城市公園綠地土壤物理性質空間分異研究
——以太原市為例

劉 臻,楊秀云，宋 麗，米美霞，武小鋼

(1.山西農業大學城鄉建設學院，山西 太谷 030801; 2.山西農業大學林學院，山西 太谷 030801)

1 研究區概況

太原市位于山西省境中央，太原盆地北端，地理坐標為東經111°30′～113°09′，北緯37°27′～38°25′，海拔最高點 2 670 m，最低點760 m，平均海拔800 m，全市整個地形北高南低，呈簸箕形。太原市屬溫帶季風性氣候，冬季少雪干冷、夏季炎熱多雨、秋季清涼氣爽、春季干旱多風，年均溫9.5℃，1月均溫-6.8 ℃，7月均溫23.5 ℃。年日照時間 2 808 h，無霜期130 d左右。年降水量458 mm。截至2017年，太原市綠地總面積 13 013 hm2，建成區綠化覆蓋面積 14 766 hm2，公園綠地面積 4 549 hm2[5]。

2 研究方法

2.1 取樣方法

以太原市繞城高速為研究區邊界，在ArcGIS軟件中布設1 km×1 km網格，按每個網格布設一個采樣點的原則，根據太原市公園位置和所覆蓋的網格數基本確定每個公園的采樣點數量，共選擇38個公園的69個采樣點，使用美國犀牛S1原狀土壤柱芯取樣器(取樣管內徑為3.6 cm，長度為100 cm)進行采樣，同時記錄采樣點坐標、綠地結構類型及植物組成情況。

2.2 試驗方法

土樣帶回實驗室，按照0～10、10～20和20～40 cm進行分層，撿出植物根、莖、葉、碎石和垃圾，將部分樣品保存鮮樣(4℃)，其余風干、研磨，分別過2 mm、1 mm和0.15 mm篩子，測定土壤理化指標。土壤容重采用環刀法進行測定，對土壤飽和含水量的測定，在原狀土底端墊濾紙，放在盛有水的盤中，吸水24 h，測定土壤飽和含水量。對土壤田間持水量的測定，使原狀土吸水24 h，將土壤底部放在自然土壤上方，8 h后測定土壤田間持水量[6]。

2.3 數據處理

利用SPSS 26.0對數據進行Kolmogorob-Smirnov檢驗。其中0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm土層的土壤容重，10～20 cm、20～40 cm土層飽和含水量，10～20 cm、20～40 cm土層的田間持水量符合正態分布，0～10 cm土層飽和含水量，0～10 cm土層田間持水量數據進行平方根轉換后符合正態分布。使用符合正態分布的容重，飽和含水量，田間持水量的數據導入GS+5.0進行半方差函數擬合，獲得各項數據的半方差擬合模型，最后將得到的模型及參數在ArcGIS10.2中進行克里金插值，獲得研究區土壤不同土層容重、飽和含水量、田間持水量空間分布。

3 結果與分析

3.1 土壤物理性質的描述統計分析

研究表明,太原市城市綠地0～40 cm土層范圍的土壤容重隨土層深度的增加而增加，飽和含水量和田間持水量隨土層深度的增加而減小(表1)。

與其他研究相似[7-9]，本研究中太原公園綠地0～40 cm土層土壤容重的均值為1.28 g/cm3，其中0～10 cm、10～20 cm土層土壤容重均值分別為1.19 g/cm3、1.29 g/cm3，土壤容重能夠滿足植物生長的基本需要。20～40 cm土層土壤容重為1.36g/cm3，超出了植物正常生長的容重范圍(1.1～1.30 g/cm3)[10]，對植物的生長產生不利影響。表層(0～10 cm)土壤容重的變異大于中層和下層土壤。從綠地土壤容重頻率分布圖看(圖1)，65.7%表層(0～10 cm)土壤容重小于1.30 g/cm3。

圖1 太原市公園綠地土壤容重頻率分布Fig.1 Frequency distribution of soil bulk density of park green space in Taiyuan City

土壤飽和含水量是土壤涵蓄潛力的最大值，并非真實蓄水量，可以反映土壤貯存和調節水分的潛在能力，與土層厚度、土壤孔隙狀況密切相關，對地下水資源形成轉化和消耗過程也起到重要作用[11-12]。研究結果表明，太原市公園綠地0～10 cm土層土壤飽和含水量均值為40.34%，且隨土層深度的增加飽和含水量減小(圖2)。

由圖2可見，公園綠地0～10、10～20和20～40 cm土層土壤飽和含水量基本均保持在25%～35%范圍，分別占40.6%、39.1%和45.6%，飽和含水量在55%以上的土壤占比較少。

圖2 太原市公園綠地土壤飽和含水量頻率分布Fig.2 Frequency distribution of soil saturated water content of park green space in Taiyuan City

土壤田間持水量是指土壤在達到飽和水分的條件下，除去重力影響，土壤所能保持的穩定的含水量，也是影響植物生產者生產力的重要因子[13-15]，也是植物能有效利用的最高含水量。研究認為，正常人工植被土壤田間持水量應保持在20%～22%[16，17]。太原市公園綠地0～40 cm 土層田間持水量的均值為27.45%，且隨著土層深度的變化趨勢與土壤飽和含水量相似。52.2%以上的綠地土壤其田間持水量在20%～30%范圍內(圖3)。

工作室中的成員本質上屬于一個“學習共同體”，“學習共同體”是一種關于學習和學習者的社會性安排，它提供給學習者圍繞共同的知識建構目標而進行社會交互的機會，以活動為載體的社會交互中蘊含著多種層次的參與：邊緣的和核心的，每一個成員從不同水平和不同角度加入到圍繞知識的合作、爭論和評價中，并且從中獲得來自他人和人工制品的支持，在形成共同體的共識性知識的過程中確立自己的身份感[5]。在學習共同體中，學習者彼此尊重，平等地對話交流，形成密切的關聯，在共同活動和頻繁的交往中，學習者之間很容易產生情感，相互信任，形成輕松愉快的學習氛圍，進而能夠產生歸屬感，更有利于學習活動的開展。

3.2 土壤物理性質空間變異特征

3.2.1半方差函數分析

影響土壤物理性質的結構性因素有氣候、地形、土壤類型等，隨機性因素包括施肥、耕作措施、種植制度等人為活動[18]。本研究各土層物理性質半方差函數分析表明(表2)，不同土層容重、飽和含水量、田間持水量塊金值與基臺值比值C0/(C0+C)均接近50%，系統具有一般的空間相關性，同時受結構性因素和隨機性因素影響。

表2 太原市公園綠地物理性質地統計學分析

圖3 太原市公園綠地土壤田間持水量頻率分布Fig.3 Frequency distribution of field water holding capacity of park green space in Taiyuan City

變程可表現變量的空間自相關尺度。研究區物理性質容重、飽和含水量、田間持水量變程均為 51 100 m，可見,在本研究公園綠地土壤中，不同土層間物理性質變程未發生分異，空間變異屬于同一級結構。

3.2.2空間格局分析

結合各指標對應的最優擬合模型在Arcgis10.2進行空間插值，繪制容重、飽和含水量、田間持水量空間分布圖(圖4,圖5，圖6)。

圖4 土壤容重空間分布Fig.4 Spatial distribution of soil bulk density

圖5 土壤飽和含水量空間分布Fig.5 Spatial distribution of soil saturated water content

圖6 土壤田間持水量空間分布Fig.6 Spatial distribution of field water holding capacity

隨土層深度的增加，土壤容重的斑塊格局分布變得更加復雜，容重高值出現在龍潭公園、迎澤公園、和平公園、晉陽湖公園等，多為年代久遠，使用頻率與服務時間較長的公園綠地。

隨土層深度的增加，土壤飽和含水量和田間持水量在空間格局分布上表現相似的規律，隨土層深度的增加，空間格局異質性降低。表層土壤水分復雜的空間分布格局與人工灌溉的方式和頻率有很大關系。

4 結論

1)太原市公園綠地土壤容重的均值為1.28 g/cm3，隨土層深度的增加土壤容重增加，0～10 cm、10～20 cm土層土壤容重符合植物生長的基本需求，20～40 cm土層土壤容重值為1.36 g/cm3，在管理中需對深層土壤進行提升。公園綠地0～40 cm土層土壤飽和含水量和田間持水量的均值分別為36.41%和27.45%，隨土層深度的增加其含水量減少。

2)太原公園綠地容重、飽和含水量、田間持水量為中等程度空間相關性，受到結構性因素的影響，同時也受到隨機性因素的干擾。空間分布格局研究表明，土壤容重隨土層深度的增加其斑塊復雜化，飽和含水量和田間持水量的斑塊分布格局在表層更為復雜。