城市化对土壤生态环境的影响研究进展

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1、城市化对土壤生态环境的影响研究进展 来源:生态学报  作者:谢天等  2019/3/139:13:01  在全球城市化的背景下，世界城市人口不断增加，城市规模持续扩张。全球城市人口总数已经由1950年的7.5亿上升至2018年的42亿，城市人口比例已达到55％。较欧美发达国家，我国城市化进程起步相对较晚，但发展速度较快，截止2014年，我国城镇化常住人口已经由改革开放初期的1.7亿增至7.3亿。然而在城市化快速发展的背景下，一些城市与地区仍保持着不可持续的发展模式，城市不断提高的人类活动强度导致城市生态环境问题日益

2、突出，对城市生态系统结构和过程的影响不断加剧，进而对生态系统的功能与服务带来显著的影响，并持续威胁着城市生态安全与城市居民的身体健康。土壤是人类赖以生存的物质基础和持续发展的宝贵资源。Ｄａｉｌｙ等将土壤生态系统服务功能总结为：调节水文循环、植物的物理支撑作用、植物养分的供给与传输、废弃物与污染物的处理、土壤肥力的恢复以及元素循环的调节作用。作为城市生态系统的重要组成部分，城市土壤提供了多样的生态系统服务功能。然而，在快速城市化的过程中，人类活动导致城市中原始的土地覆被类型不断被工业建筑用地及人工景观所取代，自然土壤

3、被硬化地表逐渐封实，高强度的人类活动改变了土壤覆被和土地利用格局，影响了城市土壤地球化学元素的循环过程，土壤动物的生境随之受到威胁，生物多样性发生变化，土壤生态系统的健康状态受到影响，超出土壤自然生态功能的阈值，从而带来一系列的土壤生态环境问题。城市土壤的健康状况与城市生态环境质量和城市居民健康安全紧密相关。自20世纪末，全球范围内对城市土壤的关注逐渐增多。当前针对城市土壤生态环境问题的研究主要集中在城市各类人为排放的污染物在土壤中的累积特征及健康风险。尽管学界已普遍认同人类活动导致城市土壤理化性质的变化，并带来各

4、种不利的生态效应，然而城市化过程对土壤特征、土壤生物，以及土壤生态功能影响的研究仍然缺乏系统的分析。本文梳理了国内外相关文献资料，分析讨论了与城市土壤生物及生态系统服务功能相关的生态学过程，并从土壤理化性质、土壤动物、土壤微生物以及土壤生态系统服务功能等几个方面探讨了城市化过程对土壤生态环境的影响。１城市化对土壤理化特征的影响城市土壤的理化特征受城市人为活动影响剧烈。建筑施工地和新建的大型公共绿地的土壤经历了人为的移除、堆填及混合等剧烈扰动，其自然剖面被改变，原有的成土层结构遭到破坏，在垂直方向上形成深厚的均匀混合

5、土层。同时，土壤中无规律地混入大量的建筑垃圾和生活垃圾等外来物质。城市人类活动造成土层结构的无序变化，杂质来源多样且成分组成复杂，导致城市生态系统土壤质量的下降。城市中，不同城市化程度的公园或居民区的土壤性质均表现出显著差异。城市土壤理化特征的变化是城市化过程影响土壤生态环境的直观反映，也是土壤生态功能变化的潜在原因。１．１城市化对土壤物理特征的影响人为压实是城市绿地土壤的普遍现象，是城市土壤物理特征变化的根本原因。在城市中，建筑材料的堆放、重型机器的作业、交通车辆和行人践踏等行为均直接导致城市土壤压实，这些人为压

6、实行为导致土壤自然结构体变形，土粒团聚体之间的孔隙体积缩小，孔隙结构变化甚至坍塌，土壤紧实度增加，透水透气性能下降，从而形成较天然土壤更高的容重，造成土壤质量的降低。城市中不同类型的人类活动代表了不同水平的人为干扰强度，导致土壤容重的差异。研究表明，国内外不同城市的不同功能区土壤容重均值间存在显著差异，受到剧烈人类活动干扰的城市中心土壤容重大多高于城市周边郊区（表１）。另外，相同功能区内不同类型土壤容重同样差异明显，例如城市湿地中灌丛下土壤容重显著高于河漫滩土壤容重，而城市公园草地下土壤容重高于乔木植被下土壤容重，

7、并与建筑时间呈显著正相关关系。因此，城市内不同类型的人为活动对土壤压实程度具有显著的影响。此外，城市下垫面的改变影响了土壤水分下渗的能力。一方面，地表封实增加城市地表径流量，影响地下水自然回灌过程，改变城市的水文状况，成为城市内涝的重要原因，地表径流带走土壤中的大量营养物质，增加了地表河流的营养物质与下游水体的污染负荷，同时影响城市土壤和水体的质量；另一方面，地表封实使绿地植物根系难以获得充足的空气、水分以及养分，直接限制了植物的生长，缺乏营养的植物需要更加频繁地通过人为施肥获得其生长必需的营养元素，进一步导致了降

8、雨径流中养分的增加。因此，物理特征的退化是城市土壤质量下降的一种主要表现形式，并进一步产生各类城市生态环境效应。１．２城市化对土壤化学特征的影响城市化对土壤化学特征的影响主要表现为城市土壤化学元素循环过程的变化。一方面，在城市化过程中，人为搅动造成了城市土壤自身化学性质的改变，土壤的有机质和速效养分含量降低，其保持养分的能力减弱。此外，由于城市中植物的凋落物