南京市城市土壤水分入渗特征_杨金玲

水最多 , 且比较集中 , 暴雨频率较高 , 日降水量可达 200 mm;秋季雨水较少 ;冬季最少 .自 20世纪以来 , 南京市成为我国发展最快的城市之一 , 随着高楼和 道路的不断建设 , 产生了更多的封闭地表 , 机械压实 和人为践踏使得城市土壤压实日益严重 , 并导致城 市内涝频繁发生 , 在夏季暴雨期间经常出现道路成 河流的景象 . 1.2 样点选择
学校 Campus
北京东路 EastBeijingRoad 南京大学 NanjingUniversity
郊区菜地 Vegetablegarden
至上坊 Zhishangfang 顾家营 Gujiaying
植被 Vegetation
草坪 Lawn 树下草坪 Lawnundertree 草坪 Lawn 草坪 Lawn 无植被 Novegetation 无植被 Novegetation 草坪 Lawn 树下灌木 Shrubundertree 草坪 Lawn 树下草坪 Lawnundertree 蔬菜 Vegetable 蔬菜 Vegetable
功能区 Functionzone
地点 Site
居民区 Residentialarea
公教一村 Gongjiaoyicun
公园 Park
明故宫广场 MingImperialPalacePark 午朝门公园 WuchaoGatePark
道路绿化带 Roadgreenbelt
江东北路 NorthJiangdongRoad
Keywords:urbansoil;infiltration;compaction;runoffcoefficient;urbanecology.
随着城市化进程的加快 , 城市土壤的总面积逐 渐扩大 , 但其绿地面积 的比例却有缩 小的趋势 [ 1] . 零星地分布在城市公园 、学校 、居民区和道路边的绿 地和土壤对净化城市环境 、改善城市生态和美化城 市起着不可替代的重要作用 [ 1 -2] .因此 , 对城市土壤 性质的研究绝对不可忽视 .有关研究表明 , 城市土壤 普遍存在压实现象[ 3 -6] , 其形成原因主要包括 :城市 建设时的机械压实和人为践踏 ;道路铺设中为了稳 固路基而进行的压实 ;在城市草坪的铺设中 , 往往进 行土壤整平 、压实 , 再铺设草坪 ;娱乐场所的草坪很
利用年限 Yearsoflanduse
3～ 4 >20 4～ 5 20 ～ 30 20 ～ 30 3～ 4 3～ 4 >20 2～ 3 20 ～ 30 3～ 4 20 ～ 30
编号 No.
Ⅰ Π Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ Ⅺ ≫
1.3 研究方法 城市土壤的压实主要发生在表层[ 19] , 每个样点
本研究选择南京市 5类典型功能区 :城区 4类 (居民区 、公园 、学校和道路绿化带 )、城郊 1类 (菜 地 ).每类功能区均包括自土壤被 搬运到该位置开 始利用时间小于 5年 (新土 )和大于 20年 (老土 )的 两种土壤 , 每种土壤选 3个样点 (表 1).
表 1 研究点的基本情况 Tab.1 Basicstatusofthestudiedsites
稳定的数值 , 不再继续下降 , 此时的入渗速率为稳定 入渗率 .本研究将入渗实验结束时连续 3次单位时 间内不变的入渗速率作为稳定入渗率 .
所有数据利用 Excel和 SPSS软件进行 统计处 理 , 并进行方差和显著性分析 .
2 结果与讨论
2.1 南京市城市土壤的压实程度 根据研究区不同土地利用类型下土壤容重和总
DO I :10.13287/j .1001 -9332.2008.0096 应 用 生 态 学 报 2008年 2月 第 19卷 第 2期 ChineseJournalofAppliedEcology, Feb.2008, 19(2):363-368
孔隙度特征 , 将南京市城市土壤划分为不同的压实 级别 .从表 2可以看出 , 不论在哪个功能区内 , 新土 的压实程度都明显大于老土 ;从土地利用类型看 , 除 了树下灌木 (Ⅷ )和蔬菜地 (Ⅺ、≫)无压实外 , 其它 利用类型的土壤普遍存在不同程度的压实 .公园新 土 (Ⅲ )压实最严重 , 为严重压实 ;其次是无植被的 道路绿化带新土 (Ⅵ ), 为重度压实 ;公园无植被老 土 (Ⅴ )和居 民区 、学校 、道 路绿化 带的 草坪新 土
关键词 城市土壤 入渗 压实 径流系数 城市生态 文章编号 1001-9332(2008)02-0363-06 中图分类号 S152 文献标识码 A
CharacteristicsofwaterinfiltrationinurbansoilsofNanjingCity.YANGJin-ling, ZHANG Gan-lin, YUANDa-gang(StateKeyLaboratoryofSoilandSustainableAgriculture, InstituteofSoil Science, ChineseAcademyofSciences, Nanjing210008, China).-Chin.J.Appl.Ecol., 2008, 19 (2):363 -368. Abstract:Byusingdual-ringmethod, thispapermeasuredthewaterinfiltrationrateinurbansoils underrepresentativelandusepatternsinNanjingCity, andstudiedthecharacteristicsofwaterinfiltrationinthesoilswithdifferentcompactiondegree.Theresultsshowedthattherewasagreat differenceintheinfiltrationrateamongthesoilswithdifferentcompactness.Soilinfiltrationratedecreasedwithincreasingbulkdensityanddecreasingporosity, andthewater-transport-limitinglayer existedinheavilycompactedsoilsresultedinadramaticdecreaseoffinalstabilizedinfiltrationrate. Therewasasignificantlinearrelationshipbetweentheinitialandfinalinfiltrationratesinthesame soilthoughtheirabsolutevalueshadagreatdifference.TheurbansoilsinNanjingCityhadawide rangeoffinalinfiltrationratevariedfrom1 mm· h-1 to679 mm· h-1, whichwashighlyrelatedto thesoilcompactness, structuralstatus, andskeletongraincontents.Thedecreaseofurbansoilinfiltrationratecouldinducetheincreaseofrunoffandoftheprobabilityandintensityofflooding.
＊国家自然科学基 金重点 项目 (40235054)和中 国科学 院知识 创新 工程方向性资助项目 (KZCX3-SW-427). ＊＊通讯作者 .E-mail:glzhang@ 2007-01-29 收稿 , 2007-11-29 接受 .
多是供游人在上面活动的 , 人为践踏尤其是对雨后 潮湿土壤的践踏 , 非常容易引起土壤的压实 .土壤压 实不仅使土壤本身性质发生重大变化 , 如使土壤结 构体破 坏和 结构 体的 稳定性 变弱 [ 7 -8] 、孔 隙度 减 少[ 9 -10] 、容重增大 [ 11] 、土壤的水分含量减少 [ 12] 等 , 而且会使土壤的生态效应发生较大变化 , 导致城市 洪峰增大和次数增多[ 13] , 严重影响城市的生态环境 和人们的生活质量 .
受到其理化性质的影响 , 尤其是受其物理性质的严 重影响 [ 16] .目前 , 对城市土壤物理性质及其入渗性 能的研究较少 [ 3, 17 -19] .为此 , 本 文研究了 南京市不 同压实程度的土壤水分入渗特性 , 旨在为系统评价 南京市城市土壤的现状和可能影响提供必要的指标 和参考 , 并为城市土壤管理提供理论依据 .
1 研究地区与研究方法
1.1 自然概况 南京市位于江苏省西南部 (31°13′— 32°37′N,
118°19′— 119°14′E), 属北亚热带湿润季风气候 .年 均气温 15 ℃ ～ 16 ℃, 年 均降 水量 979.5 ～ 1 113 mm.降水量的季节分配不均 , 春季雨水较多 ;夏季雨
南京市城市土壤水分入渗特征 ＊
杨金玲 张甘霖＊＊ 袁大刚
(中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室 , 南京 210008)
摘 要 采用双环法测定了南京市代表性的土地利用类型下土壤的水分入渗率 , 研究了不同 压实程度下土壤的入渗特征 .结果表明 :南京市不同压实程度土壤的入渗能力差异较大 ;土壤 压实越严重 , 其容重越大 、孔隙度越小 , 土壤入渗率越小 ;严重压实的土壤中存在水分入渗的 限制层 , 致使稳定入渗率明显降低 ;土壤初始入渗率与稳定入渗率的差异较大 , 两者之间存在 显著的线性相关关系 .研究区土壤稳定入渗率的分布范围非常广 (1 ～ 679 mm· h-1 ), 这与城 市土壤的压实 、结构状况以及粗骨性砾石的存在密切相关 .城市土壤入渗率的减小导致地表 径流系数以及发生洪涝的几率和强度增大 .
i=104 ×Q/(At) 式中 :Q为入渗水量 (L);A为内环刀面积 (cm2 );t 为时间 (h).
入渗过程中 , 土壤入渗开始较短时间内的入渗 速度称为初始入渗率 .本研究将入渗实验开始时测 定的第 1个数据作为初始入渗率 .在供水情况下 , 入 渗率随着时间的推延而逐渐变慢 , 最后趋于一个较
土壤的入渗性能严重影响产流量和对土壤水分
的补给 , 是 评价土 壤水分 调节 能力 的重 要指标 之 一[ 14 -15] .土壤水分入渗性能 、土壤水分入渗过程和
渗透能力决定了降雨进程和再分配中的地表径流水
平 、土壤储水性以及地下水的补给 .土壤的渗透能力
364 应 用 生 态 学 报 19卷
总孔隙度 Totalporosity
(%)
土壤压实级别 Classesof
soilcompaction
Ⅷ ,0 ～ 55
正常 Normal
Ⅱ , Ⅳ, Ⅹ
1.35 ～ 1.45
46 ～ 50
轻度 Light
2期 杨金玲等 :南京市城市土壤水分入渗特征
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表 2 研究区土壤压实程度分级
Tab.2 Soilcompactionclassesofthestudiedsites
土地利用 类型 Land usetype
容重 Bulkdensity (g· cm-3 )
采集表层 0 ～ 10 cm土壤样品约 2 kg带回实验室 , 用木棒压碎 , 过 10目筛 , 测定土壤比重和颗粒组成 . 同时用环刀取样 , 用于测定土壤含水量 、容重 、孔隙 度 .测定均采用土壤物理学的常规方法[ 20 -21] , 3次 重复 .
入渗率 (i)是单位时间内通过单位土壤表层渗 吸到剖面的水量 (mm· h-1 ), 采用双环法野外实地 测定[ 21] .