不同功能區(qū)城市林業(yè)土壤黑碳含量及來源——以南京市為例

王　曦, 楊靖宇, 俞元春, 侯文軍, 侯　也, 余　健, 王如海,3

1 南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心, 南京　210037

2 南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院, 南京　210037

3 中國科學(xué)院南京土壤研究所土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京　210008

4 安徽師范大學(xué)國土資源與旅游學(xué)院, 蕪湖　241003

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不同功能區(qū)城市林業(yè)土壤黑碳含量及來源
——以南京市為例

王曦1,2,3, 楊靖宇1,2, 俞元春1,2,3,*, 侯文軍1, 侯也2, 余健4, 王如海1,3

1 南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心, 南京210037

2 南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院, 南京210037

3 中國科學(xué)院南京土壤研究所土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京210008

4 安徽師范大學(xué)國土資源與旅游學(xué)院, 蕪湖241003

摘要:由于城市化過程中人為活動的影響，城市林業(yè)土壤的性質(zhì)發(fā)生了很大變化。城市林業(yè)土壤黑碳由于來源的多樣性和受到人為活動的影響，其分布表現(xiàn)出獨(dú)特的特征。以南京市為對象，調(diào)查分析了不同功能區(qū)城市林業(yè)土壤黑碳的含量及可能來源。結(jié)果表明：不同功能區(qū)城市林業(yè)土壤黑碳含量差異很大，其變幅為0.77—21.27g/kg。道路綠化帶土壤黑碳含量顯著高于其它功能區(qū)，居民區(qū)含量最低。黑碳在土壤表層中含量均高于表下層，黑碳富集于土壤表層。道路綠化帶表層土壤黑碳含量與有機(jī)碳含量的比值(BC/SOC)為0.55，土壤黑碳的碳同位素比值(δ13CPDB)為-27.04‰，與其它功能區(qū)差異顯著，城市交通污染對土壤黑碳積累產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。

關(guān)鍵詞：城市林業(yè)土壤; 黑碳; 含量; 來源; 南京市

城市林業(yè)土壤是指分布在城市不同功能區(qū)域的公共綠地以及郊區(qū)的森林、農(nóng)田等組成的自然綠地上的土壤，是支撐城市發(fā)展的空間和基礎(chǔ)[1]。城市林業(yè)土壤受人為擾動大，其物理、化學(xué)和生物學(xué)特性與自然土壤相比有很大的不同，城市林業(yè)土壤碳庫的含量、組成分布及演化特征也隨城市化進(jìn)程的快速發(fā)展表現(xiàn)出其特有的規(guī)律。目前針對城市土壤碳庫中有機(jī)碳的研究已有較多成果，而對黑碳(Black carbon，BC)的研究尚未受到重視，相關(guān)的報道較少。黑碳是生物質(zhì)和化石燃料不完全燃燒的產(chǎn)物[2]，具有生物化學(xué)和熱穩(wěn)定性，廣泛分布于大氣、土壤、沉積物、水體和冰雪等環(huán)境中[3]。在城市中，化石燃料的使用和生活垃圾的燃燒都相對比較集中，并產(chǎn)生了規(guī)?？捎^的黑碳類物質(zhì)。這些黑碳類物質(zhì)在水體、土壤和大氣中均有分布，其中的大部分最終沉積在土壤中。黑碳作為一種人為活動的排放產(chǎn)物，包含了有關(guān)人類活動的記錄，在生態(tài)系統(tǒng)中所起的作用十分復(fù)雜，正面和負(fù)面效應(yīng)兼而有之。由黑碳形成的氣溶膠是導(dǎo)致全球升溫效應(yīng)的大氣成分中占第二位權(quán)重的物質(zhì)[4- 5]，同時也是多種空氣污染物(SO2、NOx、O3、PAHs等)的吸附載體及光化學(xué)煙霧的催化中心[6]。黑碳具有高度的化學(xué)惰性和多孔隙性，土壤中的黑碳可穩(wěn)定土壤中的有機(jī)質(zhì)，優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，顯著并持續(xù)地提高土壤的耕性和保肥能力[7]。因其良好的吸附能力，黑碳還可以固定土壤中各種有機(jī)無機(jī)污染物，降低污染物的生物有效性并改良土壤生態(tài)環(huán)境[8]，但土壤中微生物轉(zhuǎn)化降解有機(jī)污染物的速率也隨污染物被黑碳吸附固定而降低[8]。在全球碳循環(huán)過程中黑碳也占有重要地位，有研究顯示黑碳可能是全球碳循環(huán)中不能合理解釋的“丟失的碳”的一部分，還可能是大氣中CO2的匯[9- 10]。因此，以城市林業(yè)土壤碳庫中黑碳為研究對象，揭示城市林業(yè)土壤黑碳的分布和來源，了解其在城市林業(yè)土壤中的環(huán)境行為和生態(tài)效應(yīng)十分必要。本研究以城市化進(jìn)程快速的南京市為例，調(diào)查分析了不同土地利用方式的城市林業(yè)土壤的黑碳含量，分析了城市林業(yè)土壤的黑碳的可能來源，為城市林業(yè)土壤生態(tài)功能評價及管理提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1土壤樣品采集

以城市化進(jìn)程快速的南京市作為研究地區(qū)。南京市地處長江下游沿岸，地理坐標(biāo)為北緯31°14′—32°37′，東經(jīng)118°22′至119°14′，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，雨水充沛，年降水1106mm，年平均溫度15.4°C，無霜期237d，春季風(fēng)和日麗，梅雨時節(jié)陰雨綿綿，夏季炎熱，秋天干燥涼爽，冬季寒冷、干燥。地貌屬寧鎮(zhèn)揚(yáng)丘陵地區(qū)，以低山緩崗為主，地帶性土壤為黃棕壤。全市面積6587.02km2，森林覆蓋率13%，其中市區(qū)面積200.85 km2，市區(qū)綠地覆蓋率達(dá)40%以上。

城市林業(yè)土壤可按綠地作用和分布地點(diǎn)的差異分為不同的功能區(qū)。本研究以城市中出現(xiàn)幾率較高的典型城市林業(yè)功能區(qū)為研究對象，按其地點(diǎn)和作用的差異將其分為城郊天然林、城區(qū)天然林、綠地廣場、公園綠地、居民住宅區(qū)、道路綠化帶、學(xué)校綠地7種功能區(qū)，每種功能區(qū)選取南京市區(qū)中具有典型代表性的區(qū)域進(jìn)行土壤調(diào)查和樣品采集。為了使樣品更具有代表性，本研究選擇的采樣區(qū)域是有一定利用歷史的城市林業(yè)土壤。由于城市林業(yè)土壤的空間變異性較大，將各功能區(qū)中具有代表性的不同樣地選取為采樣點(diǎn)，每個采樣點(diǎn)6個重復(fù)，6個重復(fù)盡量均勻地分布在采樣點(diǎn)區(qū)域上。根據(jù)王俊霞[5]的相關(guān)研究，城市人類活動產(chǎn)生的黑碳沉降主要集中于公路沿線相距公路5—15m范圍內(nèi)的綠化帶土壤中，且多富集于0—30cm土壤中。因此選擇在距離各功能區(qū)中主要公路沿線10m處的綠化帶土壤為采樣點(diǎn)，并在各采樣點(diǎn)采集0—10cm和10—30cm兩個層次的樣品。采集到的土壤樣品自然風(fēng)干，剔除大于2mm的石子、根莖等雜物，過篩待用。各個功能區(qū)的具體采樣地點(diǎn)見表1。

表1　不同功能區(qū)土壤采樣點(diǎn)概況

1.2土壤樣品分析

土壤有機(jī)碳(SOC)含量采用外加熱重鉻酸鉀氧化法測定[11]。其測定的基本步驟為：(1)稱取0.5g左右(準(zhǔn)確至0.0001g)過100目的風(fēng)干土樣；(2)準(zhǔn)確加入5.00mL 0.8000mol/L 1/6 K2Cr2O7溶液和5mL濃硫酸；(3)用油浴將溶液加熱至沸騰，沸騰的溫度嚴(yán)格控制在178—182℃之間，并保持沸騰5min；(4)待溶液冷卻后，將溶液洗入錐形瓶中，以鄰菲啰啉為指示劑，用0.2mol/L硫酸亞鐵滴定，并計算其有機(jī)碳含量。

土壤中黑碳含量采用Lim等[12]介紹的方法。其測定基本步驟為：(1)稱取3g左右過100目的風(fēng)干土樣；(2)加入15mL 3mol/L HCl除去碳酸鹽，反應(yīng)24h；(3)加入15mL 10mol/L HF：1mol/L HCl除去硅酸鹽，反應(yīng)24h；(4)加入15mL 10mol/L HCl反應(yīng)，除去可能生成的CaF2，反應(yīng)24h；(5)加入15mL 0.1mol/L K2Cr2O7:2mol/L H2SO4，在(55±1)℃下除去易氧化的有機(jī)碳，反應(yīng)60h；(6)得到的殘?jiān)礊橥寥乐械暮谔?，離心、烘干后直接利用元素分析-同位素質(zhì)譜聯(lián)用儀(FLASH EA-DELTA V，Thermo Fisher， USA)測定其黑碳含量和黑碳的碳穩(wěn)定同位素比值δ13CPDB。不同來源黑碳的δ13CPDB比值差異較大，因此可借助樣品土壤黑碳的δ13CPDB比值追溯其可能來源。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel2010和SPSS18.0軟件進(jìn)行分析。

圖1　不同功能區(qū)城市林業(yè)土壤黑碳含量　Fig.1　Black carbon contents of urban forest soil in different function zonesRGB:道路綠化帶；UF:城區(qū)天然林；SF:城郊天然林；SC:學(xué)校；CGS:城市綠地廣場；PA:公園；RE:居民區(qū)

2結(jié)果分析

2.1城市林業(yè)土壤黑碳含量

不同功能區(qū)的城市林業(yè)土壤受人為活動影響程度不同，土壤黑碳含量亦不同。不同功能區(qū)城市林業(yè)土壤黑碳含量的總體特征是(圖1)：道路綠化帶土壤黑碳含量明顯高于其他功能區(qū)，公園和居民區(qū)最低，各功能區(qū)表層土壤(0—10cm)含量高于表下層(10—30cm)，表層土壤黑碳含量高低依次為：道路綠化帶>城區(qū)天然林>城郊天然林>學(xué)校>城市綠地廣場>公園>居民區(qū)。在表下層，則表現(xiàn)出不同的規(guī)律，城郊天然林和城區(qū)天然林中的含量明顯降低，而其它功能區(qū)表下層中的黑碳含量降低幅度較小。

2.2城市林業(yè)土壤黑碳來源2.2.1土壤BC/SOC值

BC/SOC值指土壤中黑碳與有機(jī)碳(濕燒法測定)含量之間的相對比值。各功能區(qū)中道路綠化帶土壤的BC/SOC比值最大，大于0.5；城郊天然林的比值最低，約為0.2(表2)。同一功能區(qū)土壤表層和表下層土壤的BC/SOC值相差很小。

2.2.2城市林業(yè)土壤黑碳的碳同位素比值

城市林業(yè)各功能區(qū)土壤黑碳的δ13CPDB值如表3所示。在表層土壤中，道路綠化帶土壤黑碳的13C豐度最低，黑碳中碳元素的13C貧化程度最大，其δ13CPDB值為-27.04‰，與其它功能區(qū)差異顯著，而居民區(qū)土壤黑碳的13C豐度最高，為-17.80‰。在表下層土壤中，城區(qū)天然林土壤黑碳的13C豐度最低，其δ13CPDB值為-21.07‰，居民區(qū)土壤黑碳的13C豐度最高，δ13CPDB值為-14.30‰。

表2　不同功能區(qū)城市林業(yè)土壤BC/SOC值

表3　不同功能區(qū)城市林業(yè)土壤黑碳的δ13CPDB值

同列不同小寫字母表示P<0.05顯著水平，大寫字母表示P<0.01顯著水平

3討論

3.1城市林業(yè)土壤黑碳含量分布規(guī)律

以往的土壤有機(jī)碳研究很少關(guān)注黑碳類物質(zhì)。黑碳作為人類活動的記錄，在受到人為擾動的土壤中廣泛存在[13]。城市林業(yè)土壤由于受到人為活動的劇烈影響，必然含有一定量的黑碳類物質(zhì)。不同功能區(qū)土壤黑碳含量的方差分析表明：在表層土壤中，道路綠化帶土壤中黑碳含量最高，與其它功能區(qū)的含量差異均達(dá)到極顯著水平。城郊天然林和城區(qū)天然林土壤中黑碳含量也較高。居民區(qū)黑碳含量最低，與道路綠化帶和城區(qū)天然林差異顯著。亞表層土壤黑碳含量的分布則表現(xiàn)出不同的規(guī)律，在表下層土壤中，道路綠化帶與其它功能區(qū)有極顯著差異，而其它功能區(qū)相互之間差異均不顯著。

道路綠化帶由于受到城市中機(jī)動車排放的尾氣影響[14- 15]，土壤中的黑碳含量無論在表層還是表下層都非常高，分別為15.68g/kg和10.08g/kg，與較低含量的居民區(qū)相比，分別是其含量的6.8倍和10.8倍(表4)。由于我國汽車排放的尾氣中污染物濃度比國際水平高出數(shù)十倍，機(jī)動車排放污染已成為我國城市空氣污染的重要來源[15]。因燃油燃燒不完全，機(jī)動車尾氣中含有大量夾雜著黑碳物質(zhì)的顆粒物。這些污染物中的一部分會直接落入路邊的土壤中或植被上，最終向下遷移進(jìn)入土壤。而另一部分粒徑較小的污染物會形成氣溶膠而懸浮于空氣中，并通過干濕沉降進(jìn)入土壤。道路綠化帶土壤黑碳的高含量正是這種污染的重要標(biāo)志。但這種現(xiàn)象也說明道路綠化帶的存在降低了機(jī)動車排放的黑碳向周圍區(qū)域擴(kuò)散的程度。

表4　不同功能區(qū)城市林業(yè)土壤黑碳含量方差分析

城市天然林包括城郊天然林和城區(qū)天然林，其表層土壤中黑碳含量較高的原因應(yīng)與其土壤中存在較多的有機(jī)碳積累有關(guān)。與表層土壤比較，城市天然林表下層土壤的黑碳含量明顯降低，其它功能區(qū)表下層土壤的黑碳含量則降低幅度比較小。造成這種情況的原因應(yīng)有兩個。首先，黑碳不溶于任何溶劑中，因此不隨土壤徑流發(fā)生垂直方向上的遷移。其次，城市中各功能區(qū)的土壤常受到人為擾動，相應(yīng)土層也常產(chǎn)生混合。在此過程中，不同土層間差異的顯著性也逐漸消失。而城郊天然林和城區(qū)天然林中人類活動少，土壤受人為擾動程度小，因此黑碳物質(zhì)多富集于表層土壤。

3.2城市林業(yè)土壤黑碳來源分析3.2.1土壤BC/SOC比值

BC/SOC值大小在一定程度上反映了土壤的污染程度[16- 17]，同時也與特定的人為活動過程相關(guān)[16]。在涉及城市大氣氣溶膠的研究中，如果BC/SOC值在0.11±0.03附近，則認(rèn)為黑碳主要來源于生物質(zhì)的燃燒；BC/SOC值為0.5左右時，則認(rèn)為黑碳主要來源于化石燃料的燃燒[16- 17]。比較不同功能區(qū)土壤的BC/SOC值可以發(fā)現(xiàn)：道路綠化帶土壤不僅含有較高的黑碳含量，而且BC/SOC值也較高，平均值表層土壤是0.55±0.04，表下層土壤是0.51±0.08，反映了其來源主要是化石燃料的不完全燃燒。而受人為活動影響相對較小的城郊天然林，BC/SOC在表層土壤是0.21±0.01，表下層土壤是0.20±0.03，表明黑碳的來源主要是生物質(zhì)的燃燒。而城區(qū)天然林雖受人為活動影響也相對較小，但有多條公路貫穿林帶，導(dǎo)致此功能區(qū)中部分地區(qū)土壤的黑碳輸入來源相對于城郊天然林更復(fù)雜，黑碳的含量隨之增大，BC/SOC值也產(chǎn)生偏離，達(dá)到0.3左右。其它功能區(qū)的情況更為復(fù)雜，化石燃料的燃燒和生物質(zhì)的燃燒均是其黑碳物質(zhì)的來源。但各功能區(qū)土壤中各種來源的黑碳所占比重不同，因此其BC/SOC比值介于0.11和0.5之間。

從表2還可以發(fā)現(xiàn)，不同功能區(qū)城市林業(yè)土壤的BC/SOC值的分布情況也表現(xiàn)出不同的特征。道路綠化帶土壤的BC/SOC值明顯高于其他功能區(qū)，這是直接受到機(jī)動車輛尾氣排放影響的結(jié)果；公園、學(xué)校則分布比較分散，這與相關(guān)功能區(qū)實(shí)際所處的復(fù)雜環(huán)境有關(guān)；居民區(qū)、城市綠地廣場表現(xiàn)出相對集中的分布，這與這兩個功能區(qū)環(huán)境相對單一的事實(shí)相吻合；城郊林帶的BC/SOC值分布最集中，其黑碳來源主要是生物質(zhì)燃燒的結(jié)果。因此，在城市林業(yè)土壤研究中，可以根據(jù)BC/SOC值大致判斷土壤中黑碳的主要來源。

3.2.2土壤黑碳的碳同位素比值(δ13CPDB)

劉兆云[18]的研究顯示自然土壤表層黑碳的δ13CPDB值一般在-23.2‰左右，高于有機(jī)碳-29‰的均值，說明黑碳與有機(jī)碳相比其13C富集程度較高。C3植物和C4植物來源黑碳的同位素組成則相對固定，Oindrila[19]的研究表明C3植物燃燒后所收集到的黑碳的δ13CPDB值約為-24.6‰—-26.1‰，C4植物則為-12.3‰—-13.8‰。近年來，城市化建設(shè)中化石燃料被普遍使用，Andres[20]的實(shí)驗(yàn)表明，13C在化石燃料中的豐度相對于現(xiàn)在的各種含碳物質(zhì)要低得多，其各種化石燃料的δ13CPDB平均值為：天然氣：-44‰；石油：-28‰；煤炭：-24.1‰。劉剛[21]的研究證明在機(jī)動車尾氣煙塵中的黑碳顆粒存在13C相對貧化的情況，其δ13CPDB值在-25.9‰—-27.6‰之間。因此化石燃料的大量燃燒，使大氣CO2的δ13C值降低[22]，同樣也使土壤表層的含碳物質(zhì)的δ13C值降低，黑碳的δ13C值也隨之降低。

因此，若有大量C3植物燃燒所產(chǎn)生的黑碳顆粒進(jìn)入土壤，如森林火災(zāi)，林木燃燒所生成的黑碳進(jìn)入土壤，則土壤中黑碳的13C濃度必然會受到影響，其δ13C值會隨進(jìn)入量的增多逐漸趨向于C3來源黑碳的δ13C值。而C4植物如秸稈等燃燒所產(chǎn)生的黑碳顆粒進(jìn)入土壤時，由于其同位素組成中13C的豐度較高，則土壤中黑碳的δ13C值也會隨輸入量的增高而升高。而化石燃料燃燒產(chǎn)生的黑碳顆粒存在13C相對貧化的情況，其大量進(jìn)入土壤時會造成土壤中黑碳的δ13C值降低的結(jié)果。

本研究的結(jié)果與以上的推論吻合較好，從表3看出：道路綠化帶表層樣品中黑碳的δ13CPDB值小于其它功能區(qū)，其黑碳13C的貧化程度最高，這與其黑碳來源主要是機(jī)動車的尾氣排放和化石燃料的燃燒有關(guān)。城市天然林表層土壤中黑碳的來源相對簡單。城郊天然林表層土壤黑碳的δ13CPDB值與劉兆云[18]的研究結(jié)果較為接近。這與城郊天然林受人為干擾最少，其土壤狀態(tài)最接近自然土壤有關(guān)。而城區(qū)天然林表層土壤黑碳的δ13CPDB值略低于城郊天然林。這種情況應(yīng)是貫穿森林的道路交通影響城區(qū)天然林的土壤所致。交通運(yùn)輸產(chǎn)生的低豐度13C黑碳進(jìn)入土壤，導(dǎo)致表層土壤中的黑碳的δ13CPDB值降低。而其它功能區(qū)的δ13CPDB值偏離城郊林帶的情況可能與其黑碳來源的復(fù)雜性有關(guān)?；剂系牟煌耆紵蜕镔|(zhì)(生活垃圾、秸稈等)的燃燒均是其黑碳物質(zhì)的來源。城市中大規(guī)模的林木燃燒情況較少，而各種有機(jī)的生活垃圾等焚燒情況較多。但生活垃圾的成分極為復(fù)雜，這可能是導(dǎo)致這幾個功能區(qū)內(nèi)土壤黑碳的13C富集情況發(fā)生變異的原因。且各功能區(qū)土壤中各種來源的黑碳所占比重也有所不同，這也會對相關(guān)土壤中黑碳的δ13CPDB值產(chǎn)生影響。因此，其它功能區(qū)中黑碳的δ13CPDB值未體現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。

4結(jié)論

(1)土壤黑碳含量在城市林業(yè)不同功能區(qū)之間表現(xiàn)出差異性。城市林業(yè)各功能區(qū)中，土地利用方式不同，土壤中黑碳含量差異很大，其變化范圍是0.77—21.27g/kg。道路綠化帶土壤黑碳含量顯著高于其它功能區(qū)，而居民區(qū)含量最低。各功能區(qū)土壤黑碳含量表層均高于亞表層，說明黑碳在土壤表層有富集趨勢。

(2)土壤中黑碳的主要來源可用BC/SOC值做較好地判定，道路綠化帶土壤的BC/SOC比值最大，平均值在表層是0.55±0.04，在表下層是0.51±0.08，其次為公園，城郊天然林的比值最低。說明城市交通污染對土壤黑碳含量有顯著的影響，而城市天然林土壤黑碳主要來源于生物質(zhì)的燃燒。

(3)黑碳的δ13CPDB值可作為利用BC/SOC值判定黑碳來源的補(bǔ)充和證明。道路綠化帶表層樣品中黑碳的δ13CPDB值小于其它功能區(qū)，其黑碳來源主要與機(jī)動車的尾氣排放和化石燃料的燃燒有關(guān)。城郊天然林表層土壤黑碳的δ13CPDB值接近于自然土壤，城區(qū)天然林由于受到貫穿森林的道路交通影響，表層土壤黑碳的δ13CPDB值略低于城郊天然林。

參考文獻(xiàn)(References):

[1]單奇華, 俞元春, 張金池. 城市林業(yè)土壤質(zhì)量評價. 林業(yè)科技開發(fā), 2007, 21(5):12- 15.

[2]Goldberg E D. Black Carbon in the Environment:Properties and Distribution. New York:John Wiley & Sons Inc, 1985:1- 146.

[3]劉兆云, 章明奎. 浙江省幾種人為土壤中黑碳的含量. 浙江大學(xué)學(xué)報:農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版, 2010, 36(5):542- 546.

[4]Jacobson M Z. Strong radiative heating due to the mixing state of black carbon in atmospheric aerosols. Nature, 2001, 409(6821):695- 697.

[5]Hansen J E, Sato M. Trends of measured climate forcing agents. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2001, 98(26):14778- 14783.

[6]王俊霞, 俞元春, 張雪蓮. 高速公路沿線土壤黑碳含量特征. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版, 2009, 33(1):155- 157.

[7]Nama J J, Gustafsson O, Kurt-Karakus P, Breivik K, Steinnes E, Jones K C. Relationships between organic matter, black carbon and persistent organic pollutants in European background soils:Implications for sources and environmental fate. Environmental Pollution, 2008, 156(3):809- 817.

[8]楊基峰, 應(yīng)光國, 趙建亮, 楊小兵, 彭平安. 黑碳對污染物環(huán)境地球化學(xué)過程的影響. 生態(tài)環(huán)境, 2008, 17(4):1685- 1689.

[9]Masiello C A. New directions in black carbon organic geochemistry. Marine Chemistry, 2004, 92(1/4):201- 213.

[10]Druffel E R M. Comments on the importance of black carbon in the global carbon cycle. Marine Chemistry, 2004, 92(1-4):197- 200.

[11]魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法. 北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000:135- 139.

[12]Lim B, Cachier H. Determination of black carbon by chemical oxidation and thermal treatment in recent marine and lake sediments and Cretaceous-Tertiary clays. Chemical Geology, 1996, 131(1/4):143- 154.

[13]Glaser B, Balashov E, Haumajer L, Guggenbergera G, Zech W. Black carbon in density fractions of anthropogenic soils of the Brazilian Amazon region. Organic Geochemistry, 2000, 31(7-8):669- 678.

[14]Miguel A H, Kirchstetter T W, Harley R A, Hering S V. On- road emissions of particulate polycyclic aromatic hydrocarbons and black carbon from gasoline and diesel vehicles. Environmental Science and Technology, 1998, 32(4):450- 455.

[15]Fruin S A, Winer A M, Rodes C E. Black carbon concentrations in California vehicles and estimation of in-vehicle diesel exhaust particulate matter exposures. Atmospheric Environment, 2004, 38(25):4123- 4133.

[16]Muri G, Cemelj B, Faganeli J, Brancelj A. Black carbon in Slovenian alpine lacustrine sediments. Chemosphere, 2002, 46(8):1225- 1234.

[17]Gatari M J, Boman J. Black carbon and total carbon measurements at urban and rural sites in Kenya, East Africa. Atmospheric Environment, 2003, 37(8):1149- 1154.

[18]劉兆云, 章明奎. 杭嘉湖平原典型水耕人為土的碳庫構(gòu)成與13C穩(wěn)定性同位素分布特征. 浙江大學(xué)學(xué)報:農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版, 2010, 36(3):275- 281.

[19]Das O, Wang Y, Hsieh Y P. Chemical and carbon isotopic characteristics of ash and smoke derived from burning of C3and C4grasses. Organic Geochemistry, 2010, 41(3):263- 269.

[20]Ciais P, Tans P P, White J W C, Trolier M, Francey R J, Berry J A, Randall D R, Sellers P J, Collatz J G, Schimel D S. Partitioning of ocean and land uptake of CO2as inferred byδ13C measurements from the NOAA climate monitoring and diagnostics laboratory global air sampling network. Journal of Geophysical Research, 1995, 100(D3):5051- 5070.

[21]劉剛, 姚祁芳, 楊輝. 汽車尾氣煙塵中有機(jī)碳和元素碳的穩(wěn)定同位素組成. 環(huán)境與健康雜志, 2008, 25(9):822- 823.

[22]涂成龍, 劉叢強(qiáng), 武永鋒. 城市公路綠化帶土壤有機(jī)碳的分異. 水土保持學(xué)報, 2008, 22(1):100- 104.

Concentration and sources of black carbon in urban forest soils in different functional areas of Nanjing, China

WANG Xi1,2,3, YANG Jingyu1,2,YU Yuanchun1,2,3,*,HOU Wenjun1,HOU Ye2, YU Jian4, WANG Ruhai1,3

1Co-InnovationCenterfortheSustainableForestryinSouthernChina,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China2CollegeofBiologyandtheEnvironment,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China3StateKeyLaboratoryofSoilandSustainableAgriculture;InstituteofSoilScience,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China4CollegeofTerritorialResourcesandTourism,AnhuiNormalUniversity,Wuhu241003,China

Abstract:Properties of soils in urban forests have been greatly altered by human activities during the process of urbanization. The distribution of black carbon in urban forest soils shows large variation resulting from its diverse origins and as a result of human activities. The concentrations and the potential origins of black carbon in urban forest soils from different functional areas were studied. Concentrations of black carbon in urban forest soils in different functional areas varied significantly, from 0.77 g/kg to 21.27 g/kg. The concentrations of black carbon in road side green belts soils were significantly higher than those in soils of other functional areas. Residential areas had the lowest concentrations of soil black carbon. The concentrations of black carbon in surface soil (0—10 cm) were higher than those in subsurface soil (10—30cm) and black carbon was enriched in surface soil. The ratio of black carbon to organic carbon (BC/SOC) in road green belt surface soils was 0.55. In roadside green belts areas, the carbon isotope ratio of soil black carbon (δ13CPDB) was -27.04‰, which is significantly different than that of other functional areas. These results indicate that the accumulation of black carbon in urban forest soils is strongly influenced by traffic pollution.

Key Words:urban forest soil; black carbon; content; origin; Nanjing

DOI:10.5846/stxb201404200775

*通訊作者

Corresponding author.E-mail:ycyu@njfu.edu.cn

收稿日期:2014- 04- 20; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 06- 11

基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31270664, 41101529); 高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(20123204110004); 江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計劃項(xiàng)目(CXZZ13_0533); 國家級、省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項(xiàng)目(201310298001Z); 江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目(PAPD)

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Wang X, Yang J Y,Yu Y C,Hou W J,Hou Y, Yu J, Wang R H.Concentration and sources of black carbon in urban forest soils in different functional areas of Nanjing, China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(3):837- 843.