10～20 cm土層，3個采樣地土壤有機質(zhì)含量均存在顯著性差異（P<0.05）。0～10 cm土層，樹木園土壤有機質(zhì)含量顯著高于其它兩個采樣地;10～20 cm土層，樹木園多數(shù)植被類型表現(xiàn)出土壤有機質(zhì)含量顯著高于其它2個采樣地，僅喬草植被類型表現(xiàn)為南校區(qū)顯著高于其它2個采樣地。

2.5 不同植被類型土壤pH值、有機質(zhì)含量的差異

比較3個采樣地不同植被類型土壤pH值、有機質(zhì)含量的差異（圖5）得出，對于土壤pH值而言，0～10 cm土層表現(xiàn)為喬木>灌草>喬草>喬灌草，10～20 cm土層則為喬木>喬草>灌草>喬灌草，但兩個土層土壤pH值均無顯著性差異（P>0.05）。對于土壤有機質(zhì)含量而言，0～10、10～20 cm土層灌草植被類型均顯著高于其它植被類型（P<0.05）。

2.6 植被類型、采樣地和土層厚度對土壤pH值、有機質(zhì)的影響

對土壤pH值、有機質(zhì)含量進行三因素相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，土壤pH值、有機質(zhì)含量與植被類型、采樣地和土層厚度均存在極顯著相關(guān)性（表2）。

3 討論

城市植被類型影響土壤pH值和有機質(zhì)含量，北校區(qū)灌草植被土壤pH值顯著低于其它三種植被類型，灌木可顯著降低土壤pH值，這與馬國飛等[17]的研究結(jié)果一致。南校區(qū)和樹木園表現(xiàn)出與北校區(qū)不同的結(jié)果，原因可能是植被類型以及覆蓋度的差異或者是城市周邊環(huán)境影響了土壤pH值。時林等[18]研究表明，黃河三角洲檉柳、堿蓬、蘆葦、棉田四種植被類型下土壤pH值存在差異。Mohammad等[19]研究表明植被覆蓋度與土壤pH值之間沒有顯著關(guān)系。

本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤有機質(zhì)含量灌草植被顯著高于其余三種植被類型。夏江寶等[20]研究不同植被類型對土壤改良效應(yīng)，結(jié)果表明灌木林對提高土壤有機質(zhì)含量效果較優(yōu)。張立欣等[21]研究結(jié)果顯示，不同人工固沙灌木林使區(qū)域的土壤有機質(zhì)含量顯著增加。3個采樣地中灌草植被的覆蓋率較大，植被長勢旺盛。植被覆蓋率越大，微生物數(shù)量越多，能提高土壤有機質(zhì)含量[22]。

不同深度土層對土壤pH值及有機質(zhì)含量存在影響。3個采樣地0～10 cm土層土壤pH值均低于10～20 cm土層，可能是受雨水影響，在雨水淋洗作用下，土壤中易溶性鹽離子隨水分逐漸下滲，造成土壤表層pH值較低[11]。劉賢德等[23]研究顯示，土壤pH值隨土層深度的增加而增加，pH值在0～10 cm與20～40 cm土層差異顯著（P<0.05）。潘佳穎等[24]以寧夏境內(nèi)壓砂地為材料，研究了不同土壤層次壓砂地土壤全鹽量和pH值的空間變異性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在垂直方向上，pH值隨土壤深度的增加而下降。除北校區(qū)灌草、喬灌草植被類型外，其余采樣地的植被類型均表現(xiàn)為0～10 cm土層土壤有機質(zhì)含量高于10～20 cm土層。這是因為隨著土壤深度的增加，土壤微生物、植物根系等相應(yīng)減少，導(dǎo)致土壤有機質(zhì)含量降低[25]。這與大多數(shù)研究者研究結(jié)論相似[26，27]。任啟文等[28]對小五臺山不同海拔土壤理化性質(zhì)的研究顯示，土壤有機質(zhì)含量隨海拔升高而逐漸升高，隨土層深度增加而降低。宮兆寧等[29]研究也顯示官廳水庫消落帶不同土壤層次有機質(zhì)含量差異較大，總體變化趨勢均由表層向下逐漸減少，各層之間差異顯著。

在同一植被類型下，3個采樣地土壤pH值差異不大，而土壤有機質(zhì)含量存在較大差異。隨著城鎮(zhèn)化的加劇，城市工業(yè)的發(fā)展以及生活污水的排放，城市植被土壤在不同區(qū)域表現(xiàn)出不同的土壤理化性質(zhì)，受城市人類活動及土地利用方式的影響，土壤有機質(zhì)含量存在很大的空間變異性[30]。土壤pH值受成土母質(zhì)和地形等影響較大[31]，相對土壤有機質(zhì)含量變化較小。

土壤pH值、有機質(zhì)含量與植被類型、采樣地和土壤厚度均存在極顯著相關(guān)性。由于城市植被類型、采樣地周圍環(huán)境的不同以及土壤不同層次導(dǎo)致土壤微環(huán)境的差異，影響了土壤理化性質(zhì)和土壤環(huán)境。

4 結(jié)論

不同城市植被類型對土壤pH值影響不顯著，但對土壤有機質(zhì)含量的影響較大。土壤有機質(zhì)含量受植被類型以及覆蓋度等因素影響，灌草植被土壤有機質(zhì)含量顯著高于其它三種植被類型。不同深度土層土壤pH值及有機質(zhì)含量存在差異，10～20 cm土層pH值高于0～10 cm土層，而有機質(zhì)含量低于0～10 cm土層。

在同一植被類型下，不同采樣地土壤pH值差異不大，而土壤有機質(zhì)含量則存在較大差異。說明城市周邊環(huán)境對土壤pH值影響較小而對土壤有機質(zhì)含量有較大影響。土壤pH值、有機質(zhì)含量與植被類型、采樣地和土壤厚度均存在極顯著相關(guān)性。

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