应用生态学报 2005年11月 第16卷 第11期 CHIN ESE JO UR NAL OF A PPL IED ECOLO GY, Nov. 2005, 16(11) B 2060~2065
城市化对苏州地区土壤多样性的影响
孙燕瓷 张学雷
**
*
陈 杰
(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> 利用1984、1995、2000和2003年4期T M 遥感资料, 对苏州地区快速城市化背景下土壤多样性时空动态变化特征进行了定量分析和研究. 结果表明, 苏州地区粘壤质普通简育水耕人为土和粉砂粘壤质普通简育水耕人为土分布面积最广, 近20年来面积比重分别减少了5111%和3114%, 是苏州地区城市扩张用地的主要土壤类型; 金阊区、平江区、沧浪区是苏州地区城市扩张的中心, 3个时期中土壤多样性变化都很激烈, 其中平江区的粘壤质普通简育滞水潜育土、太仓市的砂质石灰性斑纹湿润正常新成土90%以上的土壤表面已经变为城镇用地, 濒临消失. 城市化对土壤多样性的影响极显著, 是苏州地区土壤多样性变化的一个首要驱动因子.
关键词 苏州 城市化 土壤多样性 时空特征
文章编号 1001-9332(2005) 11-2060-06 中图分类号 Q149 文献标识码 A
Impact of urbanization on pedodiversity in Suzhou area. SU N Y anci, ZHAN G Xuelei, CHEN Jie (S tate K ey L aboratory of Soil and Sustainable Agr icultur e, I nstitute of Soil Science, Chinese A cademy of Sciences, N an -j ing 210008, China).-Chin. J. A p p l. Ecol . , 2005, 16(11) :2060~2065.
Based on the T M r emote sensing information of 1984, 1995, 2000and 2003, this paper quantitatively analy zed the spatia-l tempor al dynamic changes of pedodiversit y in Suzhou ar ea under quickly g rowing urbanization. T he re -sults show ed that in t his area, clay loamy typic -hapl-i stagnic anthrosol and fine sand clay loamy typic -hapl-i stag nic
anthrosol were the predominant soil types, but their distr ibut ion area decreased 5111%and 3114%, respectively , in latest 20years. Jinchang, P ing jiang and Cang lang Distr icts were the focuses of urbanization in Suzhou area, where pedodiver sity changed furiously. During 1984~2003, more than 90%of the clay loamy ty pic -hapl -i stagni gleyosol in P ing jiang District and sandy calcar ic -mottlic -ud-i or thic primoso l in T aicang Cit y w er e almost disap -peared, and chang ed into residential area. Stat istical analysi s sho wed that ur banization had a significant impact o n pedodiversit y, and was the prime dr iving force on the pedodiversity in Suzhou area. Key words Suzhou area, U rbanization, P edo diversity, Spatia-l tempor al characteristics.
1 引 言
多样性概念与分析方法起源于信息论领域, 若干年来已被广泛应用于生物物种数量的计量和分析等生态学研究中. 但就整个生态系统而言, 多样性分析过分集中于生物对象, 用多样性方法分析和研究生态系统中景观、地貌以及土壤等不可再生性非生物资源的空间变异或空间可变性仍然是一个薄弱环节. 1990年, 以西班牙人Ib nez 为首的一个工作小组提出了一种可能的途径, 即将生态学领域中的多样性概念和方法引用到土壤空间变异和分布格局分析中来, 发展了与生态学研究中生物多样性相平行的土壤多样性概念
[1, 6, 9]
自20世纪90年代土壤多样性基本理论、方法创立以来, 不断引起多方的注意和研究兴趣, 先后有西班牙、中国、美国等国家进行此领域的研究. Ib n Ìez 等
[4~8]
在西班牙中部和爱琴海地区的研究
实践, 证实了被广泛应用于生物多样性分析的多样性计量方法用于土壤空间变异和分布格局分析是完全可行的. 我国在2001~2004年利用SOTER(土壤#地体数字化数据库) 展开的一系列研究也证明了这一点
[10, 19]
. 然而, 以往的研究侧重于学科间的结合
和理论的尝试, 对一个地区土壤多样性时空动态变化特征及其影响因子和由此产生的生态环境效应缺乏深入研究. 到2003年, 美国首次进行了土地利用对土壤多样性影响的初步定量化研究, 其结果展现出良好的前景[2, 3], 表现在几个方面:1) 土壤数据库的开发应用, 改善土壤数据和位置的真实性; 2) 运用
*中国科学院知识创新工程重要方向资助项目(KZCX3-SW -427) . **通讯联系人.
31, 03-23接受.
. 事实上, 土壤多样性概念
从土壤调查与分类的开始阶段便在对土壤变异的研究中得到应用, 目前所缺乏的是规范的土壤多样性概念和合适的计量框架. Ib Ìez 等[5~7]提出并发展的土壤多样性分析理论, 被认为是对计量土壤学的
11期 孙燕瓷等:城市化对苏州地区土壤多样性的影响 2061
生态学界线而非行政区划界线来鉴别土壤的分布, 美国STATSGO/SSURGO 数据库为依照生态学界线鉴别土壤的分布提供了可能; 3) 定期监控由土地利用变化引起的土壤多样性的变化, 对土壤变化速率进行定量化研究; 4) 将研究扩展到全球尺度, 特别是热带、亚热带地区精深农业的扩张. 遗憾的是, 目前全球尺度基于地理信息系统的土壤数据库尚未完善地建立起来; 5) 建立起未扰动土壤的社会价值; 6) 在土壤多样性热点问题上做出更多环境保护和管理方面的努力
[21]
面积及土壤剖面理化性质等信息, 空间数据库和属性数据库之间通过唯一的ID 代码连接, 通过ID 代码可以方便地进行数据查询. 属性数据库中缺失的数据通过2种途径解决:1) 利用土壤转换方程(PT F) 获得;2) 补采土壤样品进行分析, 为此新近补采了20多个剖面、300多个样品.
为了分析苏州地区土壤多样性的时空分布特征, 叠加苏州地区市(区) 行政区划数据与苏州地区土壤数据, 得到苏州所辖市(区) 土壤数据; 用苏州地区市(区) 行政区划数据, 分别和1984、1995、2000和2003年4期的城市扩张数据相叠加, 获得苏州所辖市(区) 4个时期城市扩张动态变化数据, 从而得到1984、1995、2000和2003年苏州所辖市(区) 4个时期土壤动态变化数据. 213 研究方法
21311多样性测定方法的选择 本研究选用两组多样性测度方法[18]:第1组多样性指数选用Shanno n 指数(H P ) , 均匀度指数选用P ielou 指数(J sw ) , 丰富度指数选用Gleason 指数(R 2) ; 第2组多样性指数选用Simpson 指数(D 1) , 均匀度指数选用Heip 指数(J gi ) , 丰富度指数(S ) . 其中第2组多样性测度指数的稳定性均高于第1组, 达到稳定状态所需要的样方数量:H P >D 1、J sw >J gi 、R 2>S. 因此, 在样方数量较少时D 1、J gi 、S 更能真实地反映区域间土壤多样性特征, 有利于对苏州各市(区) 间土壤多样性特征进行比较; 第1组多样性测度指数灵敏度较好, 利于对苏州地区近20年来城市化对土壤多样性分布格局的影响及苏州地区土壤多样性的动态变化进行研究. 不同土壤多样性测定指数的数学表达式[19]如下:
H P =-D 1=J s w =J gi =
. 自此, 土地利用变化对土壤多样性
的影响逐渐受到人们的关注, 而在众多土地利用变化中, 城市化是当今中国土地利用变化中的一个快
速而颇受关注的过程. 它对自然土壤资源的影响是直接占有式的、难以恢复的. 苏州地区是我国经济发达、文化繁荣, 城市化快速发展的一个典型区域. 研究城市化对苏州地区土壤多样性的影响, 对了解长三角苏南地区土地利用与土地覆盖变化, 探索该地区土壤多样性特征对区域开发、环境基因保护和可持续发展具有重要意义. 2 研究地区与研究方法
211 研究地区概况
苏州地区位于江苏省南部, 长江三角洲中部, 全市总面积8488km 2, 其中平原占55%, 水面占42%, 丘陵占3%, 现辖沧浪、平江、金阊、虎丘、吴中、相城、苏州工业园区、苏州高新区等8个区和常熟、张家港、太仓、昆山、吴江5个县级市, 130个镇, 总人口578万人. 境内河流纵横, 湖泊众多, 京杭运河贯通南北, 望虞河、娄江、太浦河等连接东西, 太湖、阳澄湖、昆承湖、淀山湖镶嵌其间. 苏州地处温带, 四季分明, 气候温和, 雨量充沛, 物产丰富; 年平均气温为16e , 无霜期较长, 年降水量1100mm, 主要集中在春夏两季, 降水量约占全年降雨量的65%左右. 212 数据来源
本研究所使用的数据有苏州地区城市扩张数据、1B 20万土壤数据和市(区) 行政区划数据. 城市扩张数据通过对现有的4期T M 遥感图像(1984、1995、2000和2003年) 进行人工目视解译获得. 解译前首先进行T M 图像的辐射纠正和几何精纠正(所有数据的坐标系统采用高斯-克吕格投影, Be-i jing1954GK Zone 21N. prj) . 在解译过程中, 充分利用地形地貌图等辅助数据, 采用野外调查和室内解译相结合的方法, 对不确定的地区进行野外实地考察, 运用GP S 跟踪定位技术, 对土地利用现状进行矫正、记录.
土壤数据为苏州地区1B 20万土壤数据库. 该数据库由空间数据库和属性数据库两个子库组成, 属性数据库中包含了苏州地区31种土属类型的名称(文中已参比5中国土壤系统分类检索6) 、E P i ln P i
1-E P 2i
(-E P i ln P i ) /ln S (-E P 2i ) /(1-1/S )
(1) (2) (3) (4) (5)
R 2=S /ln N
式中, H P 为Shannon 指数, D 1为Simpson 指数, J sw 为Pielou 指数, J gi 为Heip 指数, R 2为Gleason 指数, S 为苏州地区各市(区) 土属类型数目, N 为苏州地区各市(区) 土壤面积, P i =N i /N (i =1, 2, 3, ... , S ) , N i 为苏州地区各市(区) 内被第i 个土属所覆盖的面积.
21312土壤多样性动态度模型 为了研究土壤多样性时空变化格局, 我们引用土壤多样性动态度模型来表达土壤多样性变化快慢程度(以Shannon 指数为例) , 数学式为:
SI =[
n
E (d H i-j /d H i ) ]
ij
@100%(6)
式中, SI 为t 时段内研究区域土壤多样性变化速率, d H i 为起始时间i 研究区土壤多样性指数, d H i-j 为t 时段内i 研究区土壤多样性指数变化量.
21313城市化过程中不同土壤类型动态度 不同土壤类型在城市化过程中面积变化率的区域差异, 可以用土壤类型动, [20]为:
应 用 生 态 学 报 16卷2062
R =
E (d A T i-j /A T i
)
ij
n
@100%(7)
和3114%, 是苏州地区城市扩张用地的主要土壤类型. 分布面积仅次于粘壤质普通简育水耕人为土和粉砂粘壤质普通简育水耕人为土的是砂壤质石灰潮湿雏形土和壤质普通铁渗水耕人为土. 这两种土壤
大部分分布在沿江地区. 砂壤质石灰潮湿雏形土主要分布在张家港市及常熟市的东北部; 壤质普通铁渗水耕人为土主要分布在太仓市东部和北部地区. 1984年2种土壤类型的面积比重分别为9180%、7115%, 2003年下降为3185%、3168%, 减少0181%、0142%.壤质石灰淡色水耕人为土和粘壤质饱和粘盘湿润淋溶土分布面积最小, 仅在太仓市西部地区出现, 属于地方特有土壤类型, 1984年面积比重分别为8j 和7j , 20年里面积没有变化, 说明还未受到城市化的干扰, 这对地方特有物种保护和自然生态环境保护具有重要意义.
312 不同时期苏州地区土壤多样性时空变化特征31211土壤多样性空间分布特征 利用前面提到的多样性计算公式, 对12个市(区) 的6种土壤多样性测定指数进行了计算(表1) . 由表1可以看出, 土壤多样性指数(Simpson 指数) 空间分布1984年由大到小依次为:吴中区>常熟市>吴江市>张家港市>相城区>昆山市>太仓市>苏州高新区、虎丘区>苏州工业园区>沧浪区>平江区>金阊区. 1995年沧浪区土壤多样性指数降低37181%, 排序后退1位. 与之相反, 金阊区土壤多样性指数增大35101%.2000年沧浪区土壤多样性指数由0111下降到0101, 变化率达90%以上, 土壤多样性变为全苏州地区最低. 这是由于沧浪区土壤类型单一, 1995~2000粘壤质普通简育滞水潜育土表面约95%变为城镇用地所致. 2003年平江区土壤多样性大幅上升, 这是由于土壤均匀度增大的缘故, 而沧浪区土壤
式中, R 为与t 时段对应的研究区不同土壤类型变化速率, A T i 为起始时间i 类土壤的总面积(km 2) , d A T i -j 为t 时段内i 类土壤转化为城镇用地的面积总和(km 2) .
21314土地分类指数 为了研究苏州地区土地利用变化对土壤多样性的影响, 需要定义各类土地利用指数, 如垦殖指数、城市化指数、林地指数等, 从而定量表达苏州地区某一土壤类型的利用情况和变化趋势. 由于数据库正在建立中, 文中仅计算了城市化指数. 城市化指数的定义为:
I =
E (a i /A T ) @
100% (
E a i
[A T ) (8)
式中, I 为研究区域的城市化指数, a i 为研究区域内i 类土壤所占的面积, A T 为研究区土壤总面积.
根据城市化指数定义, 可定义城市化指数变化模型为:
@100(9)
A T
式中, I a 、I b 分别为b 时间和a 时间研究区域的城市化指数, $I b-a 为在t (t =b -a) 时间段城市化指数变化量, d I b-a 为在t 时间段城市化指数变化率.
v I b-a =I b -I a =
[20]
a ib -a ia
3 结果与分析
311 苏州地区自然土壤的总体分布特征
苏州地区自然土壤有31种土属类型, 其中粘壤质普通简育水耕人为土和粉砂粘壤质普通简育水耕人为土分布面积最广, 前者集中分布在常熟市、昆山市、吴江市东部地区和太湖周边地区(苏州高新区-虎丘区、平江区、沧浪区、金阊区、吴中区西部及相城区西部一带) , 后者主要分布于张家港市、太仓市西南部、苏州工业园区、相城区东部、吴中区东部地区, 吴江市、昆山市有零星分布. 1984年2种类型土壤面积比重分别是31166%和18161%; 受城市扩张的影响, 2003年为26155%和15147%, 减少了5111%
表1 1984~2003苏州各市区土壤多样性测度值
Table 1Pedodiversity measure values in different cou nties of Suzhou in 1984~2003
地名Place
HP
CL CS JC K S PJ GX &HQ GY TC WJ WZ XC ZJ
[***********][***********][1**********]6
D [***********][***********][1**********]64
S [***********]
指 数Indices
1984
R [***********][***********][1**********]68
J sw [***********][***********][1**********]2
J gi [***********][***********][1**********]9
HP [***********][***********][1**********]5
D [***********][***********][1**********]64
S [***********]1995
R [***********][***********][1**********]25
J s w [***********][***********][1**********]1
J gi [***********][***********][1**********]9
H P [***********][***********][1**********]5
D [***********][***********][1**********]64
S [***********]2000
R [***********][***********][1**********]25
J sw [***********][***********][1**********]1
J gi [***********][***********][1**********]9
H P [***********][***********][1**********]3
D [***********][***********][1**********]62
S [***********]2003
R [***********][***********][1**********]26
J sw [***********][***********][1**********]0
J gi [***********][***********][1**********]7
CL:沧浪区Canglang district; CS:常熟市Changshu city; JC:金阊区Jinchang district; KS:昆山市K u nshan city; PJ:平江区Pingjiang district; GX &HQ:苏州高新区、虎丘区Suzhou gaoxin and Huq iu d istrict; GY:苏州工业园区Su zh ou gongyeyuan d istrict; TC:太仓市Taicang city; WJ:吴江市Wujiang city; WZ:吴中区Wu zh ong d istrict; XC:相城区Xian gcheng district; ZJ:张家港市Zhangjiagang city. 下同
11期 孙燕瓷等:城市化对苏州地区土壤多样性的影响 2063
多样性指数和土壤均匀度指数都降低39137%, 其他地区没有明显变化. 土壤均匀度指数(Heip 指数) 空间分布1984年为常熟市>吴中区>吴江市>张家港市>昆山市>相城区>太仓市>苏州高新区、虎丘区>苏州工业园区>沧浪区>平江区>金阊区. 1995年沧浪区土壤均匀度指数降低37181%, 金阊区土壤均匀度指数增大35101%; 2000年沧浪区土壤均匀度指数降低9012%, 为全苏州地区土壤均匀度最低的地区; 2003年太仓市、平江区均匀度指数变化超过1倍, 这可能是由于主要土壤类型城市化过程中大面积减少, 不同类型土壤趋向更加均匀分布所致. 从土壤丰富度指数(S ) 来看, 1984年包含土壤类型最多的市(区) 是吴中区(21) , 随后依次是张家港市(14) 、太仓市(14) 、苏州高新区、虎丘区(13) 、吴江市(12) 、常熟市(11) 、相城区(9) 、昆山市(7) 、苏州工业园区(7) 、金阊区(2) 、平江区(2) 、沧浪区(2) . 2000年平江区的粘壤质普通简育滞水潜育土表面约98%被城市化占用, 濒临消失; 2003年太仓市的砂质石灰性斑纹湿润正常新成土在城市化过程中完全被占用, 已经消失, 土壤丰富度指数(S ) 由14降为13.
31212不同时期土壤多样性动态变化 由图1可以看出, 4个时期苏州地区土壤多样性动态变化具有以下特征:1) 土壤多样性指数和土壤均匀度指数年际变化具有相似的特点. 一般而言, 土壤多样性指数随土壤均匀度指数增大而增大(相关系数018以上). 土壤丰富度指数(Gleason 指数) 在1984~1995年有很大的突变, 变化率均达80%以上, 部分地区(如平江区和沧浪区) 甚至成倍增大, 这是因为20世纪90年代是苏州地区城镇建设快速发展的时期, 不同类型土壤大面积减少, 但是土壤类型数相对不变, 从而使土壤丰富度大幅度上升. 2) 1984~1995年苏州地区土壤多样性动态度小于1%的无变化地区有吴江市(降低0102%) 、吴中区(降低0102%) 、太仓市(降低0105%) 、昆山市(降低0155%) 、张家港市(降低0151%) 、常熟市(增大0161%) 、相城区(增大0160%) , 土壤多样性动态度在1%[SI 20%的急速变化地区有沧浪区(降低30164%) 和金阊区(增大27117%) , 到2000年, 常熟市、昆山市、吴江市、吴中
, 图1 1984~2003年苏州地区土壤多样性指数(a) 、均匀度指数(b ) 、
丰富度指数(c) 的动态变化
Fig. 1Dynamic change of pedodiversity(a) , evenness(b) and richness(c) as m easured respectively by Shannon (H P ) , Pielou (J sw ) and Gleason (R 2) indices in S uhou in 1984~2003.
中常熟市、吴中区、相城区土壤多样性指数分别增大0145%、0152%和0174%, 昆山市、吴江市、张家港市土壤多样性指数分别降低0177%、0133%和0139%.土壤多样性缓慢变化的地区有苏州高新区、虎丘区、太仓市, 其中太仓市土壤多样性指数降低1125%, 苏州高新区、虎丘区土壤多样性指数增加1178%.土壤多样性快速变化的地区有苏州工业园区, 降低15149%.土壤多样性急速变化的地区有沧浪区、平江区和金阊区, 其中沧浪区和平江区土壤多样性指数分别降低84189%和31125%, 金阊区土壤多样性指数和均匀度指数增大20131%.3) 到2003年, 苏州地区土壤多样性无变化的地区有常熟市、昆山市、苏州高新区、虎丘区、吴江市, 除常熟市土壤多样性指数(Shannon 指数) 增大0117%外, 其他地区分别降低0122%、0141%和0126%; 土壤多样性缓慢变化的地区有吴中区、相城区、苏州工业园区、张家港市, 其中吴中区和相城区土壤多样性指数分别上升1122%和1169%, 苏州工业园区、张家港市土壤多样性分别降低1134%和1164%; 土壤多样性较快变化的地区有金阊区, 土壤多样性指数增大8184%; 土壤多样性急速变化的地区有沧浪区、平江区、太仓市. 这3个地区因占优势的土壤类型在城市化过程中面积大幅减少, 致使土壤均匀度指数快速,
指数增大95101%, 为3个区中土壤多样性动态度最大的地区.
313 城市化对土壤多样性动态变化的驱动作用31311土壤动态度时空变化特征 由图2可以看出, 在1984~1995、1995~2000、2000~2003年3个时段中, 沧浪区、金昌区和平江区土壤动态度最大, 虽然2003年有所下降, 但都超过25%.到1995年, 平江区东南角、沧浪区东部地区土壤动态度甚至>60, 但其他大部分地区土壤动态度
态度以这3个地区为中心呈辐射状增大.
31312城市化指数时空变化特征 由图3可知, 1984~1995年苏州地区城市扩张集中在金阊区、沧浪区和平江区, 城市化指数变化量均在10以上, 其
中金阊区、平江区部分地区城市化指数变化量大于20. 1995~2000年受沿江、沿湖经济发展战略的影响, 苏州高新区-虎丘区、苏州工业园区城市化发展迅速, 城市化指数变化量苏州高新区>10, 苏州工业园区>5, 与金阊区、沧浪区和平江区共同形成城市扩张的中心地带. 但张家港市城市化进程减缓, 大部分地区城市化指数变化量为011~1. 2000~2003年, 苏州地区城市扩张的中心迅速向阳澄湖周边地区扩展, 苏州高新区-虎丘区、平江区、金阊区、沧浪区和苏州工业园区、相城区一带城市化指数变化量>5, 为苏州地区城市化高速发展区. 总体而言, 2000~2003年是整个苏州地区经济高速发展、城镇建设力度加大的时期, 未受或受城市化影响较小的土壤微乎其微, 大部分地区城市化指数变化量为1~5. 值得庆幸的是, 一些地方独有-稀有土壤类型(如壤
质石灰淡色水耕人为土和粘壤质饱和粘盘湿润淋溶
图2 1984~2003年苏州地区土壤动态度空间分布
Fig. 2S patial distribution of soil dynam i c change degree in Suzhou during 1984~
2003.
图3 1984~2003年城市化指数空间分布
Fig. 3S patial distribution of urban i zation i ndex in Suzhou during 1984~2003.
土) 目前还未受到城市化干扰.
由以上分析可知, 城市化指数变化量大的地区(如平江区、金昌区、沧浪区) , 无论是土壤多样性指数, 还是土壤动态度变化, 都比较激烈; 土壤多样性、土壤动态度与城市化指数时空变化趋势基本一致. 城市化指数变化与土壤动态度变化之间显著相关(3个时段的相关系数>0199) , 说明城市化是影响苏州地区土壤多样性空间分布格局的一个重要因子. 4 讨 论
粘壤质普通简育水耕人为土和粉砂粘壤质普通简育水耕人为土是苏州地区的主要土壤类型, 20年来面积比重分别减少了5111%和3114%, 是苏州地区城市扩张用地的主要土壤类型; 壤质石灰淡色水耕人为土和粘壤质饱和粘盘湿润淋溶土属于地方特有土壤类型, 它们仅在太仓市西部地区有小面积分布, 面积比重分别为8j 和7j , 20年来面积比重没有变化.
金阊区、平江区、沧浪区是苏州地区城市扩张的中心城市, 3个时期中土壤多样性动态变化都很激烈. 部分城市的一些土壤类型已濒临消失, 如平江区的粘壤质普通简育滞水潜育土、太仓市的砂质石灰性斑纹湿润正常新成土90%以上的土壤表面已经变为城镇用地. 统计分析表明, 城市化对土壤多样性的影响极显著, 城市化是苏州地区土壤多样性变化的一个首要驱动因子.
1984~2003年是整个苏州地区经济高速发展、城镇快速扩张的时期, 未受或受城市化影响较小的土壤微乎其微. 目前, 虽然一些地方独有-稀有土壤类型(如壤质石灰淡色水耕人为土和粘壤质饱和粘盘湿润淋溶土) 还未受到城市化干扰, 但苏州地区城镇建设仍处于继续加速发展阶段, 土壤多样性保护面临更加严峻的挑战.
土壤多样性变化受多种因素或条件的影响和控制. 本研究由于数据库正在建立中, 尚未建成完善的包括土壤理化性质、土壤景观、土地利用及分类等子库的有关长江三角洲地区的土壤数据库, 因而文中只对苏州地区土壤多样性动态变化特征进行了初步探索.
参考文献
1 Chen J(陈 杰) , Zhang X -L(张学雷) , Gong Z -T(龚子同) , et al .
2001. Pedodi versity:A controversial concept. Ad v Earth Sci (地球科学进展) , 16(2) :189~193(in Chinese)
2 Cooperative Research Group. 2001. Chinese Soil Taxonomy. Be-i
jing:S cience Press. 1~196
3 Guo YY, Peng G, Amundson R. 2003. Pedodiversity in th e United
States of America. Geod erma , 117(1~2) :99~1154 Ib Ìez JJ, Garc a - lvarez A. 1991. S uelosy cambio globa-l Un en -foque hist rico -termodin mico. Re v Ecol Biol Dol , 28:349~3755 Ib Ìez J J, Benito G, Garc - a lvarez A, et al . 1996. M editerranean
soils and l andscapes ) An overview. In:Rubio JL, Calvo A, eds. Soil Degradation and Desertification in M editerranean Environments. Logro Ìo:Geoderrma. 7~366 Ib Ìez JJ, De -Alba S, Berm dez FF, et al . 1995. Pedodiversity con -cepts an d tools. Catena , 24:214~2327 Ib Ìez JJ, De -Alba S, et al . 1998. Pedodiversi ty and global soil pat -terns at coarse scales (with discussion) . G eoder ma , 83:171~2148 Ib Ìez JJ , Jim nez -Ballesta R, Garc Ìa - lvarez A. 1998. Soil Land -scapes and Drainage Basins in M editerranean Areas. London :Croom
Helm. 9 Ib Ìez JJ. 1995. The backgroun d of pedodiversity and pedogeomor -phic diversity. Pe d ometrona , 4:2~410 Ib Ìez, JJ, J i m nez -Ballesta R, Garc a- lvarez A. 1990. S oil land -scapes and drai nage basi ns in M editerranean areas. Catena , 17:573
~58311 Liu C -R(刘灿然) , M a K -P(马克平) , Yu S -L (于顺利) , et al .
1997. Plant community diversity i n Dongling mountai n , Beijing, China Ô. Effects of sample s i ze on diversi ty measures. Ac ta Ecol S in (生态学报) , 6(17) :584~592(i n Chinese)
12 Tan M Z, Zhang XL, Chen J, et al . 2003. Pedodiversity:A case
study based on 1B 1million s cale SOT ER of Shandong Province, China. Pedosphere , 13(3) :219~22613 T i an G -J(田光进) , Li u J -Y(刘纪远) , Zhuang D -F (庄大方) .
2003. The tempora-l spatial characteristics of rural residential land i n
China in the 1990s. J Geogr S ci (地理学报) , 5(58) :651~658(i n Chinese) 14 Wang S -Y(王思远) , Zhang Z -X(张增祥) , Zhou Q -B(周全斌) , et
al . 2002. Study on spatia-l temporal features of land use/land cover
change based on technologies of RS and GIS. J Remote S ens (遥感学报) , 3(16) :223~228(in Chinese) 15 Zhang X -L(张学雷) , Chen J (陈 杰) , Zhang G -L (张甘霖) , et
al . 2003. Pedodiversity analysis in Hainan island. J Geogr S c i (地理学报) , 13(2) :181~18616 Zhang X -L(张学雷) , Chen J (陈 杰) , Zhang G -L (张甘霖) , et
al . 2004. Soil parent material based geomorphic diversity i n Hainan Island, China. A cta Pedol Sin (土壤学报) , 41(2) :170~175(i n Chinese) 17 Zhang X -L (张学雷) , Chen J (陈 杰) , Zhang G -L(张甘霖) .
2003. Landform base pedodiversity of some soil properties i n Hainan. J Geogr Sci (地理学报) , 58(6) :839~844(in Chinese) 18 Zhang X -L (张学雷) , Chen J (陈 杰) , Zhang G -L(张甘霖) .
2004. Landform -based pedodiversity of some soi l chemical proper -ties in Hainan i sland, Ch i na. Chin J A ppl S in (应用生态学报) , 15(8) :1368~1372(i n Chinese) 19 Zhang X -L(张学雷) , M antel S, Zhang G -L(张甘霖) , et al . 2001.
Exploring suitability for tropical crop cultivation in Hainan is land by SOTAL methodology. J Geogr Sci (地理学报) , 11(4) :420~42620 Zhang X -L(张学雷) , Tan M -Z(檀满枝) , Chen J(陈 杰) , et al .
2005. Impact of land use change on soi l resources i n the per-i urban
area of Suzhou city. J G e og r S ci (地理学报) , 15(1) :71~79(i n Chinese) 21 Zhang X -L (张学雷) , Chen J (陈 杰) , Gong Z -T (龚子同) .
2004. What to do i n Ch i na after a review of research practices on pedodiversity in Europe and America. Acta Ecol Sin (生态学报) , 24(5) :1063~1072(i n Chinese)
作者简介 孙燕瓷, 女, 1979年出生, 硕士研究生. 主要从事土壤资源学与地理信息系统方面研究, 发表论文2篇. E -mail:ycsun@issas. ac. cn
应用生态学报 2005年11月 第16卷 第11期 CHIN ESE JO UR NAL OF A PPL IED ECOLO GY, Nov. 2005, 16(11) B 2060~2065
城市化对苏州地区土壤多样性的影响
孙燕瓷 张学雷
**
*
陈 杰
(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> 利用1984、1995、2000和2003年4期T M 遥感资料, 对苏州地区快速城市化背景下土壤多样性时空动态变化特征进行了定量分析和研究. 结果表明, 苏州地区粘壤质普通简育水耕人为土和粉砂粘壤质普通简育水耕人为土分布面积最广, 近20年来面积比重分别减少了5111%和3114%, 是苏州地区城市扩张用地的主要土壤类型; 金阊区、平江区、沧浪区是苏州地区城市扩张的中心, 3个时期中土壤多样性变化都很激烈, 其中平江区的粘壤质普通简育滞水潜育土、太仓市的砂质石灰性斑纹湿润正常新成土90%以上的土壤表面已经变为城镇用地, 濒临消失. 城市化对土壤多样性的影响极显著, 是苏州地区土壤多样性变化的一个首要驱动因子.
关键词 苏州 城市化 土壤多样性 时空特征
文章编号 1001-9332(2005) 11-2060-06 中图分类号 Q149 文献标识码 A
Impact of urbanization on pedodiversity in Suzhou area. SU N Y anci, ZHAN G Xuelei, CHEN Jie (S tate K ey L aboratory of Soil and Sustainable Agr icultur e, I nstitute of Soil Science, Chinese A cademy of Sciences, N an -j ing 210008, China).-Chin. J. A p p l. Ecol . , 2005, 16(11) :2060~2065.
Based on the T M r emote sensing information of 1984, 1995, 2000and 2003, this paper quantitatively analy zed the spatia-l tempor al dynamic changes of pedodiversit y in Suzhou ar ea under quickly g rowing urbanization. T he re -sults show ed that in t his area, clay loamy typic -hapl-i stagnic anthrosol and fine sand clay loamy typic -hapl-i stag nic
anthrosol were the predominant soil types, but their distr ibut ion area decreased 5111%and 3114%, respectively , in latest 20years. Jinchang, P ing jiang and Cang lang Distr icts were the focuses of urbanization in Suzhou area, where pedodiver sity changed furiously. During 1984~2003, more than 90%of the clay loamy ty pic -hapl -i stagni gleyosol in P ing jiang District and sandy calcar ic -mottlic -ud-i or thic primoso l in T aicang Cit y w er e almost disap -peared, and chang ed into residential area. Stat istical analysi s sho wed that ur banization had a significant impact o n pedodiversit y, and was the prime dr iving force on the pedodiversity in Suzhou area. Key words Suzhou area, U rbanization, P edo diversity, Spatia-l tempor al characteristics.
1 引 言
多样性概念与分析方法起源于信息论领域, 若干年来已被广泛应用于生物物种数量的计量和分析等生态学研究中. 但就整个生态系统而言, 多样性分析过分集中于生物对象, 用多样性方法分析和研究生态系统中景观、地貌以及土壤等不可再生性非生物资源的空间变异或空间可变性仍然是一个薄弱环节. 1990年, 以西班牙人Ib nez 为首的一个工作小组提出了一种可能的途径, 即将生态学领域中的多样性概念和方法引用到土壤空间变异和分布格局分析中来, 发展了与生态学研究中生物多样性相平行的土壤多样性概念
[1, 6, 9]
自20世纪90年代土壤多样性基本理论、方法创立以来, 不断引起多方的注意和研究兴趣, 先后有西班牙、中国、美国等国家进行此领域的研究. Ib n Ìez 等
[4~8]
在西班牙中部和爱琴海地区的研究
实践, 证实了被广泛应用于生物多样性分析的多样性计量方法用于土壤空间变异和分布格局分析是完全可行的. 我国在2001~2004年利用SOTER(土壤#地体数字化数据库) 展开的一系列研究也证明了这一点
[10, 19]
. 然而, 以往的研究侧重于学科间的结合
和理论的尝试, 对一个地区土壤多样性时空动态变化特征及其影响因子和由此产生的生态环境效应缺乏深入研究. 到2003年, 美国首次进行了土地利用对土壤多样性影响的初步定量化研究, 其结果展现出良好的前景[2, 3], 表现在几个方面:1) 土壤数据库的开发应用, 改善土壤数据和位置的真实性; 2) 运用
*中国科学院知识创新工程重要方向资助项目(KZCX3-SW -427) . **通讯联系人.
31, 03-23接受.
. 事实上, 土壤多样性概念
从土壤调查与分类的开始阶段便在对土壤变异的研究中得到应用, 目前所缺乏的是规范的土壤多样性概念和合适的计量框架. Ib Ìez 等[5~7]提出并发展的土壤多样性分析理论, 被认为是对计量土壤学的
11期 孙燕瓷等:城市化对苏州地区土壤多样性的影响 2061
生态学界线而非行政区划界线来鉴别土壤的分布, 美国STATSGO/SSURGO 数据库为依照生态学界线鉴别土壤的分布提供了可能; 3) 定期监控由土地利用变化引起的土壤多样性的变化, 对土壤变化速率进行定量化研究; 4) 将研究扩展到全球尺度, 特别是热带、亚热带地区精深农业的扩张. 遗憾的是, 目前全球尺度基于地理信息系统的土壤数据库尚未完善地建立起来; 5) 建立起未扰动土壤的社会价值; 6) 在土壤多样性热点问题上做出更多环境保护和管理方面的努力
[21]
面积及土壤剖面理化性质等信息, 空间数据库和属性数据库之间通过唯一的ID 代码连接, 通过ID 代码可以方便地进行数据查询. 属性数据库中缺失的数据通过2种途径解决:1) 利用土壤转换方程(PT F) 获得;2) 补采土壤样品进行分析, 为此新近补采了20多个剖面、300多个样品.
为了分析苏州地区土壤多样性的时空分布特征, 叠加苏州地区市(区) 行政区划数据与苏州地区土壤数据, 得到苏州所辖市(区) 土壤数据; 用苏州地区市(区) 行政区划数据, 分别和1984、1995、2000和2003年4期的城市扩张数据相叠加, 获得苏州所辖市(区) 4个时期城市扩张动态变化数据, 从而得到1984、1995、2000和2003年苏州所辖市(区) 4个时期土壤动态变化数据. 213 研究方法
21311多样性测定方法的选择 本研究选用两组多样性测度方法[18]:第1组多样性指数选用Shanno n 指数(H P ) , 均匀度指数选用P ielou 指数(J sw ) , 丰富度指数选用Gleason 指数(R 2) ; 第2组多样性指数选用Simpson 指数(D 1) , 均匀度指数选用Heip 指数(J gi ) , 丰富度指数(S ) . 其中第2组多样性测度指数的稳定性均高于第1组, 达到稳定状态所需要的样方数量:H P >D 1、J sw >J gi 、R 2>S. 因此, 在样方数量较少时D 1、J gi 、S 更能真实地反映区域间土壤多样性特征, 有利于对苏州各市(区) 间土壤多样性特征进行比较; 第1组多样性测度指数灵敏度较好, 利于对苏州地区近20年来城市化对土壤多样性分布格局的影响及苏州地区土壤多样性的动态变化进行研究. 不同土壤多样性测定指数的数学表达式[19]如下:
H P =-D 1=J s w =J gi =
. 自此, 土地利用变化对土壤多样性
的影响逐渐受到人们的关注, 而在众多土地利用变化中, 城市化是当今中国土地利用变化中的一个快
速而颇受关注的过程. 它对自然土壤资源的影响是直接占有式的、难以恢复的. 苏州地区是我国经济发达、文化繁荣, 城市化快速发展的一个典型区域. 研究城市化对苏州地区土壤多样性的影响, 对了解长三角苏南地区土地利用与土地覆盖变化, 探索该地区土壤多样性特征对区域开发、环境基因保护和可持续发展具有重要意义. 2 研究地区与研究方法
211 研究地区概况
苏州地区位于江苏省南部, 长江三角洲中部, 全市总面积8488km 2, 其中平原占55%, 水面占42%, 丘陵占3%, 现辖沧浪、平江、金阊、虎丘、吴中、相城、苏州工业园区、苏州高新区等8个区和常熟、张家港、太仓、昆山、吴江5个县级市, 130个镇, 总人口578万人. 境内河流纵横, 湖泊众多, 京杭运河贯通南北, 望虞河、娄江、太浦河等连接东西, 太湖、阳澄湖、昆承湖、淀山湖镶嵌其间. 苏州地处温带, 四季分明, 气候温和, 雨量充沛, 物产丰富; 年平均气温为16e , 无霜期较长, 年降水量1100mm, 主要集中在春夏两季, 降水量约占全年降雨量的65%左右. 212 数据来源
本研究所使用的数据有苏州地区城市扩张数据、1B 20万土壤数据和市(区) 行政区划数据. 城市扩张数据通过对现有的4期T M 遥感图像(1984、1995、2000和2003年) 进行人工目视解译获得. 解译前首先进行T M 图像的辐射纠正和几何精纠正(所有数据的坐标系统采用高斯-克吕格投影, Be-i jing1954GK Zone 21N. prj) . 在解译过程中, 充分利用地形地貌图等辅助数据, 采用野外调查和室内解译相结合的方法, 对不确定的地区进行野外实地考察, 运用GP S 跟踪定位技术, 对土地利用现状进行矫正、记录.
土壤数据为苏州地区1B 20万土壤数据库. 该数据库由空间数据库和属性数据库两个子库组成, 属性数据库中包含了苏州地区31种土属类型的名称(文中已参比5中国土壤系统分类检索6) 、E P i ln P i
1-E P 2i
(-E P i ln P i ) /ln S (-E P 2i ) /(1-1/S )
(1) (2) (3) (4) (5)
R 2=S /ln N
式中, H P 为Shannon 指数, D 1为Simpson 指数, J sw 为Pielou 指数, J gi 为Heip 指数, R 2为Gleason 指数, S 为苏州地区各市(区) 土属类型数目, N 为苏州地区各市(区) 土壤面积, P i =N i /N (i =1, 2, 3, ... , S ) , N i 为苏州地区各市(区) 内被第i 个土属所覆盖的面积.
21312土壤多样性动态度模型 为了研究土壤多样性时空变化格局, 我们引用土壤多样性动态度模型来表达土壤多样性变化快慢程度(以Shannon 指数为例) , 数学式为:
SI =[
n
E (d H i-j /d H i ) ]
ij
@100%(6)
式中, SI 为t 时段内研究区域土壤多样性变化速率, d H i 为起始时间i 研究区土壤多样性指数, d H i-j 为t 时段内i 研究区土壤多样性指数变化量.
21313城市化过程中不同土壤类型动态度 不同土壤类型在城市化过程中面积变化率的区域差异, 可以用土壤类型动, [20]为:
应 用 生 态 学 报 16卷2062
R =
E (d A T i-j /A T i
)
ij
n
@100%(7)
和3114%, 是苏州地区城市扩张用地的主要土壤类型. 分布面积仅次于粘壤质普通简育水耕人为土和粉砂粘壤质普通简育水耕人为土的是砂壤质石灰潮湿雏形土和壤质普通铁渗水耕人为土. 这两种土壤
大部分分布在沿江地区. 砂壤质石灰潮湿雏形土主要分布在张家港市及常熟市的东北部; 壤质普通铁渗水耕人为土主要分布在太仓市东部和北部地区. 1984年2种土壤类型的面积比重分别为9180%、7115%, 2003年下降为3185%、3168%, 减少0181%、0142%.壤质石灰淡色水耕人为土和粘壤质饱和粘盘湿润淋溶土分布面积最小, 仅在太仓市西部地区出现, 属于地方特有土壤类型, 1984年面积比重分别为8j 和7j , 20年里面积没有变化, 说明还未受到城市化的干扰, 这对地方特有物种保护和自然生态环境保护具有重要意义.
312 不同时期苏州地区土壤多样性时空变化特征31211土壤多样性空间分布特征 利用前面提到的多样性计算公式, 对12个市(区) 的6种土壤多样性测定指数进行了计算(表1) . 由表1可以看出, 土壤多样性指数(Simpson 指数) 空间分布1984年由大到小依次为:吴中区>常熟市>吴江市>张家港市>相城区>昆山市>太仓市>苏州高新区、虎丘区>苏州工业园区>沧浪区>平江区>金阊区. 1995年沧浪区土壤多样性指数降低37181%, 排序后退1位. 与之相反, 金阊区土壤多样性指数增大35101%.2000年沧浪区土壤多样性指数由0111下降到0101, 变化率达90%以上, 土壤多样性变为全苏州地区最低. 这是由于沧浪区土壤类型单一, 1995~2000粘壤质普通简育滞水潜育土表面约95%变为城镇用地所致. 2003年平江区土壤多样性大幅上升, 这是由于土壤均匀度增大的缘故, 而沧浪区土壤
式中, R 为与t 时段对应的研究区不同土壤类型变化速率, A T i 为起始时间i 类土壤的总面积(km 2) , d A T i -j 为t 时段内i 类土壤转化为城镇用地的面积总和(km 2) .
21314土地分类指数 为了研究苏州地区土地利用变化对土壤多样性的影响, 需要定义各类土地利用指数, 如垦殖指数、城市化指数、林地指数等, 从而定量表达苏州地区某一土壤类型的利用情况和变化趋势. 由于数据库正在建立中, 文中仅计算了城市化指数. 城市化指数的定义为:
I =
E (a i /A T ) @
100% (
E a i
[A T ) (8)
式中, I 为研究区域的城市化指数, a i 为研究区域内i 类土壤所占的面积, A T 为研究区土壤总面积.
根据城市化指数定义, 可定义城市化指数变化模型为:
@100(9)
A T
式中, I a 、I b 分别为b 时间和a 时间研究区域的城市化指数, $I b-a 为在t (t =b -a) 时间段城市化指数变化量, d I b-a 为在t 时间段城市化指数变化率.
v I b-a =I b -I a =
[20]
a ib -a ia
3 结果与分析
311 苏州地区自然土壤的总体分布特征
苏州地区自然土壤有31种土属类型, 其中粘壤质普通简育水耕人为土和粉砂粘壤质普通简育水耕人为土分布面积最广, 前者集中分布在常熟市、昆山市、吴江市东部地区和太湖周边地区(苏州高新区-虎丘区、平江区、沧浪区、金阊区、吴中区西部及相城区西部一带) , 后者主要分布于张家港市、太仓市西南部、苏州工业园区、相城区东部、吴中区东部地区, 吴江市、昆山市有零星分布. 1984年2种类型土壤面积比重分别是31166%和18161%; 受城市扩张的影响, 2003年为26155%和15147%, 减少了5111%
表1 1984~2003苏州各市区土壤多样性测度值
Table 1Pedodiversity measure values in different cou nties of Suzhou in 1984~2003
地名Place
HP
CL CS JC K S PJ GX &HQ GY TC WJ WZ XC ZJ
[***********][***********][1**********]6
D [***********][***********][1**********]64
S [***********]
指 数Indices
1984
R [***********][***********][1**********]68
J sw [***********][***********][1**********]2
J gi [***********][***********][1**********]9
HP [***********][***********][1**********]5
D [***********][***********][1**********]64
S [***********]1995
R [***********][***********][1**********]25
J s w [***********][***********][1**********]1
J gi [***********][***********][1**********]9
H P [***********][***********][1**********]5
D [***********][***********][1**********]64
S [***********]2000
R [***********][***********][1**********]25
J sw [***********][***********][1**********]1
J gi [***********][***********][1**********]9
H P [***********][***********][1**********]3
D [***********][***********][1**********]62
S [***********]2003
R [***********][***********][1**********]26
J sw [***********][***********][1**********]0
J gi [***********][***********][1**********]7
CL:沧浪区Canglang district; CS:常熟市Changshu city; JC:金阊区Jinchang district; KS:昆山市K u nshan city; PJ:平江区Pingjiang district; GX &HQ:苏州高新区、虎丘区Suzhou gaoxin and Huq iu d istrict; GY:苏州工业园区Su zh ou gongyeyuan d istrict; TC:太仓市Taicang city; WJ:吴江市Wujiang city; WZ:吴中区Wu zh ong d istrict; XC:相城区Xian gcheng district; ZJ:张家港市Zhangjiagang city. 下同
11期 孙燕瓷等:城市化对苏州地区土壤多样性的影响 2063
多样性指数和土壤均匀度指数都降低39137%, 其他地区没有明显变化. 土壤均匀度指数(Heip 指数) 空间分布1984年为常熟市>吴中区>吴江市>张家港市>昆山市>相城区>太仓市>苏州高新区、虎丘区>苏州工业园区>沧浪区>平江区>金阊区. 1995年沧浪区土壤均匀度指数降低37181%, 金阊区土壤均匀度指数增大35101%; 2000年沧浪区土壤均匀度指数降低9012%, 为全苏州地区土壤均匀度最低的地区; 2003年太仓市、平江区均匀度指数变化超过1倍, 这可能是由于主要土壤类型城市化过程中大面积减少, 不同类型土壤趋向更加均匀分布所致. 从土壤丰富度指数(S ) 来看, 1984年包含土壤类型最多的市(区) 是吴中区(21) , 随后依次是张家港市(14) 、太仓市(14) 、苏州高新区、虎丘区(13) 、吴江市(12) 、常熟市(11) 、相城区(9) 、昆山市(7) 、苏州工业园区(7) 、金阊区(2) 、平江区(2) 、沧浪区(2) . 2000年平江区的粘壤质普通简育滞水潜育土表面约98%被城市化占用, 濒临消失; 2003年太仓市的砂质石灰性斑纹湿润正常新成土在城市化过程中完全被占用, 已经消失, 土壤丰富度指数(S ) 由14降为13.
31212不同时期土壤多样性动态变化 由图1可以看出, 4个时期苏州地区土壤多样性动态变化具有以下特征:1) 土壤多样性指数和土壤均匀度指数年际变化具有相似的特点. 一般而言, 土壤多样性指数随土壤均匀度指数增大而增大(相关系数018以上). 土壤丰富度指数(Gleason 指数) 在1984~1995年有很大的突变, 变化率均达80%以上, 部分地区(如平江区和沧浪区) 甚至成倍增大, 这是因为20世纪90年代是苏州地区城镇建设快速发展的时期, 不同类型土壤大面积减少, 但是土壤类型数相对不变, 从而使土壤丰富度大幅度上升. 2) 1984~1995年苏州地区土壤多样性动态度小于1%的无变化地区有吴江市(降低0102%) 、吴中区(降低0102%) 、太仓市(降低0105%) 、昆山市(降低0155%) 、张家港市(降低0151%) 、常熟市(增大0161%) 、相城区(增大0160%) , 土壤多样性动态度在1%[SI 20%的急速变化地区有沧浪区(降低30164%) 和金阊区(增大27117%) , 到2000年, 常熟市、昆山市、吴江市、吴中
, 图1 1984~2003年苏州地区土壤多样性指数(a) 、均匀度指数(b ) 、
丰富度指数(c) 的动态变化
Fig. 1Dynamic change of pedodiversity(a) , evenness(b) and richness(c) as m easured respectively by Shannon (H P ) , Pielou (J sw ) and Gleason (R 2) indices in S uhou in 1984~2003.
中常熟市、吴中区、相城区土壤多样性指数分别增大0145%、0152%和0174%, 昆山市、吴江市、张家港市土壤多样性指数分别降低0177%、0133%和0139%.土壤多样性缓慢变化的地区有苏州高新区、虎丘区、太仓市, 其中太仓市土壤多样性指数降低1125%, 苏州高新区、虎丘区土壤多样性指数增加1178%.土壤多样性快速变化的地区有苏州工业园区, 降低15149%.土壤多样性急速变化的地区有沧浪区、平江区和金阊区, 其中沧浪区和平江区土壤多样性指数分别降低84189%和31125%, 金阊区土壤多样性指数和均匀度指数增大20131%.3) 到2003年, 苏州地区土壤多样性无变化的地区有常熟市、昆山市、苏州高新区、虎丘区、吴江市, 除常熟市土壤多样性指数(Shannon 指数) 增大0117%外, 其他地区分别降低0122%、0141%和0126%; 土壤多样性缓慢变化的地区有吴中区、相城区、苏州工业园区、张家港市, 其中吴中区和相城区土壤多样性指数分别上升1122%和1169%, 苏州工业园区、张家港市土壤多样性分别降低1134%和1164%; 土壤多样性较快变化的地区有金阊区, 土壤多样性指数增大8184%; 土壤多样性急速变化的地区有沧浪区、平江区、太仓市. 这3个地区因占优势的土壤类型在城市化过程中面积大幅减少, 致使土壤均匀度指数快速,
指数增大95101%, 为3个区中土壤多样性动态度最大的地区.
313 城市化对土壤多样性动态变化的驱动作用31311土壤动态度时空变化特征 由图2可以看出, 在1984~1995、1995~2000、2000~2003年3个时段中, 沧浪区、金昌区和平江区土壤动态度最大, 虽然2003年有所下降, 但都超过25%.到1995年, 平江区东南角、沧浪区东部地区土壤动态度甚至>60, 但其他大部分地区土壤动态度
态度以这3个地区为中心呈辐射状增大.
31312城市化指数时空变化特征 由图3可知, 1984~1995年苏州地区城市扩张集中在金阊区、沧浪区和平江区, 城市化指数变化量均在10以上, 其
中金阊区、平江区部分地区城市化指数变化量大于20. 1995~2000年受沿江、沿湖经济发展战略的影响, 苏州高新区-虎丘区、苏州工业园区城市化发展迅速, 城市化指数变化量苏州高新区>10, 苏州工业园区>5, 与金阊区、沧浪区和平江区共同形成城市扩张的中心地带. 但张家港市城市化进程减缓, 大部分地区城市化指数变化量为011~1. 2000~2003年, 苏州地区城市扩张的中心迅速向阳澄湖周边地区扩展, 苏州高新区-虎丘区、平江区、金阊区、沧浪区和苏州工业园区、相城区一带城市化指数变化量>5, 为苏州地区城市化高速发展区. 总体而言, 2000~2003年是整个苏州地区经济高速发展、城镇建设力度加大的时期, 未受或受城市化影响较小的土壤微乎其微, 大部分地区城市化指数变化量为1~5. 值得庆幸的是, 一些地方独有-稀有土壤类型(如壤
质石灰淡色水耕人为土和粘壤质饱和粘盘湿润淋溶
图2 1984~2003年苏州地区土壤动态度空间分布
Fig. 2S patial distribution of soil dynam i c change degree in Suzhou during 1984~
2003.
图3 1984~2003年城市化指数空间分布
Fig. 3S patial distribution of urban i zation i ndex in Suzhou during 1984~2003.
土) 目前还未受到城市化干扰.
由以上分析可知, 城市化指数变化量大的地区(如平江区、金昌区、沧浪区) , 无论是土壤多样性指数, 还是土壤动态度变化, 都比较激烈; 土壤多样性、土壤动态度与城市化指数时空变化趋势基本一致. 城市化指数变化与土壤动态度变化之间显著相关(3个时段的相关系数>0199) , 说明城市化是影响苏州地区土壤多样性空间分布格局的一个重要因子. 4 讨 论
粘壤质普通简育水耕人为土和粉砂粘壤质普通简育水耕人为土是苏州地区的主要土壤类型, 20年来面积比重分别减少了5111%和3114%, 是苏州地区城市扩张用地的主要土壤类型; 壤质石灰淡色水耕人为土和粘壤质饱和粘盘湿润淋溶土属于地方特有土壤类型, 它们仅在太仓市西部地区有小面积分布, 面积比重分别为8j 和7j , 20年来面积比重没有变化.
金阊区、平江区、沧浪区是苏州地区城市扩张的中心城市, 3个时期中土壤多样性动态变化都很激烈. 部分城市的一些土壤类型已濒临消失, 如平江区的粘壤质普通简育滞水潜育土、太仓市的砂质石灰性斑纹湿润正常新成土90%以上的土壤表面已经变为城镇用地. 统计分析表明, 城市化对土壤多样性的影响极显著, 城市化是苏州地区土壤多样性变化的一个首要驱动因子.
1984~2003年是整个苏州地区经济高速发展、城镇快速扩张的时期, 未受或受城市化影响较小的土壤微乎其微. 目前, 虽然一些地方独有-稀有土壤类型(如壤质石灰淡色水耕人为土和粘壤质饱和粘盘湿润淋溶土) 还未受到城市化干扰, 但苏州地区城镇建设仍处于继续加速发展阶段, 土壤多样性保护面临更加严峻的挑战.
土壤多样性变化受多种因素或条件的影响和控制. 本研究由于数据库正在建立中, 尚未建成完善的包括土壤理化性质、土壤景观、土地利用及分类等子库的有关长江三角洲地区的土壤数据库, 因而文中只对苏州地区土壤多样性动态变化特征进行了初步探索.
参考文献
1 Chen J(陈 杰) , Zhang X -L(张学雷) , Gong Z -T(龚子同) , et al .
2001. Pedodi versity:A controversial concept. Ad v Earth Sci (地球科学进展) , 16(2) :189~193(in Chinese)
2 Cooperative Research Group. 2001. Chinese Soil Taxonomy. Be-i
jing:S cience Press. 1~196
3 Guo YY, Peng G, Amundson R. 2003. Pedodiversity in th e United
States of America. Geod erma , 117(1~2) :99~1154 Ib Ìez JJ, Garc a - lvarez A. 1991. S uelosy cambio globa-l Un en -foque hist rico -termodin mico. Re v Ecol Biol Dol , 28:349~3755 Ib Ìez J J, Benito G, Garc - a lvarez A, et al . 1996. M editerranean
soils and l andscapes ) An overview. In:Rubio JL, Calvo A, eds. Soil Degradation and Desertification in M editerranean Environments. Logro Ìo:Geoderrma. 7~366 Ib Ìez JJ, De -Alba S, Berm dez FF, et al . 1995. Pedodiversity con -cepts an d tools. Catena , 24:214~2327 Ib Ìez JJ, De -Alba S, et al . 1998. Pedodiversi ty and global soil pat -terns at coarse scales (with discussion) . G eoder ma , 83:171~2148 Ib Ìez JJ , Jim nez -Ballesta R, Garc Ìa - lvarez A. 1998. Soil Land -scapes and Drainage Basins in M editerranean Areas. London :Croom
Helm. 9 Ib Ìez JJ. 1995. The backgroun d of pedodiversity and pedogeomor -phic diversity. Pe d ometrona , 4:2~410 Ib Ìez, JJ, J i m nez -Ballesta R, Garc a- lvarez A. 1990. S oil land -scapes and drai nage basi ns in M editerranean areas. Catena , 17:573
~58311 Liu C -R(刘灿然) , M a K -P(马克平) , Yu S -L (于顺利) , et al .
1997. Plant community diversity i n Dongling mountai n , Beijing, China Ô. Effects of sample s i ze on diversi ty measures. Ac ta Ecol S in (生态学报) , 6(17) :584~592(i n Chinese)
12 Tan M Z, Zhang XL, Chen J, et al . 2003. Pedodiversity:A case
study based on 1B 1million s cale SOT ER of Shandong Province, China. Pedosphere , 13(3) :219~22613 T i an G -J(田光进) , Li u J -Y(刘纪远) , Zhuang D -F (庄大方) .
2003. The tempora-l spatial characteristics of rural residential land i n
China in the 1990s. J Geogr S ci (地理学报) , 5(58) :651~658(i n Chinese) 14 Wang S -Y(王思远) , Zhang Z -X(张增祥) , Zhou Q -B(周全斌) , et
al . 2002. Study on spatia-l temporal features of land use/land cover
change based on technologies of RS and GIS. J Remote S ens (遥感学报) , 3(16) :223~228(in Chinese) 15 Zhang X -L(张学雷) , Chen J (陈 杰) , Zhang G -L (张甘霖) , et
al . 2003. Pedodiversity analysis in Hainan island. J Geogr S c i (地理学报) , 13(2) :181~18616 Zhang X -L(张学雷) , Chen J (陈 杰) , Zhang G -L (张甘霖) , et
al . 2004. Soil parent material based geomorphic diversity i n Hainan Island, China. A cta Pedol Sin (土壤学报) , 41(2) :170~175(i n Chinese) 17 Zhang X -L (张学雷) , Chen J (陈 杰) , Zhang G -L(张甘霖) .
2003. Landform base pedodiversity of some soil properties i n Hainan. J Geogr Sci (地理学报) , 58(6) :839~844(in Chinese) 18 Zhang X -L (张学雷) , Chen J (陈 杰) , Zhang G -L(张甘霖) .
2004. Landform -based pedodiversity of some soi l chemical proper -ties in Hainan i sland, Ch i na. Chin J A ppl S in (应用生态学报) , 15(8) :1368~1372(i n Chinese) 19 Zhang X -L(张学雷) , M antel S, Zhang G -L(张甘霖) , et al . 2001.
Exploring suitability for tropical crop cultivation in Hainan is land by SOTAL methodology. J Geogr Sci (地理学报) , 11(4) :420~42620 Zhang X -L(张学雷) , Tan M -Z(檀满枝) , Chen J(陈 杰) , et al .
2005. Impact of land use change on soi l resources i n the per-i urban
area of Suzhou city. J G e og r S ci (地理学报) , 15(1) :71~79(i n Chinese) 21 Zhang X -L (张学雷) , Chen J (陈 杰) , Gong Z -T (龚子同) .
2004. What to do i n Ch i na after a review of research practices on pedodiversity in Europe and America. Acta Ecol Sin (生态学报) , 24(5) :1063~1072(i n Chinese)
作者简介 孙燕瓷, 女, 1979年出生, 硕士研究生. 主要从事土壤资源学与地理信息系统方面研究, 发表论文2篇. E -mail:ycsun@issas. ac. cn