城市绿地土壤酸碱度特征分析——以南京市为例.pdf

第 卷 第 期 年 月林 业 调 查 规 划 :/城市绿地土壤酸碱度特征分析 以南京市为例李超明汪瑞军(.东南大学 建筑学院江苏 南京 .合肥工业大学 建筑与艺术学院安徽 合肥)摘要:以绿地空间的详细划分为基础通过大量实测数据的采集与分析以南京市为例拓展城市绿地土壤酸碱度研究的广度和深度 研究结果表明绿地土壤具有整体偏碱的特征绿地空间形态的丰富变化在一定程度上引起了土壤 的差异化表现 基于数据分析总结出时空连续性、地形和平面形态 个影响因素讨论其各自成因与影响方式 作为土壤环境的重要指标酸碱度不仅直接影响植被生长还是各种生物、化学反应的关键调控因子关键词:土壤酸碱度城市绿地空间类型时空连续性地形变化平面形态中图分类号:文献标识码:文章编号:()引文格式:李超明汪瑞军 城市绿地土壤酸碱度特征分析 以南京市为例 林业调查规划():/.():/(.):.:收稿日期:基金项目:国家自然科学基金重点项目()第一作者:李超明()男安徽绩溪人硕士助理工程师 主要从事数字景观实验与分析研究 :责任作者:汪瑞军()男安徽宣城人博士讲师 主要从事风景园林规划与设计、城市绿地生态、绿色基础设施方面的研究:李超明等:城市绿地土壤酸碱度特征分析 酸碱度是土壤环境的重要属性之一其本质是土壤溶液中各种离子种类和浓度变化的结果 自然环境中土壤酸碱度主要由成土母质、气候、动植物与微生物和土壤的互动关系等因素决定形成过程缓慢且稳定表现出一定的地域分布特征 城市环境中土壤受人为活动影响强烈包含酸碱度在内的土壤属性具有显著的异质性特征并主要体现在两个尺度层面首先是与周边山林地、农用地的整体差异其次是城市内部不同区域间的变化 城市建设的主要人工材料水泥、砖块和混凝土等都会向与之接触的土壤中释放钙离子从而提升土壤的 值产生碱化效应而土地利用类型的变化会影响该过程的作用程度产生土壤酸碱度在空间上的分化绿地是城市环境中开放土壤的主要分布区域这里的“开放”是相对于被人工设施封闭于地表之下的土壤而言 绿地土壤不仅维持着植物的生长也是城市环境中重要的生物基因库和繁殖场所并可发挥过滤、缓冲和物质转化等多种生态作用而土壤的酸碱度是影响这些功能表达的重要因素 我国幅员辽阔地区间气候、地形、地质等因素的差异塑造出多样的土壤属性在酸碱度上整体呈现北碱南酸的变化众多研究表明城市绿地土壤亦符合此特征并在不同程度上表现出相对城郊土壤的碱化 而对于绿地内部土壤酸碱属性的变化目前的研究稍显不足大多只针对于几种主要绿地类型的整体比较缺乏从绿地空间变化上对土壤酸碱度差异进行具体分析 本文将在笔者及其团队对南京市主城区绿地土壤综合属性抽样调查的基础上重点分析和讨论酸碱度指标调查结果包括数据分布特征、与绿地空间变化的关系以及与土壤属性的关系等内容以提升对城市绿地环境特征的认识为各种与绿地相关的科研、设计工作提供理论支持 调查内容与方法调查工作首先对城市绿地空间进行分类着重于空间的典型性和差异性以及绿地设计与建设中的应用关系(表)主要空间类型包括 种)公园绿地根据地形和营建方式上的差异又分为平地公园和山体公园两种前者多属于不同年代的辟地新建后者则是在原有山体及其植被基础上的改造随着城市的扩张此类公园在多山及丘陵地区具有较高的普遍性表 城市绿地空间分类 主要空间类型次级空间类型公园绿地平地公园密林、疏林、草地山体公园陡坡、中坡、缓坡、平坡、汇水点居住区绿地 建筑阴区、建筑阳区、集中绿地单位附属绿地 建筑阴区、建筑阳区、集中绿地滨水绿地岸上地、驳岸坡地、临水区、湿地广场绿地片状绿地、中型绿地、树池道路绿带东西向、南北向 )居住区绿地和单位附属绿地的布局特征相似组团中心的集中绿地和围绕建筑的带状绿地构成了主要两种绿地形态因受建筑遮阴的影响后者又可分为阴区和阳区两种典型空间)滨水绿地的内部划分以竖向和与水体的关系为依据湿地指频繁被水淹没以耐水或水生植物栽植为主的滨水区域临水区指自然驳岸邻近水位线的位置与湿地类似其土壤受水体影响较大)广场绿地内部形态变化丰富从面积和空间塑造上大致可分为常位于外围或中心区域面积较大的片状绿地、面积中等以池壁围合的中型绿地以及以独株乔木栽植为主的树池 道路绿带的标准化程度较高根据城市道路走向的主要特征分为南北向和东西向两类调查样点的选择除考虑空间差异外还关注了时间因素样点所在绿地建设完成均在 年以上环境特征相对稳定 具体的调查方式分为现场采样和实验室分析两个阶段根据样点绿地的空间特征现场采样采用梅花形、形和线形等多种布点形式取样深度为 各测点土样充分混合、风干、过筛后作为该样点样品进行实验室测量测量采用电位法由 计完成并辅以试纸校验 每种主要空间类型的调查样点均超过 个共完成近 份样品的测量 结果分析 绿地土壤 整体特征分析各主要绿地空间类型的样点数据分析如表所示第 期林 业 调 查 规 划表 主要绿地空间类型土壤 描述性统计 主要空间类型平均数中位数最大值最小值变异系数公园绿地 居住区绿地 单位附属绿地 滨水绿地 广场绿地 道路绿带 平均水平上(兼顾平均值与中位数)除公园绿地外基本属于碱性范畴而公园绿地的变异系数显著高于其它类型说明其内部次级空间之间的差异较大 南京市地处宁镇山脉西端表现出低山缓岗的地形特征自然土壤以下蜀黄土母质上发育的黄棕壤为主 主要集中在 抽样调查的城郊稻田土和山林地土也表现为酸性前者均值为 后者均值为 城市建设所产生的碱化作用在绿地土壤中表现明显样点数据的 区间分布情况如图 所示图 主要绿地空间类型样点土壤 区间分布比较 公园绿地的分布跨度较大且相对均匀其他类型均在 区间拥有超过 的样点占比道路绿带有近 的样点超过 次级空间类型的比较中(图)道路绿带的 种均值最高东西向为 南北向为 山体公园陡坡均值最小为 广场绿地中的片状绿地及以左类型均值超过 占类型数的 山体公园所含 种类型的均值小于 占比为 中性类型数占比为 与主要类型相比次级类型的空间特征性更高因此图 所表现出的不仅仅是类型间的客观差异还反映出一些 变化与空间特征之间关系的端倪图 次级绿地空间类型土壤 均值及变异系数比较 第 卷李超明等:城市绿地土壤酸碱度特征分析 土壤 与绿地空间特征的关系 时空连续性时空连续性是绿地空间本身的发展特征之一包含两个层面的表现一个是作为绿地或自然属性用地的连续性另一个是绿地内部空间组成与结构演进的连续性 二者在不同程度或空间尺度上反映出人类建设活动的干预而不同绿地因功能和空间形态上的变化在时空连续性上往往存在较大差异并能进一步引起土壤酸碱度的变化 主要绿地类型中公园绿地的时空连续性整体上较高土壤酸碱度更接近区域自然土壤道路、广场绿地不仅在建成时间上相对较晚更是各种改建、更新活动的重点对象土壤受扰动较强更易混入大量碱性物质 公园绿地内部山体公园与平地公园的比较尤其能够表现出时空连续性的影响无论是用地类型变更还是内部空间稳定性所表征的连续性山体公园都要高于平地公园 包括地形因素所引起的开发难度以及空间文脉传承、城市生态建设等方面的原因都使得山体公园成为城市建成基底内部保持区域原生生态特征的重要斑块如表 所示山体公园调查样点的平均水平显著低于平地公园属于典型酸性范畴且有 的样点 值低于 表 不同类型公园绿地土壤 描述性统计 公园绿地平均数中位数最大值最小值变异系数山体公园 平地公园 地形变化在对山体公园的调查中参考森林调查的一般方法按坡度将绿地内部空间分为平坡、缓坡、中坡和陡坡并分别布置样点具体划分方式为:为平坡、为缓坡、为中坡、为陡坡 各坡度类型样点的土壤 均值按坡度从大到小依次为、和 缓坡稍小外整体存在一定程度上逐渐增大的趋势 进一步对样点数据的分析表明陡坡样点与其它坡度样点在 水平上差异显著()土壤 值与坡度变化在 水平上呈显著负相关(图)图 坡度与土壤 的线性关系分析 城市山体公园大都植被结构完整生长良好调查样点基本属于常绿落叶阔叶密林或偏密林植物空间特征相近土壤 与坡度变化的关系很有可能是受到淋溶作用的影响 雨水在空气中运动可吸收部分 微含酸性入渗后再与土壤中有机质与矿物质分解产生的各种酸类混合进一步增强了酸性 入渗过程可将石灰质等可溶盐类溶解转移较难移动的氧化铁质与黏粒则被带入下层土壤该过程被称为淋溶长期淋溶作用会形成表土淋溶层表现出粘粒含量低酸性强、质地较粗的特征 我国南方地区降雨丰富较强的土壤淋溶是广泛酸性土壤形成的重要原因之一 相同降雨条件下地势越高、坡度越大区域受径流冲刷严重土壤水下向与侧向的移动更强淋溶作用程度更大 数据分析虽然反映出土壤 与坡度的关联性但不同坡度的实际差异并不大中坡、缓坡和平坡的平均水平均在酸性范畴内差值未超过 对植物生长的影响很小值得注意的是陡坡这一空间类型其土壤不仅酸性程度高还具有低水、低肥的特征综合土壤环境严苛对于植物的适应要求较高 平面形态平面形态的变化是绿地空间差异的主要表现形式之一尤其对于中小尺度 城市土壤碱化的主因是人为扰动引起的建设材料碱性物质的释放而绿地的边界几乎都是由硬质设施限定的理论上平面形态狭小的绿地受影响的程度更大 调查数据在一定程度上呼应了这种基于成因分析的推论 道路绿带形态狭长形成了较高的边界长度与面积比(边缘密度)土壤整体受碱化作用影响较大 平均水平与碱性样点占比均高于其他绿地类型 此外第 期林 业 调 查 规 划道路绿带具有标准化、规则化且绿化模式相对统一的特征宽度成为突出的变量参数为分析绿地平面形态与土壤 的关系创造了良好条件 绿带宽度与土壤 值的相关性分析表明二者在 水平上显著负相关()两组变量数据的拟合分析中对数曲线的拟合优度最高如图 所示宽度在 以内时曲线的斜率较大大于 时渐近平缓说明宽度增加对土壤碱化的负向作用在绿带较窄时更为明显 绿带过窄时两侧道路基础往往会形成对土层的下界面封闭施工过程中建设废料也更易混入这些都会加深碱性物质的释放而对土壤酸碱环境产生影响宽度增加会对此产生一定的缓解作用但作用程度会逐渐减弱图 绿带宽度与土壤 的曲线拟合分析 在其它一些平面形态上存在显著内部分化的绿地类型中相应的数据比较也能反映出绿地平面形态变化与土壤 的关系 居住区与单位附属绿地内部的建筑阴区与阳区绿地紧贴建筑基础呈条带状布局而集中绿地则大多呈块状面积较大 居住区绿地中集中绿地 均值为 建筑阴区为 阳区为 方差分析显示各样点组间存在显著差异()多重比较中集中绿地在 水平上与建筑阴区()和建筑阳区()差异显著 单位附属绿地中集中绿地 均值为 建筑阴区为 、阳区为 组数据间同样存在显著差异()多重比较中集中绿地在 水平上与建筑阴区()和建筑阳区()差异显著 广场绿地中树池的 最高均值为 中型绿地最小均值为 片状绿地为 方差分析结果为 树池与中型绿地在 水平上差异显著()讨 论城市土壤与自然环境中在各种自然力作用下发育的土壤不同人为活动的干预包括干预的方式、程度都会改变土壤的结构和属性造成稳定性的下降和复杂性的提升而这种变化本身就是城市土壤的重要特征 土壤是绿地植物生长的主要生境因子之一对栽植与管养工作的顺利展开影响较大尽管可以根据需求进行土壤改良但一定是建立在对城市土壤发展特征及其中规律性因素充分认知的基础上否则难以做到有的放矢以及对投入成本的管控土壤碱化是城市生态系统物质流动的结果不仅直接关系到绿地植物的生长和表现作为关联条件还会影响到其他土壤属性的变化其中以养分元素的有效性转化较为突出 土壤中各种盐离子在不同的酸碱环境中稳定性各不相同例如 在碱性土壤中易转化成 挥发在强酸环境中易转化成气态的 而磷在中性环境中有效性最高偏酸或偏碱都会增强其难溶性与吸附性 图 为主要养分元素有效性与土壤 的关系对于多数元素来说土壤偏碱会降低其有效性图 土壤 与主要养分元素有效性关系(改绘自 .()(.().)虽然城市绿地土壤整体上具有碱化趋势但从第 卷李超明等:城市绿地土壤酸碱度特征分析本文的研究可以发现绿地类型及其空间特征的差异能够对土壤 产生影响并形成一定程度的分化 与土壤酸碱度相关联的因素有很多包括土壤母质、温度、降雨、植被、土壤微生物等本研究根据现实环境调查所做的分析实际上是对综合因素影响结果的揭示属于侧重于