上海城市绿地土壤碳储量格局与理化性质研究

摘要

城市绿地系统是城市复合生态系统的重要组成部分,绿地土壤是整个绿地系统的基础,它不仅为绿地植物提供生长介质,而且作为碳库在参与区域碳循环和城市可持续发展中发挥重要作用。研究城市绿地土壤碳储量格局、理化性质及碳库动态变化对于加强城市碳管理、增强城市绿地土壤碳“汇”功能具有重大而现实的意义。
　　本研究利用遥感和GIS技术解译上海城市（外环以内）卫星影像图片获取绿地空间数据,基于对绿地功能区划分和植被群落分类的基础上,采用景观格局的扇形网格方法确定样地,结合现场调查、确认和取样及实验室样品测定,将城市宏观大尺度和土壤样地小尺度数据加以整合,对绿地土壤碳密度、碳储量和趋势格局及基于植被群落的土壤基本理化性质进行了分析与研究,得到上海城市（外环以内）绿地系统土壤碳储量、碳密度和空间分布格局及城市绿地土壤的基本理化特征,基本结论如下:
　　1.城市绿地土壤的统计面积为13910.83hm2,六大类绿地中单位附属绿地所占面积最大,为5627.84 hm2,约占总绿地的2/5,其它绿地依次为居住区绿地（3422.35 hm2）＞公园绿地（1846.22 hm2）＞道路绿地（1616.82 hm2）＞生产绿地（1061.94）＞沿岸绿地（335.66 hm2）。研究区绿地土壤0-30cm土层的碳密度和碳储量分别为25.807kg·m（-2）和3589968.57t,30-60cm土层土壤碳密度和碳储量分别为28.129kg·m-2和3106810.18t,碳密度和碳储量随着土层加深都有递减趋势。
　　2.研究区域内城市绿地土壤碳密度分布趋势格局:宝山区东部、南汇区北部、浦东新区和杨浦区大部、黄浦区、卢湾区碳密度较高,在28.42～61.99kg.m-2间,闸北区、虹口区、长宁区、普陀区碳密度偏低,在8.33～18.75kg.m-2间,其它区域碳密度在二者之间。土壤有机碳含量趋势格局:宝山区北部、浦东新区东南部、南汇区含量较高,在22.11～35.87g·kg-1间,杨浦区、宝山区西部、浦东新区其它区域、黄埔区、卢湾区含量略低,在14.28～22.11g·kg-1间,其它区域偏低,在5.05～14.28g·kg-1间变化。总体上看,中心商业区土壤碳密度和有机碳含量普遍偏低。
　　3.城市绿地土壤碳密度随土壤深度增加呈现明显的递减趋势,土壤平均碳密度在0-60cm土层等间隔的含量分别为31.980kg·m-2、23.084kg·m-2、18.710kg·m-2、16.035kg·m-2、14.423kg·m-2和12.449kg·m-2,同一土层深度的不同植被群落间土壤碳密度亦有明显差异。
　　4.研究区城市绿地表土平均容重为1.57g·cm-3,总孔隙度平均为42.2％,土壤多呈弱碱性和碱性,30cm以上土壤有机质、全氮、全磷的平均含量分别为26.96g·kg-1、3.78g·kg-1和1.13g·kg-1。
　　以上研究结果表明,土壤质量欠佳尤其是土壤肥力状况偏低是限制上海中心城区绿地植被健康状况的主要限制因素之一。因此,改善土壤肥力、提高土壤质量,增加绿地面积,有利于提高土壤碳密度尤其是中心商业区碳密度水平,增加城市绿地土壤碳库储量,增强绿地吸纳CO2等温室气体功能进而达到增“汇”效果,从而提升上海人居环境和城市可持续发展水平。

目录

论文摘要

ABSTRACT

1. 研究背景与研究意义

1.1 背景介绍

1.2 基本概念阐释

1.2.1 城市绿地系统和城市绿地

1.2.2 城市绿地土壤及其基本特征

1.3 国内外研究进展

1.3.1 大尺度碳循环和碳通量研究进展

1.3.2 城市生态系统土壤碳库和碳管理研究进展

1.3.3 土壤碳收支研究进展

1.4 土壤有机碳储量评价综述

1.5 影响绿地土壤有机碳库估算精确度的主要因素

1.6 研究意义

2 研究目标与研究内容

3 研究方法与技术路线

3.1 研究区概况

3.1.1 上海自然地理概况

3.1.2 人口、行政区划和社会经济发展

3.1.3 上海城市绿地植被和土壤状况

3.2 研究方法

3.2.1 城市绿地空间数据库的建立

3.2.2 研究区样点的确定

3.2.3 植被群落调查

3.2.4 土壤样品采集

3.2.5 土壤参数测定方法

3.3 数据处理

3.4 技术路线

4 研究结果与分析

4.1 基于植被类型的上海城市绿地土壤理化特征研究

4.1.1 上海城市绿地土壤基本物理性质分析

4.1.2 上海城市绿地土壤基本化学性质分析

4.2 上海市公园绿地土壤有机碳和养分特征研究

4.2.1 公园基本情况概述和样品采集

4.2.2 公园绿地土壤有机碳含量的分布特征

4.2.3 公园绿地土壤酸碱性及与有机碳的关系

4.2.4 公园绿地土壤有机碳分布与土壤全氮和C/N的相关性分析

4.3 上海城市绿地土壤碳储量

4.3.1 上海城市绿地功能区类型的划分

4.3.2 遥感、航空图片解译上海城区地图获取空间绿地数据

4.3.3 研究区样点的现场调查、确认和土样指标测定

4.3.4 土壤实验指标的测定

4.3.5 各功能区土壤有机碳、碳密度和碳储量的估测

4.3.6 操作流程和趋势预测

4.3.7 基于植被群落类型的绿地土壤垂直剖面分布格局

4.3.8 影响土壤碳储量的因素分析

5 结论、讨论与展望

5.1 结论

5.1.1 上海城市绿地土壤有机碳库特征

5.1.2 基于不同植被群落类型的土壤有机碳的垂直分布格局

5.1.3 上海城市绿地土壤有机碳含量和碳密度趋势分布格局

5.1.4 城市绿地土壤(0-30cm)基本理化特征

5.1.5 三类公园绿地土壤基本特征

5.2 讨论

5.2.1 上海城市绿地理化性质方面

5.2.2 基于建造年代分类的上海公园绿地土壤特征

5.2.3 上海城市绿地土壤碳储量格局

5.3 本论文的创新点

5.4 展望

参考文献

附录一 上海城市绿地(外环线以内)土壤样点概况

附录二 上海城市绿地功能区解译图

附录三 硕士期间的相关学术论文和参与的科研项目

致谢