南充市城市綠地表層土壤有機碳、氮密度分布特征

傅 裕，王 建

（西華師范大學地理科學學院，四川 南充 637009）

土壤碳庫作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，是生物碳庫的3倍，是大氣碳庫的2倍［1-2］，其微小變化將顯著改變二氧化碳、甲烷等溫室氣體的排放進程，進而對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和全球氣候環(huán)境變化產(chǎn)生深刻影響［3-4］。氮元素作為植物生長需求量最大的營養(yǎng)元素，其含量的多少往往成為限制土壤上覆植被生長的重要環(huán)境因子［5］。此外，土壤中氮素還是溫室氣體氧化亞氮的重要來源，其在土壤中的變化也會影響到溫室氣體的排放過程，進而改變?nèi)驓夂蚍植几窬郑?］。因此，不同生態(tài)系統(tǒng)土壤碳、氮研究一直是全球變化研究中倍受關注的熱點領域。然而，目前對土壤碳、氮的研究重點多集中在農(nóng)田和森林生態(tài)系統(tǒng)上，而在大量人口聚居地——城市生態(tài)系統(tǒng)的研究相對缺乏，有關城市土壤碳、氮循環(huán)的研究尚處在早期的起步階段［7-8］。

20世紀50年代，全球僅有30%的人口居住在城市，到2020年，全球城鎮(zhèn)化率已經(jīng)上升到56.2%，預計到2030年將達到60.4%［9-10］。我國的城鎮(zhèn)化率在2020年末已超過60%，高于世界平均水平［11］?？焖俪鞘谢^程中強烈的人類活動使原有自然土壤遭到破壞，改變了原有土壤的理化性質(zhì)，由此產(chǎn)生了一類特殊的土壤——城市土壤［12］。城市土壤在城市生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的角色，不僅決定著上覆植被的生長狀況，更時刻通過參與土壤碳、氮循環(huán)而影響區(qū)域碳、氮平衡狀況［13］。以往研究認為，城市化過程引起的熱島效應、土壤上覆凋落物的清理以及外來堿性侵入體的輸入等人類活動均導致城市土壤有機碳含量偏低［14-15］。然而，由于受到城市上空大氣的高氮沉降和人為氮施肥等輸入的影響，城市土壤全氮含量相對較高［16］。當然，也有研究者并不支持城市土壤低有機碳和高氮這一觀點，如邊振興等［17］認為城市土壤在接受了大量生活垃圾等有機物質(zhì)的輸入后，其有機碳呈明顯的富集特征；郝瑞軍等［18］和陳青松等［19］也認為城市土壤中大量的建筑垃圾侵入加速了土壤氮素的流失，其全氮含量明顯低于郊區(qū)農(nóng)田土壤。由此可見，城市土壤有機碳和全氮分別是土壤碳、氮庫中較為活躍的部分，在多重人為因素的交互影響下，城市綠地土壤碳、氮含量在不同時間階段、不同類型城市和城市內(nèi)部不同功能區(qū)均表現(xiàn)出明顯的差異，但目前針對城市土壤碳、氮變化特征仍缺乏統(tǒng)一認識的規(guī)律性［20-21］。因此，以往研究并不足以完全揭示城市土壤碳、氮異常復雜的變化規(guī)律和影響機制，亟待深入開展城市土壤碳、氮方面的系統(tǒng)研究。

南充市是成渝經(jīng)濟群的重要核心城市之一，是川東北城市群核心城市［22］。近年來快速的經(jīng)濟發(fā)展使南充城區(qū)城市化發(fā)展迅猛，在城市化推進過程中，南充城區(qū)周邊農(nóng)耕地和居民點等用地轉變成了城市建設用地，原有土地利用方式發(fā)生了根本性改變，在城市內(nèi)部形成了不同的植被類型、不同的功能區(qū)、不同的綠地類型和不同利用年限的城市土壤，這些改變都將深刻影響著城市土壤的碳、氮循環(huán)過程。因此，本文以城市表層土壤為研究對象，從植被類型、功能區(qū)和利用年限等多視角出發(fā)，定量分析南充城市綠地土壤有機碳和氮密度的空間分布特征及其影響因素。本研究的開展不僅可以豐富南充等中小城市生態(tài)系統(tǒng)的碳、氮循環(huán)研究內(nèi)容，還有助于合理地開發(fā)利用和保護城市土地資源，為提高城市土地可持續(xù)發(fā)展提供科學參考。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

南充市位于四川省東北部（30°35′～31°51′ N、105°27′～106°58′ E），長江一級支流嘉陵江中游，地形上北邊以低山為主，南部以丘陵為主，地勢上北高南低，由北向南傾斜，海拔256～889 m。氣候為典型的中亞熱帶濕潤季風氣候，冬暖夏熱，年平均氣溫15.6～17.4℃；年降水量主要集中于5～9月，其多年平均值為980～1150 mm。截至2019年底，南充市常住人口643.50萬，城鎮(zhèn)化率為49.72%，城市建成區(qū)面積達153 km2，城市綠化覆蓋率達40.54%。近年來，城市化擴張使南充城市生態(tài)系統(tǒng)形成了以商業(yè)、文教、工業(yè)等為主的綠地功能區(qū)和以公園、防護、道路等為主的綠地類型［23-24］。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設置和樣品采集

選取南充市主城區(qū)典型城市綠地132個樣點，根據(jù)不同植被類型劃分為常綠林44個、落葉林31個、灌木27個、草本30個；根據(jù)不同綠地類型劃分為公園綠地18個、附屬綠地48個、防護綠地33個、道路綠地21個、街頭綠地12個；根據(jù)不同功能區(qū)劃分為文教區(qū)33個、商業(yè)區(qū)47個、居住區(qū)33個、工業(yè)區(qū)19個；根據(jù)不同利用年限劃分為0～10年48個，10～20年43個、＞20年41個。確定好樣點并規(guī)劃好路線后，用直徑2.5 cm土鉆按照“S”形在每個選好的樣點鉆取土壤樣品，土壤樣品的采集分0～10和10～20 cm 2個土層進行，采集后的土壤樣品用四分法取約1 kg土壤裝于自封袋中。同時，用環(huán)刀采集土壤樣品用于土壤容重測定。具體采樣點分布如圖1所示，于2018年7～8月土壤樣品采集。

圖1 采樣點位置圖

1.2.2 樣品分析與測定

環(huán)刀采集的土樣于105℃烘干測定土壤容重。土壤樣品進行風干處理，風干后將土壤過2 mm篩，用以測定土壤中＞2 mm的礫石含量。研磨土壤樣品過0.149 mm篩，用于土壤有機碳和全氮的測定。具體測定方法如下：容重用環(huán)刀法測定；有機碳用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測定；全氮用半微量凱氏定氮法測定［24］。

1.2.3 土壤有機碳、氮密度計算

土壤有機碳密度是指單位面積一定厚度土層中土壤有機碳的儲量，通常由土壤有機碳含量、礫石含量、土壤容重、土層厚度共同決定，其計算公式為［25］：

式中，SOCD為土壤有機碳密度（t·hm-2）；Ci為第i層土壤有機碳含量（g·kg-1）；Di為第i層土壤容重（g·cm-3）；Ei為第i層土層厚度（cm）；δi為第i層土壤中直徑＞2 mm的礫石含量（體積百分數(shù)）。土壤氮密度（SND）的計算方法參照上述有機碳密度進行，將上式中土壤有機碳含量替換為土壤全氮含量進行計算即可。

1.3 數(shù)據(jù)處理

顯著性差異用LSD最小顯著差數(shù)法進行比較，取95%為顯著性水平，然后用字母標記法表示。單因素方差分析、二因素方差分析和LSD多重比較均用SPSS 22.0完成，相關柱狀圖用Sigmaplot 12.5完成。本文中提到的所有顯著性水平“**”、“*”和“NS”分別代表P＜0.01、P＜0.05和不顯著。

2 結果與分析

2.1 城市綠地土壤有機碳、氮密度總體特征

從表1可以看出，南充城市土壤0～20 cm土層平均有機碳密度為41.93 t·hm-2，變幅在3.78～110.49 t·hm-2之間。在垂直方向上，0～10和10～20 cm 土層土壤有機碳密度均值分別為25.05和16.87 t·hm-2，且隨土壤深度增加而減小，變異系數(shù)分別為58.29%和71.37%，離散程度均屬中等水平。城市土壤0～20 cm土層平均氮密度為3.65 t·hm-2，變幅在1.19～6.54 t·hm-2之間。在垂直方向上，0～10和10～20 cm土層土壤氮密度均值分別為2.39和1.26 t·hm-2，且隨土壤深度增加而減小，變異系數(shù)分別為30.61%和24.40%，離散程度均屬中等水平。

表1 南充市綠地土壤有機碳、氮密度統(tǒng)計特征值

2.2 不同植被類型土壤碳、氮密度分布特征

植被類型對土壤有機碳密度的影響已達極顯著水平（P＜0.01，表2）。0～20 cm土層中，4種植被類型下土壤有機碳密度均值大小表現(xiàn)為：落葉林（48.55 t·hm-2）＞常 綠 林（44.27 t·hm-2）＞灌木（43.62 t·hm-2）＞草本（30.11 t·hm-2）（圖2）。不同土層中，上層和下層有機碳密度均在落葉林中最大，分別為27.21和21.34 t·hm-2，最小值均出現(xiàn)在草本中，分別為19.49和10.62 t·hm-2，方差分析表明，有機碳密度在不同土層間差異極顯著（P＜0.01，表2）。此外，植被類型和土層深度的綜合效應對土壤有機碳密度影響不顯著（P＞0.05，表2）。

0～20 cm土層中，4種植被類型下土壤氮密度均值大小表現(xiàn)為：灌木（3.78 t·hm-2）＞常綠林（3.76 t·hm-2）＞落葉林（3.54 t·hm-2）＞草本（3.49 t·hm-2），然而，方差分析結果表明土壤氮密度在不同植被類型下的差異并不顯著（P＞0.05，圖2和表2）。從不同深度看，土層對土壤氮密度的影響達極顯著水平（P＜0.01，表2），0～10 cm土層氮密度在常綠林中最大（2.49 t·hm-2），10～20 cm土層在灌木中最大（1.31 t·hm-2）。上、下土層氮密度最小值均出現(xiàn)在草本中，分別為2.27和1.21 t·hm-2。此外，植被類型和土層深度的綜合效應對土壤氮密度影響也不顯著（P＞0.05，表2）。

表2 綠地土壤礫石含量、容重、有機碳密度和氮密度二因素方差分析結果

圖2 不同植被類型綠地土壤有機碳、氮密度

2.3 不同綠地類型土壤有機碳、氮密度分布特征

不同綠地類型下土壤有機碳密度差異顯著（P＜0.05，表2），5種綠地類型土壤0～20 cm平均有機碳密度依次為：公園綠地（50.03 t·hm-2）、道路綠地（49.56 t·hm-2）、防護綠地（44.11 t·hm-2）、附屬綠地（36.53 t·hm-2）、街頭綠地（31.98 t·hm-2）。從土壤分層來看，0～10 cm土層仍以公園綠地（30.96 t·hm-2）有機碳密度最大，10～20 cm土層則以道路綠地（21.85 t·hm-2）最大，街頭綠地有機碳密度在2個土層均最低，分別為18.46和13.53 t·hm-2。不同利用方式下，0～10 cm土層土壤有機碳密度差異較大，公園綠地與街頭綠地差異達到1.56倍。10～20 cm深度區(qū)間內(nèi)，土壤有機碳密度沒有顯著差異。從表2可以看出，土層深度對不同類型綠地土壤有機碳密度的影響極顯著（P＜0.01），此外，綠地類型和土層深度的綜合效應對土壤有機碳密度的影響不顯著（P＞0.05）。

土壤氮密度在不同綠地類型間差異不大（P＞0.05，圖3和表2），南充市5種綠地類型土壤中，0～20 cm土層平均氮密度依次為街頭綠地（4.33 t·hm-2）、公園綠地（3.99 t·hm-2）、附屬綠地（3.63 t·hm-2）、防護綠地（3.50 t·hm-2）、道路綠地（3.28 t·hm-2）。從土壤分層來看，0～10 cm土層氮密度以街頭綠地（2.95 t·hm-2）最大，道路綠地（2.24 t·hm-2）最小，10～20 cm土層以公園綠地（1.42 t·hm-2）最大，防護綠地（1.16 t·hm-2）最小。不同利用方式下，0～10 cm土層土壤有機碳密度差異較大，街頭綠地與道路綠地差異達到1.43倍。10～20 cm土層區(qū)間內(nèi)，土壤氮密度沒有顯著差異（圖3）。從表2可以看出，土層深度對氮密度的影響極顯著（P＜0.01），此外，綠地類型和土層深度的綜合效應對土壤氮密度的影響不顯著（P＞0.05）。

圖3 不同綠地類型土壤有機碳、氮密度

2.4 不同功能區(qū)綠地土壤有機碳、氮密度分布特征

土壤有機碳密度在不同功能區(qū)的差異較?。≒＞0.05，表2）。各功能區(qū)綠地表層土壤有機碳平均密度在工業(yè)區(qū)最大（46.51 t·hm-2），商業(yè)區(qū)（44.95 t·hm-2）、文 教 區(qū)（41.46 t·hm-2）次之，居住區(qū)最?。?5.45 t·hm-2）。從空間變異來看，居住區(qū)土壤有機碳密度變異系數(shù)最大（0.58），工業(yè)區(qū)最小（0.40），各功能區(qū)均屬于中等強度變異（圖4）。從土壤分層來看，不同土層間土壤有機碳密度均達到極顯著差異水平（P＜0.01，表2），其中，0～10 cm土層仍以工業(yè)區(qū)（31.25 t·hm-2）有機碳密度最大，10～20 cm土層以商業(yè)區(qū)（19.13 t·hm-2）最大，居住區(qū)有機碳密度在兩個土層均最低，分別為20.21和15.23 t·hm-2。此外，二因素方差分析表明功能區(qū)和土層深度的綜合效應對土壤有機碳密度影響也不顯著（P＞0.05，表2）。

各功能區(qū)綠地表層土壤平均氮密度存在顯著差異（P＜0.05，表2），文教區(qū)最大（3.92 t·hm-2），商業(yè)區(qū)（3.74 t·hm-2）、工業(yè)區(qū)（3.40 t·hm-2）次之，居住區(qū)最?。?.40 t·hm-2），文教區(qū)比商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)和居住區(qū)分別高4.79%、15.23%和15.28%。從空間變異來看，工業(yè)區(qū)土壤氮密度變異系數(shù)最大（0.25），商業(yè)區(qū)最?。?.22），各功能區(qū)均屬于中等強度變異（圖4）。從土壤分層來看，不同土層間土壤氮密度均達到極顯著差異水平（P＜0.01，表2），其中，0～10 cm土層氮密度以文教區(qū)（2.66 t·hm-2）最大，居住區(qū)（2.14 t·hm-2）最?。?0～20 cm土層以商業(yè)區(qū)（1.33 t·hm-2）最大，工業(yè)區(qū)（1.12 t·hm-2）最小。此外，二因素方差分析表明，功能區(qū)和土層深度的綜合效應對土壤氮密度影響達顯著水平（P＜0.05，表2）。

圖4 不同功能區(qū)綠地土壤有機碳、氮密度

2.5 不同利用年限綠地土壤有機碳、氮密度分布特征

為了解綠地利用年限對土壤有機碳密度的影響，將采集的樣點按形成時期以10年為間隔分成3種利用年限類型（表3）。結果顯示，利用年限增加，土壤有機碳密度極顯著增加（P＜0.01，表2），其中，綠地利用年限在10～20年的土壤有機碳密度是10年以內(nèi)的1.44倍，20年以上綠地分別是10年以內(nèi)和10～20年的1.72和1.20倍（表3）。不同利用年限的土層深度對土壤有機碳密度影響達極顯著水平（P＜0.01，表2），兩個土層的有機碳密度均在10年內(nèi)最低，20年以上最高。此外，二因素方差分析表明，利用年限和土層深度的綜合效應對土壤有機碳密度的影響不顯著（P＞0.05，表2）。

方差分析表明，綠地利用年限對土壤氮密度的影響顯著（P＜0.05，表2），主要表現(xiàn)為隨著綠地利用年限增加，土壤氮密度先增加后減少。綠地利用年限在10～20年的土壤氮密度值是10年以內(nèi)的1.07倍，20年以上綠地相較于10～20年有所下降，分別是10年以內(nèi)和10～20年的1.30和1.11倍（表3）。從土壤分層來看，不同利用年限的土層深度對土壤氮密度影響極顯著（P＜0.01，表2），兩個土層氮密度均在10～20年達到最大值。此外，二因素方差分析表明，利用年限和土層深度的綜合效應對土壤氮密度的影響未達顯著水平（P＞0.05，表2）。

表3 不同利用年限綠地土壤有機碳、氮密度

3 討論

3.1 不同植被類型綠地土壤碳、氮分布特征

不同植被類型下土壤礫石含量和容重差異不顯著，因此土壤有機碳密度由有機碳含量決定（表2）。與自然森林土壤一樣，凋落物和根系輸入仍是城市土壤有機碳的重要來源。城市土壤上覆植被通過凋落物分解和根系分泌輸入等方式，間接決定著土壤有機碳含量的分布特征，植被類型不同，土壤有機碳差異較大［26］。以往研究認為，灌木的郁閉度低于喬木，其凋落物量小于喬木［27］，而落葉林凋落物量常常大于常綠林［28］，本研究也發(fā)現(xiàn)落葉林土壤有機碳密度最高，常綠林次之，灌木最小，該結果與劉蔚漪等［29］的研究報道一致。草本則因其凋落物量常年較少且易于分解，其土壤有機碳密度一般較?。?0］，本文中也發(fā)現(xiàn)草本土壤有機碳密度小于其他植被類型。因此，僅從生物因子影響角度來看，不同植被類型下土壤有機碳密度的這種差異，說明南充市綠地土壤有機碳積累仍然符合自然狀態(tài)下的積累過程。

與土壤有機碳類似，不同植被類型下土壤氮密度由全氮含量決定（表2）。植被類型的差異是引起城市土壤氮密度變化的重要原因。地表凋落物中有機氮的輸入是土壤氮素的重要來源，以往研究發(fā)現(xiàn)，落葉林的土壤氮密度要大于常綠林［31］，而喬木林土壤氮密度則大于灌木［32］。然而，本研究中4種植被類型下土壤氮密度均值大小表現(xiàn)為灌木＞常綠林＞落葉林＞草本，這可能與城市土壤中氮素來源的復雜性有關，除了凋落物中氮的自然輸入外，人為施加氮肥、城市工業(yè)生活廢水和汽車尾氣排放等也是城市土壤氮的重要來源［24］。本研究中灌木和常綠林的采樣多集中于公園和學校，施肥等人為管護措施相對頻繁，而落葉林的采樣點多位于居住區(qū)和道路兩旁，施肥等管護措施相對較弱；劉為華等［33］在上海城市森林的研究中也發(fā)現(xiàn)了灌木林土壤全氮含量高于喬木林，常綠林土壤全氮含量高于落葉林的現(xiàn)象。

3.2 不同綠地類型土壤的碳、氮分布特征

城市土壤有機碳密度的空間差異是自然與人為因素共同作用的結果，方差分析表明，土壤容重和有機碳含量共同決定了不同綠地類型土壤有機碳密度的分布特征（表2）。本研究中不同綠地類型土壤0～20 cm有機碳密度依次為：公園綠地、道路綠地、防護綠地、附屬綠地、街頭綠地（圖3）。由于南充市公園管理措施比較完善，園內(nèi)植被類型豐富，植被長勢較好，凋落物歸還土壤的有機碳增加；此外，公園人流量集中，土壤踩踏現(xiàn)象頻繁，土壤容重偏高，因此土壤有機碳密度相對較高［34］。而道路綠地因接收了大量來自汽車尾氣排放的有機污染物，通常其土壤有較高的有機碳密度［35］。相比之下，位于衛(wèi)生隔離林和道路防護林中的防護綠地植被養(yǎng)護欠缺，長勢欠佳，土壤較為貧瘠，有機碳密度相對較低［30］。附屬綠地的采樣點多數(shù)位于居住區(qū)，部分位于學校，學校植被管護良好，植被生長良好，土壤肥沃，有機碳密度較高；而居住區(qū)植被多缺乏養(yǎng)護，土壤肥力弱，有機碳密度相對較低，兩者綜合作用使得附屬綠地有機碳密度偏低。同樣是位于街道附近，街頭綠地土壤有機碳密度遠小于道路綠地，這主要與兩者綠地植被種類差異有關。實際采樣時發(fā)現(xiàn)，南充市道路綠地植被類型多以喬木為主，凋落物輸入有機碳數(shù)量多；而街頭綠地為了保持其觀賞性，多以種植灌木和草坪為主，凋落物輸入有機碳數(shù)量少［36］。

同樣，不同綠地類型下土壤氮密度的差異主要取決于全氮含量（表2）。城市土壤氮含量不僅受到上覆植被的影響，同時還受到施肥、垃圾輸入和外來侵入體等人為活動的干擾［19，37］。因此，城市綠地利用方式對土壤氮密度影響顯著。本研究中不同綠地類型土壤0～20 cm氮密度依次為：街頭綠地、公園綠地、附屬綠地、防護綠地、道路綠地（圖3）。街頭綠地以灌木和草坪為主，其氮施肥次數(shù)相對比較頻繁，且接受了大量來自汽車尾氣排放的含氮有機物，因而土壤氮密度最高。與土壤有機碳類似，公園綠地由于管護到位，植被生長茂盛，凋落物和根系輸入有機氮數(shù)量多，因而土壤氮密度也較高［18］。道路綠地雖接受了少量汽車尾氣中氮的輸入，但因施肥等人工管護措施較少，植被長勢較差，其輸入土壤氮含量較低，因而土壤氮密度最小，該結果與美國巴爾的摩的研究結果一致［38］。與土壤有機碳密度類似，附屬綠地的采樣點多位于居住區(qū)，防護綠地多位于人為管護力弱的區(qū)域，這兩類綠地土壤上覆植被長期缺乏人工管理，土壤相對貧瘠，氮密度相對較低。

3.3 不同功能區(qū)綠地土壤碳、氮分布特征

不同功能區(qū)的土壤礫石含量和容重間無顯著差異，因而，土壤有機碳密度取決于有機碳含量的差異（表2）。本研究中不同功能區(qū)土壤0～20 cm土層的有機碳密度依次為：工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、文教區(qū)、居住區(qū)（圖4）。工業(yè)區(qū)內(nèi)化工廠、電廠、造紙廠等企業(yè)產(chǎn)生的“三廢”中的廢水和廢渣長期沉積在土壤中，增加了土壤的有機碳來源，使南充市工業(yè)區(qū)土壤有機碳密度相對較高，該結果與張小萌等［39］對烏魯木齊城區(qū)的研究結果一致。商業(yè)區(qū)植被凋落物大多沒有被清掃，有機碳歸還進入土壤的數(shù)量相對穩(wěn)定，因此商業(yè)區(qū)土壤有機碳密度較大，僅次于工業(yè)區(qū)。文教區(qū)管護到位，植被凋落物掉落后多被及時清掃，土壤有機碳來源減少，因此有機碳密度相對較小，次于商業(yè)區(qū)和工業(yè)區(qū)。居住區(qū)植被一方面遠離工業(yè)區(qū)和城市干道，有機污染物輸入的有機碳數(shù)量少，另一方面人工管護相對缺乏，植被長勢較差，土壤肥力弱，有機質(zhì)相對缺乏。本研究也發(fā)現(xiàn)居住區(qū)土壤有機碳密度最低，這與孫艷麗等［40］對開封的報道結果一致。

與土壤有機碳密度類似，土壤氮含量決定了氮密度在不同功能區(qū)的差異（表2）。已有研究中，西寧市不同功能區(qū)土壤氮含量差異表現(xiàn)為：風景區(qū)＞礦治區(qū)＞老居民區(qū)＞廣場區(qū)＞商業(yè)區(qū)＞開發(fā)區(qū)［41］；Pouyat等［38］對美國巴爾的摩的土壤氮含量研究結果為：居住區(qū)＞公園＞商業(yè)區(qū)＞工業(yè)區(qū)。南充市不同功能區(qū)綠地土壤氮密度差異顯著，從大到小依次為：文教區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、居住區(qū)（圖4）。文教區(qū)綠地土壤上覆植被雖被及時清掃，但人工管護到位，管理過程中氮肥施用頻繁，兩者綜合作用使得其土壤氮密度最大。商業(yè)區(qū)植被枯枝落葉未及時清理使得凋落物中氮返回土壤的數(shù)量增加，因此，商業(yè)區(qū)土壤氮密度僅次于文教區(qū)。工業(yè)區(qū)土壤氮密度偏低的原因可能與某些樣點受到了臨近化工廠生產(chǎn)的含氮有機廢棄物的污染有關［42］。居住區(qū)由于長期缺乏合理的施肥等人工管護［34］，加上凋落物多被及時清掃［15］，土壤中氮輸入數(shù)量低，土壤氮密度相對于其他3個功能區(qū)最小。

3.4 不同利用年限綠地土壤碳、氮分布特征

城市土壤有機碳密度在不同時期表現(xiàn)出不同的特征。以往研究發(fā)現(xiàn)，隨著綠地利用年限的增加，土壤有機碳密度也在增加，并且隨著年份的推延，增加幅度漸趨放緩［43］。這是因為城市綠地土壤形成早期，土層經(jīng)人為干擾后仍處于紊亂狀態(tài)，其地表植被生長不穩(wěn)定，土壤有機碳密度相對較低。隨著綠地利用年限的增加，土壤上覆植被生長良好，輸入土壤的有機質(zhì)數(shù)量相對穩(wěn)定，土壤逐漸擺脫形成初期人為干擾的影響，開始在成土因素的作用下按照正常的土壤發(fā)育過程方向發(fā)展，并進入持續(xù)穩(wěn)定的狀態(tài)［44］。本研究結果也發(fā)現(xiàn)，20年以上的綠地土壤有機碳密度最大，10～20年的綠地土壤有機碳密度次之，10年以內(nèi)的綠地土壤有機碳密度最小。

同樣，隨著綠地利用年限的增加，土壤氮密度也呈現(xiàn)出類似于有機碳密度的變化特征，即隨著利用年限的增加，氮密度增大，分析原因可能也與土壤上覆植被在生長穩(wěn)定后對土壤中氮的持續(xù)輸入有關［45］，當然城市化過程中持續(xù)的高氮沉降和頻繁的施氮肥也是導致氮密度增加的重要原因［16］。但相對于城市土壤有機碳密度，氮密度擾動后恢復速度較低，主要表現(xiàn)為20年以上土壤氮密度相對10～20年間有輕微下降，可能與20年以上土壤中較高微生物氮礦化速率加快了城市土壤的氮素損失有關［46］，具體原因有待結合土壤微生物相關指標進行更深入的探討。

4 結論

（1）南充市主城區(qū)城市表層土壤有機碳和氮密度存在一定程度的空間變異性，離散程度屬中等。0～20 cm土壤有機碳密度在3.78～110.49 t·hm-2之間，均值為41.93 t·hm-2；0～20 cm土壤氮密度在1.19～6.54 t·hm-2之 間，均值為3.65 t·hm-2；垂直深度上，土壤有機碳和氮密度均表現(xiàn)出隨土壤深度的增加而降低的趨勢。

（2）植被類型對土壤有機碳密度的影響顯著，其均值從大到小依次為：落葉闊葉林、灌木、常綠闊葉林、常綠針葉林、草本，而土壤氮密度在不同植被類型間差異不顯著。公園綠地、道路綠地、防護綠地、附屬綠地和街頭綠地5類綠地土壤有機碳密度差異顯著，其均值依次減小，而5類綠地類型間土壤氮密度差異不顯著。不同功能區(qū)綠地土壤有機碳密度差異未達到顯著水平，而工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、文教區(qū)、居住區(qū)4種城市功能區(qū)的綠地土壤氮密度差異極顯著，均值依次減小。綠地利用年限越久，土壤有機碳密度越大，而土壤氮密度呈先增加后輕微降低的趨勢。

（3）除自然因素外，強烈的人為活動是造成不同植被類型、綠地類型、功能區(qū)和綠地利用年限下土壤碳、氮密度變化的主要原因。人為活動干擾程度低，土壤恢復原有自然屬性時間短，上覆植被生長旺盛，土壤中碳、氮密度較高；反之，土壤碳、氮密度較低。因此，未來園林規(guī)劃中應該合理選配城市樹種、加強綠地科學管護并適當降低城市化過程中的人為干擾強度，這對提高城市綠地土壤碳、氮密度和肥力水平，促進城市綠地科學健康發(fā)展具有重要意義。