城市綠地土壤固碳研究進(jìn)展

王小涵 張桂蓮 張 浪 梁 晶 張 琪

WANG Xiaohan ZHANG Guilian ZHANG Lang* LIANG Jing ZHANG Qi

（上海市園林科學(xué)規(guī)劃研究院，城市困難立地生態(tài)園林國(guó)家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家林業(yè)和草原局城市困難立地綠化造林國(guó)家創(chuàng)新聯(lián)盟，上海城市困難立地綠化工程技術(shù)研究中心，上海 200232）

( Shanghai Academy of Landscape Architecture Science and Planning, Key Laboratory of National Forestry and Grassland Administration on Ecological Landscaping of Challenging Urban Sites, National Innovation Alliance of National Forestry and Grassland Administration on Aんorestation and Landscaping of Challenging Urban Sites, Shanghai Engineering Research Center of Landscaping on Challenging Urban Sites, Shanghai, China, 200232 )

城市綠地為城市生態(tài)環(huán)境健康提供了多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，與提升人類福祉和促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)。城市土壤固碳功能與潛力是全球氣候變化背景下城市生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，城市綠地是城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)唯一具備直接碳匯價(jià)值的用地要素，在減緩全球變暖、積極應(yīng)對(duì)氣候變化等方面具有不可忽視的作用。綠地土壤碳庫(kù)數(shù)量和質(zhì)量是衡量城市綠地土壤健康狀況的重要內(nèi)容，直接關(guān)系到促進(jìn)人體健康、維持生物多樣性和保持景觀游憩等多種城市綠地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)持續(xù)供給。然而，人們對(duì)城市綠地在土壤碳庫(kù)形成和積累過(guò)程與機(jī)制方面的研究仍處于起步階段。研究系統(tǒng)整理了城市綠地土壤相關(guān)定義及主要特性，總結(jié)了綠地土壤碳庫(kù)空間分布規(guī)律及主要影響因子，并梳理了城市綠地土壤碳排放與自然土壤的差別及其潛在機(jī)制。重點(diǎn)探討了城市綠地土壤碳固持特征及其驅(qū)動(dòng)因素，分析了綠地植被、人類活動(dòng)及時(shí)間等因素對(duì)城市綠地土壤固碳功能的主要影響。最后提出目前城市綠地土壤固碳研究的局限與不足，并對(duì)未來(lái)城市綠地土壤固碳的研究方向與熱點(diǎn)進(jìn)行展望，為提升綠地土壤固碳潛力提供科學(xué)依據(jù)。

城市綠地；土壤碳庫(kù)；固碳增匯

目前，全球近4%的土地是城市化狀態(tài)[1]，超過(guò)50%的人口生活在城市地區(qū)[2]，這一數(shù)字將繼續(xù)以每10年4%的速度增長(zhǎng)[3]。中國(guó)城市人口從1975年的17.4%增長(zhǎng)到2013年的53.7%，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到60%[3]。隨著全球城市化的迅猛發(fā)展，城市生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究日益得到社會(huì)廣泛關(guān)注。城市綠地作為重要的城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施，在改善城市環(huán)境、維護(hù)城市生態(tài)系統(tǒng)平衡與居民福祉方面發(fā)揮了重要作用。土壤碳庫(kù)是陸地碳庫(kù)的重要組成部分，其微小變化對(duì)區(qū)域氣候環(huán)境，乃至全球碳循環(huán)過(guò)程產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。城市綠地土壤碳儲(chǔ)存與碳固定是城市綠地提供的關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之一，但相對(duì)于其他陸地生態(tài)系統(tǒng)，綠地土壤固碳過(guò)程與機(jī)制方面的研究仍較少。高強(qiáng)度人類活動(dòng)干擾下的綠地土壤碳素循環(huán)過(guò)程變化及其生態(tài)效應(yīng)仍然存在諸多不確定性。

文章介紹了城市綠地土壤相關(guān)專業(yè)術(shù)語(yǔ)和綠地土壤主要特征，綜述了國(guó)內(nèi)外在綠地土壤碳庫(kù)、碳通量和碳固持研究方面的進(jìn)展，探討了綠地土壤固碳的主要影響因素，提出了相關(guān)問(wèn)題的未來(lái)研究趨勢(shì)。

1 綠地土壤定義及特征

1.1 綠地土壤相關(guān)術(shù)語(yǔ)間區(qū)別與聯(lián)系

國(guó)內(nèi)外城市綠地土壤生態(tài)研究中，常見的專業(yè)術(shù)語(yǔ)包括城市土壤、園林土壤和城市綠地。國(guó)內(nèi)外學(xué)者從分布區(qū)域、人類活動(dòng)方式和作用強(qiáng)度幾個(gè)方面明確城市土壤的定義與內(nèi)涵。Bockheim最先提出城市土壤是指具有人為的，非農(nóng)業(yè)作用形成的，由于土地的混合、填埋或污染而形成的厚度≥50 cm層次的城區(qū)或郊區(qū)土壤[4]。在園林綠化中，根據(jù)園林植物對(duì)土壤條件的需要，人為地調(diào)節(jié)和改良土壤肥力因素，以滿足園林植物需要的土壤條件，使樹和花卉按照預(yù)期目標(biāo)生長(zhǎng)發(fā)育，這種土壤叫做園林土壤。城市綠地是指以自然植被和人工植被為主要存在形態(tài)的城市用地。城市綠地也可以被視為綠色基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，在歐盟政策中被定義為“一個(gè)自然和半自然區(qū)域的戰(zhàn)略規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，具有其他環(huán)境特征，旨在提供廣泛的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”[5]。在《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ/T85-2017）中城市綠地被描述為在城市行政區(qū)域內(nèi)以自然植被和人工植被為主要存在形態(tài)的用地，包含兩個(gè)層次的內(nèi)容：（1）城市建設(shè)用地范圍內(nèi)用于綠化的土地；（2）城市建設(shè)用地之外，對(duì)生態(tài)、景觀和居民休閑生活具有積極作用，綠化環(huán)境較好的區(qū)域。

1.2 綠地土壤特征

在城市化過(guò)程中，人口和非農(nóng)業(yè)活動(dòng)都集中在城市中心，區(qū)域景觀發(fā)生了明顯的變化。土地城市化則是城市化進(jìn)程的重要空間載體和最直觀的反映[6]。綠地土壤是典型的人為土壤，與自然土壤不同，城市化過(guò)程中人類活動(dòng)是土壤形成和發(fā)育的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，促進(jìn)土壤的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)及養(yǎng)分循環(huán)過(guò)程呈現(xiàn)不同特征。強(qiáng)烈的人為擾動(dòng)導(dǎo)致城市綠地土壤存在明顯的壓實(shí)現(xiàn)象，土壤養(yǎng)分含量降低，并存在較大的空間變異特性[7]。與硬質(zhì)地面覆蓋的城市土壤相比，表層植被保護(hù)下的綠地土壤不受直接輻射的影響，從而抑制土壤的溫度升高與蒸發(fā)，使土壤含水量保持在高于裸露土壤的水平[8]。這些條件有利于土壤動(dòng)物的挖掘和生物的擾動(dòng)活動(dòng)，增加土壤入滲。微生物分解凋落物增加土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分的供應(yīng)，并增強(qiáng)土壤的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、入滲和淋濾[9]。然而，娛樂(lè)活動(dòng)可能會(huì)對(duì)土壤性質(zhì)產(chǎn)生相互沖突的影響。一方面，游客的踩踏增加了土壤的壓實(shí)度，降低土壤水分，阻止植被生長(zhǎng)，從而導(dǎo)致有機(jī)源的減少，使有機(jī)質(zhì)含量減少[10]。另一方面，密集的游客活動(dòng)，包括人類的食物消費(fèi)和喂養(yǎng)動(dòng)物，增加了土壤有機(jī)質(zhì)，因?yàn)檫@些活動(dòng)提供了額外的有機(jī)來(lái)源，如食物殘?jiān)⒛咎亢蛫蕵?lè)活動(dòng)的殘留物或灰燼中的燒焦材料[11]。此外，城市土壤中可溶鹽的含量可能受到人類活動(dòng)和自然因素的影響。城市系統(tǒng)內(nèi)的土壤屬性也受社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的影響，土壤有機(jī)質(zhì)含量和水分含量顯著高于低經(jīng)濟(jì)水平地區(qū)，pH值和土壤壓實(shí)度顯著低于低經(jīng)濟(jì)水平地區(qū)[12]。

2 綠地土壤碳庫(kù)、碳排放和碳固持研究進(jìn)展

2.1 城市綠地土壤碳庫(kù)

城市綠地土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量及其分布特征是城市土壤有機(jī)碳研究的重要內(nèi)容。城市綠地土壤有機(jī)碳含量具有很大變異性，其有機(jī)碳含量可能比農(nóng)田或森林等生態(tài)系統(tǒng)土壤低或高。韓國(guó)城市綠地0～60 cm土層有機(jī)碳庫(kù)儲(chǔ)量低于自然生態(tài)系統(tǒng)[13]；芬蘭赫爾辛基公園土壤的平均碳密度（所有公園土壤為10.4 kg/m2，植被下土壤為15.5 kg/m2）則明顯高于芬蘭農(nóng)田的平均碳含量（0～15 cm土壤為4.1～6.7 kg/m2）[14]和森林土壤碳庫(kù)（0～100 cm土壤約為6.3 kg/m2）[15]；沈陽(yáng)城市綠地有機(jī)碳含量與碳密度為24.82 g/kg和3.98 kg/m2，高于研究區(qū)周邊的郊區(qū)和農(nóng)村表層土壤[16]。

城市綠地土壤碳儲(chǔ)量大小與所處氣候（溫度和降雨量）密切相關(guān)，具有一定的地帶性特征。低緯度城市綠地土壤固存的有機(jī)碳密度在2～18 kg/m2之間[17]，在高緯度寒冷地區(qū)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量可能更大。根據(jù)Set?l?等人[18]在赫爾辛基和拉赫蒂城市進(jìn)行的公園土壤調(diào)查估計(jì)，公園土壤在0～50 cm處有機(jī)碳儲(chǔ)量高達(dá)22.0～35.5 kg/m2。中國(guó)城市綠地土壤表層有機(jī)碳密度同樣呈現(xiàn)由北向南逐漸降低的趨勢(shì)（表1）。土壤有機(jī)碳含量取決于有機(jī)質(zhì)輸入和異養(yǎng)呼吸的大小，而異養(yǎng)呼吸是由土壤溫度、水分、養(yǎng)分、氧含量以及分解凋落物的質(zhì)量、分解者群落的結(jié)構(gòu)等因素決定的[19-20]。這些環(huán)境因素都受所在區(qū)域氣候特征影響，改變了土壤的輸入和礦化過(guò)程，進(jìn)而影響土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量。

城市綠地的典型特征是土壤表層有機(jī)質(zhì)積累，有機(jī)質(zhì)和碳含量隨土壤深度的增加而明顯下降[25]。司志國(guó)[26]對(duì)徐州市綠地土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量空間分布進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，附屬綠地、防護(hù)綠地、公園綠地、生產(chǎn)綠地和道路綠地等綠地土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量均出現(xiàn)了隨深度增加而逐漸降低的趨勢(shì)，附屬綠地、公園綠地、道路綠地的0～20 cm土層有機(jī)碳密度占剖面有機(jī)碳密度的50%以上，防護(hù)綠地與生產(chǎn)綠地有機(jī)碳密度也達(dá)到了剖面有機(jī)碳密度的40%以上。武慧君等[27]在蕪湖城市森林土壤碳儲(chǔ)量特征的觀測(cè)結(jié)果中同樣發(fā)現(xiàn)了這一垂直分布趨勢(shì)。這可能與植被根系在土壤剖面中的垂直分布有關(guān)，一般認(rèn)為淺層土壤具有更高的根系生物量。由于根系周轉(zhuǎn)是有機(jī)質(zhì)進(jìn)入土壤的最重要機(jī)制之一，從而影響碳在土壤剖面中的分布[28]。

城市綠地土壤有機(jī)碳的空間分布具有較高的空間異質(zhì)性，綠地與城市核心區(qū)間的距離對(duì)土壤碳儲(chǔ)量有一定影響[29]。一般認(rèn)為，綠地土壤碳儲(chǔ)量由城市核心向城市邊緣遞減。安吉等[30]對(duì)成都—溫江這一典型的“中心城—郊區(qū)—衛(wèi)星城”梯度帶綠地土壤有機(jī)碳空間分布特征進(jìn)行研究，結(jié)果表明土壤有機(jī)碳含量隨著與城市中心距離的增加呈顯著指數(shù)降低趨勢(shì)（圖1），這一趨勢(shì)與柳云龍等[31]和丁明軍等[32]的研究結(jié)果一致。Pouyat等[33]發(fā)現(xiàn)美國(guó)紐約建成區(qū)—鄉(xiāng)村梯度上櫟樹林表層0～10 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著與城市中心距離的增加顯著降低，有機(jī)碳密度從城市到農(nóng)村呈下降趨勢(shì)。

圖1 距城市中心距離與地壤SOC含量的回歸分析[30]Fig.1 Correlation between distance from the urban center and soil SOC concentrations[30]

綠地土壤碳儲(chǔ)量與碳密度變化的同時(shí)，伴隨著土壤有機(jī)碳組分及其生物特性的改變。土壤可溶性有機(jī)碳（DOC）是土壤活性碳庫(kù)的重要組分，在生態(tài)系統(tǒng)中土壤碳遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程中發(fā)揮了不可忽視的作用。陶曉等[34]發(fā)現(xiàn)城市綠地土壤DOC含量25.91～41.57 mg/kg，在0～30 cm土壤剖面同樣呈下降趨勢(shì)。其中森林公園0～30 cm土壤DOC含量顯著高于老工業(yè)區(qū)、居民服務(wù)區(qū)和老商業(yè)區(qū)等功能區(qū)綠地土壤DOC含量，這主要是由于森林公園植物掉落物豐富，土壤微生物活性較高，從而為DOC的積累提供了良好條件。郝瑞軍等[35]觀測(cè)了城市不同功能區(qū)綠地土壤有機(jī)碳礦化過(guò)程和酶活性變化，發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)碳礦化速率與土壤有機(jī)碳、DOC及微生物量碳含量顯著相關(guān)。盧瑛等[36]對(duì)廣州市中心城區(qū)部分公園綠地0～20 cm土壤肥力特性與酶活性進(jìn)行分析，結(jié)果表明土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)。

2.2 城市綠地土壤碳排放

土壤呼吸是指土壤中的有機(jī)體和植物地下部分產(chǎn)生CO2的所有代謝作用，主要包括三個(gè)生物學(xué)過(guò)程（根呼吸、微生物呼吸及動(dòng)物呼吸）和一個(gè)非生物學(xué)過(guò)程（含碳物質(zhì)的化學(xué)氧化過(guò)程），其受環(huán)境及生物因素的綜合影響[37]。土壤呼吸相關(guān)研究可追溯至19世紀(jì)，近年來(lái)全球氣候變化導(dǎo)致的一系列環(huán)境問(wèn)題愈加嚴(yán)峻，使得土壤呼吸變化規(guī)律、測(cè)定方法、影響因素等相關(guān)研究迅猛發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)土壤呼吸的相關(guān)研究主要集中在森林、農(nóng)田、草地等自然、半自然生態(tài)系統(tǒng)，與城市土壤尤其是綠地土壤呼吸相關(guān)報(bào)道仍相對(duì)較少。

城市綠地土壤可能比其他自然土壤具有更高的土壤CO2通量。Upadhyay等[38]對(duì)印度瓦拉納西市不同城市土地利用類型土壤CO2通量進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，結(jié)果表明草坪土壤CO2通量顯著高于草地、人工林、農(nóng)業(yè)和裸地，其中城市草坪的土壤CO2通量是裸地的兩倍。這一結(jié)果與Crum等人[39]的研究相吻合，他們發(fā)現(xiàn)在美國(guó)南加州，城市草坪土壤CO2通量同樣高于農(nóng)田和裸地。此外，一些研究報(bào)告稱，與其他植被覆蓋的城市土壤相比，草坪的土壤CO2通量顯著更高[40]。草坪土壤CO2通量升高的可能原因包括：（1）刈割、草坪管理和養(yǎng)分輸入等人為干擾；（2）持續(xù)的養(yǎng)分供應(yīng)和溫度、水分條件有利于微生物活動(dòng)；（3）高根系生物量、短命植被及其分解或根系分泌物后的養(yǎng)分輸入[41]。

土壤溫度和水分條件是影響土壤CO2產(chǎn)生與排放過(guò)程的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。Upadhyay等[38]發(fā)現(xiàn)城市草坪土壤CO2通量變化主要是由土壤溫度、水分和養(yǎng)分有效性的空間和季節(jié)變化引起的。白潔等[42]對(duì)沈陽(yáng)市不同植被配置方式綠地土壤呼吸速率時(shí)空動(dòng)態(tài)進(jìn)行研究，結(jié)果表明土壤溫度與土壤呼吸時(shí)間動(dòng)態(tài)變化顯著相關(guān)。一般認(rèn)為，綠地土壤CO2通量高峰出現(xiàn)在夏季，這可能是由于冬季較低的土壤溫度會(huì)阻礙微生物的活動(dòng)，導(dǎo)致土壤碳礦化和有機(jī)質(zhì)分解減慢[43]。王亞軍等[44]開展了降雨前后城市綠地土壤呼吸和環(huán)境因子連續(xù)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)增雨顯著提高土壤濕度，土壤呼吸提高了1.43%。此外，土壤容重[38]、養(yǎng)分有效性[45]、綠地植被配置[46]等因素也對(duì)綠地土壤CO2通量有不同程度的影響。

2.3 城市綠地土壤碳固持

自工業(yè)革命以來(lái)，人類已經(jīng)越來(lái)越多地改變了全球碳循環(huán)，大氣中CO2濃度的上升已經(jīng)成為一個(gè)日益關(guān)注的問(wèn)題。城市在全球碳循環(huán)中發(fā)揮著重要作用，由于能源消耗、交通運(yùn)輸和自然或半自然生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為建筑環(huán)境的土地轉(zhuǎn)換，城市排放了大量的CO2。通過(guò)建設(shè)和改造城市基礎(chǔ)設(shè)施，提高能源和資源效率、鼓勵(lì)可持續(xù)消費(fèi)方式、減少CO2排放是氣候變化背景下亟待解決的熱點(diǎn)問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)城市碳排放量占全國(guó)排放總量的90%，城市綠地作為城市生態(tài)系統(tǒng)中唯一有生命的城市基礎(chǔ)設(shè)施，在固碳減排過(guò)程中有著不可替代的作用。土壤碳固持指通過(guò)土壤修復(fù)或推薦管理措施等方法增加土壤碳含量，而城市綠地土壤及覆蓋植被固碳過(guò)程對(duì)積極應(yīng)對(duì)氣候變化有重要作用。Pouyat等[47]發(fā)現(xiàn)美國(guó)巴爾的摩城區(qū)森林土壤的含碳量比郊區(qū)森林土壤高80%。北京多年生黑麥草、草地早熟禾和高羊茅草坪生長(zhǎng)季修剪草屑累積的固碳量均在300 g·C/m2·a，遠(yuǎn)高于中國(guó)內(nèi)蒙古典型草原年固碳水平[48]。盡管城市綠地是城市中唯一的自然碳匯，具有固碳釋氧、調(diào)節(jié)城市小氣候等重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，但城市綠地在建設(shè)和養(yǎng)護(hù)過(guò)程中同樣存在較高的能源消耗及碳源釋放。研究表明，綠化養(yǎng)護(hù)面積、綠化灌溉、綠地照明、農(nóng)藥和化肥的施用等綠地管護(hù)措施等都產(chǎn)生了較高的碳排放，在一定程度上抵消了綠地土壤的固碳效益。以晉中市社火公園為研究對(duì)象，對(duì)運(yùn)行維護(hù)階段不同養(yǎng)護(hù)措施碳排放量進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，灌溉類措施產(chǎn)生的碳排放可達(dá)公園綠地碳排放總量的70%以上[49]。因此，如何綜合提高城市綠地土壤固碳潛力，仍需要長(zhǎng)期深入研究。

城市綠地土壤通過(guò)地上植被光合作用和土壤碳蓄積過(guò)程被認(rèn)為是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要碳匯之一。Bae等[50]對(duì)韓國(guó)首爾一公園內(nèi)2003年至2013年間不同類型綠地土壤有機(jī)碳含量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，10年間土壤有機(jī)碳含量增長(zhǎng)2.5倍。羅上華[21]發(fā)現(xiàn)1984年至2010年期間北京市綠地土壤有機(jī)碳的總儲(chǔ)量增加了0.507 Mt。以上研究表明，城市綠地具有一定的固碳潛力。土壤有機(jī)碳礦化速率是土壤碳素周轉(zhuǎn)的重要環(huán)節(jié)，綠地土壤有機(jī)碳積累可能與土壤礦化速率變化密切相關(guān)。李娟[51]發(fā)現(xiàn)公園綠地土壤有機(jī)碳礦化強(qiáng)度及礦化潛力均隨種植年限增加而降低。此外，單一園林植被種植模式下土壤礦化強(qiáng)度及礦化潛力較高，也不利于土壤碳的積累。

3 綠地土壤固碳的主要影響因素

3.1 綠地植被組成與類型

優(yōu)勢(shì)植物的功能屬性強(qiáng)烈影響土壤形成和植物—土壤系統(tǒng)的功能。例如，快速生長(zhǎng)和緩慢生長(zhǎng)的植物在凋落物上的不同，促進(jìn)了細(xì)菌或真菌食物網(wǎng)的形成[52]。根據(jù)植物功能群和兩種土壤微生物群的相對(duì)優(yōu)勢(shì)，具有這種食物網(wǎng)的系統(tǒng)之間的分解和土壤有機(jī)質(zhì)積累存在一定差異[53]。在家庭花園[54]和城市公園[16]中進(jìn)行的一些研究發(fā)現(xiàn)，植被組成與結(jié)構(gòu)影響根際土壤碳積累速度，進(jìn)而改變土壤特性。植被覆蓋度也會(huì)影響土壤碳含量，木質(zhì)植被由于具有較高的覆蓋度可能比草坪擁有更高的土壤碳儲(chǔ)量。例如，Bae和Ryu[50]發(fā)現(xiàn)在韓國(guó)首爾的一個(gè)城市公園中，混交林的有機(jī)碳儲(chǔ)量最高，其次是常綠林、闊葉林以及草坪。同樣，Livesley等[17]在對(duì)澳大利亞墨爾本13個(gè)高爾夫球場(chǎng)綠地的研究中發(fā)現(xiàn)，樹冠覆蓋區(qū)域的土壤碳濃度高于附近的草地區(qū)域。這些研究表明，木本植物在增加城市土壤碳庫(kù)中具有更為突出的作用。高植物多樣性通過(guò)提高碳輸入和增加土壤微生物群落多樣性和活性，或通過(guò)抑制分解產(chǎn)生的碳損失來(lái)增加土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量。

3.2 人類活動(dòng)

綠地養(yǎng)護(hù)、人群踩踏、城市建設(shè)過(guò)程中的土地利用變化等人類活動(dòng)對(duì)土壤碳庫(kù)的影響可能超過(guò)自然環(huán)境的影響。Edmondson等[54]發(fā)現(xiàn)英國(guó)Leicester市家庭花園土壤有機(jī)碳濃度與含量均顯著高于非家庭花園土壤，這可能是由于家庭花園中添加了更多的外源有機(jī)質(zhì)，包括泥炭、堆肥、有機(jī)肥料及植被掉落物等，從而增加土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量。綠化植物廢棄物覆蓋后土壤微生物周轉(zhuǎn)速率加快，微生物活性增強(qiáng)，同時(shí)能夠降低土壤密度，提高土壤保水能力，從而促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的積累[55]。城市化進(jìn)程中的高強(qiáng)度建設(shè)施工、土地利用類型轉(zhuǎn)變導(dǎo)致的土壤退化，如廢物污染、土壤養(yǎng)分流失、土壤結(jié)構(gòu)破壞等會(huì)加劇綠地土壤碳庫(kù)損失[6]。綠地土壤受游客踩踏等活動(dòng)的影響，導(dǎo)致不同程度的土壤壓實(shí)，增加土壤容重，進(jìn)而影響土壤呼吸等碳素周轉(zhuǎn)過(guò)程。城市綠地轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌杆孛嬉矔?huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)碳和植被碳的大量流失[56]。此外，城市化過(guò)程還會(huì)引起物種分布的均質(zhì)化，植物多樣性可能隨著城市化梯度的變化而增加或減少。研究表明植物多樣性強(qiáng)烈影響生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)，包括土壤碳儲(chǔ)量。Lange等[57]較高的植物多樣性增加了根際對(duì)微生物群落的碳輸入，從而增加了微生物活性和碳儲(chǔ)量。因此城市化過(guò)程中的植物多樣性演變與分布也在一定程度上作用于綠地土壤碳的積累。

3.3 時(shí)間跨度

除有機(jī)質(zhì)輸入和分解的影響外，時(shí)間對(duì)城市土壤碳動(dòng)態(tài)也有一定的影響。城市土地利用變化，如公園建設(shè)，往往涉及表土清除、土壤遷移、表面分級(jí)和壓實(shí)。土壤擾動(dòng)影響碳的封存和釋放，需要較長(zhǎng)時(shí)間才能最終獲得新的碳儲(chǔ)量平衡。在新建立的草坪系統(tǒng)中，土壤碳庫(kù)在大約30～50年后達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)[58]。在住宅庭院、街道樹木種植和公園中，時(shí)間被認(rèn)為是影響城市土壤物理、化學(xué)和生物特性的最顯著因素[6]。與新建綠地（平均建成時(shí)間9年）相比，建成時(shí)間較久的綠地（平均建成時(shí)間64年）土壤容重明顯降低，微生物生物量和活性增加，有機(jī)質(zhì)也增加[6]。由于根源碳的平均停留時(shí)間是莖源碳的兩倍，建成時(shí)間較短的公園綠地土壤根系生物量較少，因此其根源碳含量較低，所以土壤有機(jī)碳含量低于建成時(shí)間較長(zhǎng)的公園綠地[59]。

4 研究展望

與森林、農(nóng)田等生態(tài)系統(tǒng)相比，城市生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究仍處于初級(jí)階段。城市綠地作為自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有不可忽視的生態(tài)服務(wù)功能。城市化是當(dāng)代人類社會(huì)最顯著的特征之一，城市化過(guò)程對(duì)城市綠地分布、生態(tài)過(guò)程與功能等方面的影響逐漸成為生態(tài)學(xué)、地理學(xué)等領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。關(guān)于全球環(huán)境變化過(guò)程中城市綠地土壤固碳減排響應(yīng)的認(rèn)識(shí)大部分仍基于單個(gè)城市內(nèi)局部綠地的研究，不同氣候帶、不同城市化進(jìn)程、不同土地利用轉(zhuǎn)變歷史條件下，城市綠地土壤碳循環(huán)過(guò)程研究仍十分匱乏。因此，開展更大時(shí)空尺度的生態(tài)觀測(cè)研究，比較分析城市綠地與其他生態(tài)系統(tǒng)類型土壤碳循環(huán)過(guò)程的異同，綜合社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，有助于全面、深入地理解高強(qiáng)度人類活動(dòng)城市化過(guò)程中城市綠地土壤碳循環(huán)過(guò)程變化與機(jī)制。目前，人類活動(dòng)與環(huán)境變化對(duì)城市綠地土壤碳循環(huán)的影響機(jī)制方面仍存在諸多不確定因素，人類活動(dòng)干擾、土壤環(huán)境與地上植被如何相互作用，進(jìn)而作用于土壤碳庫(kù)的形成與轉(zhuǎn)化依然是相關(guān)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。此外，城市綠地規(guī)劃與管理在綠地土壤固碳減排方面的重要作用日益突出，將綠地建設(shè)管護(hù)過(guò)程中的能源消耗與碳排放整合到綠地固碳效益與潛力研究中，根據(jù)綠地土壤固碳能力優(yōu)化城市綠地管理措施，助力城市生態(tài)系統(tǒng)固碳減排。