不同城市植被类型对土壤pH值及有机质含量的影响

来源:用户上传      作者:韩荣初 路颖 韩鹏 宋兆斌 许晨 李传荣 许景伟 张彩虹

　　 摘要：为揭示不同植被类型对土壤pH值及有机质含量的影响，以泰安市不同城市植被类型（分别为乔木、乔草、灌草以及乔灌草植被）为研究对象，采集0～10 cm和10～20 cm土层土壤，分析其pH值和有机质含量。结果表明：（1）不同城市植被类型对土壤pH值影响不显著，对土壤有机质含量的影响较大，灌草植被土壤有机质含量显著高于其余三种类型。（2）10～20 cm土层pH值高于0～10 cm土层，而土壤有机质含量低于0～10 cm土层。（3）不同采样地土壤pH值差异不大，而土壤有机质含量存在较大差异。（4）土壤pH值、有机质含量与植被类型、采样地和土层厚度均存在极显著相关性。本研究可为合理营造城市植被、改善土壤质量提供参考。
　　关键词：城市绿地;植被类型;土壤pH值;土壤有机质
　　中图分类号：S158.3  文献标识号：A  文章编号：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
　　 城市綠地是由各类城市植被类型构成的有机整体[1]，城市绿地系统是城市生态系统的一项重要组成部分，具有吸收工业和汽车排放的有毒气体、吸附大气颗粒物、生产供人类呼吸的氧气、调节气候等作用以及防风固沙保水、净化水体的生态功能[2]。土壤是植物群落的载体，是孕育城市绿地植被不可或缺的部分[3]。土壤pH值和有机质含量是衡量土壤环境质量的重要指标，其变化会直接影响整个土壤环境及上层植物的生长[4]。土壤pH值是影响土壤肥力的一个重要指标，其不仅影响土壤微生物活性，而且影响土壤理化性质以及植被对土壤有效养分的吸收和利用[5]。有机质是土壤的重要组成部分[6]，是陆地生物圈的重要碳库，在全球碳循环中起着活性碳库的作用[7，8]，由处于不同腐解阶段和不同形态的动植物和微生物残体物质组成[9]，与其上种植的植被息息相关，二者相辅相成[10]。
　　 为防止土壤盐渍化，提高土壤有机质和养分含量，改善土壤环境，选择适宜的乔灌草配置方式是十分重要的[11，12]。目前，国内对于城市植被类型影响土壤pH值和有机质含量的研究主要集中在乔灌草配置模式对盐碱土的改良以及城市植被配置对土壤环境的影响等方面[13，14]。近年来，随着城镇化的发展，国内外对城市植被类型研究的报道也逐渐增多，城市绿地植被的开发、利用和保护以及合理配置受到研究者的广泛关注[15，16]。
　　 泰安市地处泰山脚下，是重要的旅游城市，也是全省铁路公路的枢纽站，城市道路繁多且复杂，绿地面积比较大。城市绿地植被作为城市的“肺”，有着举足轻重的位置，而土壤又是孕育城市绿地植被的载体。本研究以泰安市不同城市植被类型为材料，探究不同城市植被类型的合理配置对土壤pH值及有机质含量的影响，以期为改善土壤环境、促进林木生长发育、提高城市绿地植被质量提供理论依据。 　　1 材料与方法
　　1.1 研究区域概况
　　 泰安市位于山东省中部，地处东经116°20′～117°59′、北纬35°38′～36°28′之间，属于温带大陆性半湿润季风气候区，寒暑适宜，光温同步，四季分明，雨热同季。年平均气温为12.9℃，极端最高气温为41℃，极端最低气温为-27.5℃。无霜期平均195天。受地形、地貌的影响，垂直的变化以及地域的差异，形成了一些局部小气候区。具体研究区域为山东农业大学北校区、南校区以及树木园。
　　1.2 样地设置和土壤样品采集
　　 选择山东农业大学北校区、南校区以及树木园最具代表性的植被进行采样，每个采样地选取四种不同植被类型的典型样地（1：乔木植被;2：乔草植被;3：灌草植被;4：乔灌草植被）。3个采样地共选取12个样地，每个样地再划分三个5 m×5 m样方。对采样区域内的主要优势植物、植被覆盖度以及植被长势情况等进行调查。具体的样地情况见表1。
　　采用通用的采样方法取样。采集开始前需将地表的枯枝落叶进行清理，清理完毕后用土钻按0～10、10～20 cm自上而下钻取土壤样品，采集的土样用密封袋分开装好带回实验室，进行自然风干、研磨过筛处理。采用电位法、重铬酸钾-硫酸外加热法分别测定土壤pH值与有机质含量。
　　1.3 统计分析
　　 采用单因素方差分析法（P<0.05）比较四种植被类型土壤pH值和土壤有机质的差异显著性水平，t检验比较同种植被类型不同层次土壤pH值和土壤有机质的差异显著性水平。采用Pearson相关分析确定土壤pH值、有机质含量与植被类型、采样地、土层之间的相关关系。数据处理和分析由SPSS 19.0软件完成，运用Origin 2017作图。
　　2 结果与分析
　　2.1 同一采样地不同植被类型对土壤pH值的影响
　　 如图1所示，北校区0～10 cm土层灌草植被类型土壤pH值显著低于其它三种植被类型，其它3种植被类型土壤pH值则无显著性差异（P>0.05）;10～20 cm土层乔木、乔草两种植被类型土壤pH值显著高于灌草、乔灌草两种植被类型（P<0.05）。南校区0～10 cm土层乔草与灌草植被类型土壤pH值存在显著性差异（P<0.05）;10～20 cm土层乔木、灌草植被类型土壤pH值显著高于乔草、乔灌草植被类型（P<0.05）。树木园0～10 cm土层乔灌草植被类型土壤pH值显著低于其它三种植被类型;10～20 cm土层四种植被类型均存在显著性差异（P<0.05），各植被类型土壤pH值表现为乔木>乔草>灌草>乔灌草。3个采样地0～10 cm层土壤pH值均低于10～20 cm土层。
　　2.2 不同采样地同一植被类型土壤pH值比较
　　 如图2所示，3个采样地0～10 cm土层乔木植被类型土壤pH值均无显著性差异（P>0.05）;北校区乔草植被类型土壤pH值显著高于其它2个采样地（P<0.05），北校区灌草植被类型土壤pH值显著低于南校区（P<0.05），树木园乔灌草植被类型土壤pH值显著低于北校区和南校区2个采样地（P<0.05）。10～20 cm土层，南校区和树木园2个采样地乔木植被类型土壤pH值显著高于北校区，而乔草植被类型土壤pH值则显著低于北校区（P<0.05）;南校区灌草植被类型土壤pH值显著高于北校区和树木园（P<0.05）;北校区和南校区乔灌草植被类型土壤pH值显著高于树木园（P<0.05）。
　　
　　2.3 同一采样地不同植被类型对土壤有机质含量的影响
　　 如图3所示，0～10 cm土层，北校区四种植被类型土壤有机质均存在显著性差异（P<005），且表现为灌草>乔灌草>乔木>乔草;10～20 cm土层表现出与0～10 cm土层相似的规律。南校区0～10 cm土层灌草植被类型土壤有机质含量最高，乔灌草植被类型最低，乔木和乔草植被类型土壤有机质含量无显著性差异（P>0.05）;10～20 cm土层四种植被类型土壤有机质含量也均存在显著性差异（P<0.05），且表现为灌草>乔草>乔木>乔灌草。树木园0～10 cm土层灌草植被类型土壤有机质含量最高，乔草植被类型最低，乔木和乔灌草植被类型无显著性差异（P>0.05）;10～20 cm土层四种植被类型土壤有机质含量均存在显著性差异（P<0.05），且表现为灌草>乔灌草>乔木>乔草。纵观3个不同的采样地，0～10 cm土层土壤有机质含量高于10～20 cm土层，灌草植被类型土壤有机质含量显著高于其它植被类型。
　　2.4 不同采样地同一植被类型土壤有机质含量比较
　　 如图4所示，在同一植被类型下0～10 cm和10～20 cm土层，3个采样地土壤有机质含量均存在显著性差异（P<0.05）。0～10 cm土层，树木园土壤有机质含量显著高于其它两个采样地;10～20 cm土层，树木园多数植被类型表现出土壤有机质含量显著高于其它2个采样地，仅乔草植被类型表现为南校区显著高于其它2个采样地。
　　2.5 不同植被类型土壤pH值、有机质含量的差异
　　 比较3个采样地不同植被类型土壤pH值、有机质含量的差异（图5）得出，对于土壤pH值而言，0～10 cm土层表现为乔木>灌草>乔草>乔灌草，10～20 cm土层则为乔木>乔草>灌草>乔灌草，但两个土层土壤pH值均无显著性差异（P>0.05）。对于土壤有机质含量而言，0～10、10～20 cm土层灌草植被类型均显著高于其它植被类型（P<0.05）。
　　2.6 植被类型、采样地和土層厚度对土壤pH值、有机质的影响 　　 對土壤pH值、有机质含量进行三因素相关分析发现，土壤pH值、有机质含量与植被类型、采样地和土层厚度均存在极显著相关性（表2）。
　　3 讨论
　　 城市植被类型影响土壤pH值和有机质含量，北校区灌草植被土壤pH值显著低于其它三种植被类型，灌木可显著降低土壤pH值，这与马国飞等[17]的研究结果一致。南校区和树木园表现出与北校区不同的结果，原因可能是植被类型以及覆盖度的差异或者是城市周边环境影响了土壤pH值。时林等[18]研究表明，黄河三角洲柽柳、碱蓬、芦苇、棉田四种植被类型下土壤pH值存在差异。Mohammad等[19]研究表明植被覆盖度与土壤pH值之间没有显著关系。
　　 本试验结果发现，土壤有机质含量灌草植被显著高于其余三种植被类型。夏江宝等[20]研究不同植被类型对土壤改良效应，结果表明灌木林对提高土壤有机质含量效果较优。张立欣等[21]研究结果显示，不同人工固沙灌木林使区域的土壤有机质含量显著增加。3个采样地中灌草植被的覆盖率较大，植被长势旺盛。植被覆盖率越大，微生物数量越多，能提高土壤有机质含量[22]。
　　 不同深度土层对土壤pH值及有机质含量存在影响。3个采样地0～10 cm土层土壤pH值均低于10～20 cm土层，可能是受雨水影响，在雨水淋洗作用下，土壤中易溶性盐离子随水分逐渐下渗，造成土壤表层pH值较低[11]。刘贤德等[23]研究显示，土壤pH值随土层深度的增加而增加，pH值在0～10 cm与20～40 cm土层差异显著（P<0.05）。潘佳颖等[24]以宁夏境内压砂地为材料，研究了不同土壤层次压砂地土壤全盐量和pH值的空间变异性，结果发现，在垂直方向上，pH值随土壤深度的增加而下降。除北校区灌草、乔灌草植被类型外，其余采样地的植被类型均表现为0～10 cm土层土壤有机质含量高于10～20 cm土层。这是因为随着土壤深度的增加，土壤微生物、植物根系等相应减少，导致土壤有机质含量降低[25]。这与大多数研究者研究结论相似[26，27]。任启文等[28]对小五台山不同海拔土壤理化性质的研究显示，土壤有机质含量随海拔升高而逐渐升高，随土层深度增加而降低。宫兆宁等[29]研究也显示官厅水库消落带不同土壤层次有机质含量差异较大，总体变化趋势均由表层向下逐渐减少，各层之间差异显著。
　　 在同一植被类型下，3个采样地土壤pH值差异不大，而土壤有机质含量存在较大差异。随着城镇化的加剧，城市工业的发展以及生活污水的排放，城市植被土壤在不同区域表现出不同的土壤理化性质，受城市人类活动及土地利用方式的影响，土壤有机质含量存在很大的空间变异性[30]。土壤pH值受成土母质和地形等影响较大[31]，相对土壤有机质含量变化较小。
　　 土壤pH值、有机质含量与植被类型、采样地和土壤厚度均存在极显著相关性。由于城市植被类型、采样地周围环境的不同以及土壤不同层次导致土壤微环境的差异，影响了土壤理化性质和土壤环境。
　　4 结论
　　 不同城市植被类型对土壤pH值影响不显著，但对土壤有机质含量的影响较大。土壤有机质含量受植被类型以及覆盖度等因素影响，灌草植被土壤有机质含量显著高于其它三种植被类型。不同深度土层土壤pH值及有机质含量存在差异，10～20 cm土层pH值高于0～10 cm土层，而有机质含量低于0～10 cm土层。
　　 在同一植被类型下，不同采样地土壤pH值差异不大，而土壤有机质含量则存在较大差异。说明城市周边环境对土壤pH值影响较小而对土壤有机质含量有较大影响。土壤pH值、有机质含量与植被类型、采样地和土壤厚度均存在极显著相关性。
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