重慶市中心城區(qū)公園綠地土壤有機(jī)碳含量及密度分布特征

摘 要 公園綠地土壤是植物生長的基礎(chǔ)與養(yǎng)分儲備庫，同時作為碳循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，公園綠地土壤在溫室氣體的吸收與固定中發(fā)揮著不可忽視的作用。通過對重慶市內(nèi)中心城區(qū)52個公園綠地土壤進(jìn)行調(diào)查、檢測和分析，計算土壤有機(jī)碳含量及密度，掌握重慶市中心城區(qū)公園綠地土壤有機(jī)碳含量及密度特征水平。結(jié)果表明：重慶市中心城區(qū)公園綠地表層土壤有機(jī)碳含量為3.1～42.9 g·kg-1，有機(jī)碳密度為4.3～71.0 t·hm-2，建設(shè)年代相對久遠(yuǎn)的公園的有機(jī)碳密度含量相對偏高，土壤容重直接影響土壤有機(jī)碳密度，呈負(fù)相關(guān)。

關(guān)鍵詞 公園綠地；土壤碳庫；有機(jī)碳密度；土壤質(zhì)量；重慶市中心城區(qū)

中圖分類號：S714.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.21.019

大氣中CO2等溫室氣體含量持續(xù)升高導(dǎo)致的全球氣候變化已成為當(dāng)今國際社會普遍關(guān)注的全球性問題。它不僅影響人類的生存環(huán)境，也將影響世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，甚至影響未來發(fā)展道路的選擇。城市是區(qū)域碳排放的主要來源，不僅消耗了全世界60%～80%的能源，且排放了全世界70%以上的CO2，城市已成為減碳任務(wù)中的“主力軍”[1]。土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫，其微小的變化可能直接影響大氣中CO2的濃度，進(jìn)而影響全球氣候變化[2]。城市綠地作為城市生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，它既是城市碳元素的儲存庫，也是溫室氣體不容忽視的排放源[3]。城市園林綠地碳庫主要是植物碳庫和土壤碳庫，其中土壤碳含量高出植被碳含量數(shù)倍，是園林綠地的主要碳庫[4]。城市綠地土壤有機(jī)碳庫主要聚集于表層[5]，因此，研究城市綠地表層土壤有機(jī)碳儲量具有重要意義。

城市公園作為城市園林綠化的主體之一，承擔(dān)居民休憩及游樂作用的同時，同樣具有改善大氣質(zhì)量、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)溫度、維持生物多樣性及美化城市景觀等諸多生態(tài)服務(wù)功能[6-7]，其在參與區(qū)域碳循環(huán)和城市可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。城市公園在用地規(guī)劃與建設(shè)時，土壤經(jīng)過清表、翻動、挖除、回填、覆蓋等工序，其層次與結(jié)構(gòu)受到人為改變，從最初的農(nóng)田和森林土壤轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘型寥溃诤艽蟪潭壬细淖兞送寥赖奶紟靃8]。有研究表明在北京城區(qū)園林中，土壤碳儲量是園林植被碳儲量的3.2倍[9]，廣州市城區(qū)公園土壤碳儲量是植被碳儲量的3.9倍[10]。城市不同功能區(qū)的綠地土壤有機(jī)碳含量空間變異很大，研究表明上海市不同類型綠地表層土壤有機(jī)碳含量由小到大依次為居民區(qū)綠地＜交通道路＜農(nóng)業(yè)用地＜公園綠地[11]。

公園綠地土壤是參與溫室氣體排放與固定的重要場所，目前重慶市公園綠地土壤有機(jī)碳密度含量水平特征尚不清楚。研究由自然、農(nóng)業(yè)土壤轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘泄珗@綠地土壤的碳庫儲量，對加強(qiáng)城市公園綠地碳管理、增強(qiáng)公園綠地土壤碳匯功能、推動城市綠色轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)具有重要的科學(xué)意義。本研究以重慶市公園綠地表層土壤為研究對象，基于調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，掌握重慶市中心城區(qū)公園綠地土壤有機(jī)碳密度特征水平，為后續(xù)重慶市城市綠地碳儲量測算和精細(xì)化管理提供數(shù)據(jù)支持。

1" 材料與方法

1.1" 土壤樣品采集

重慶市中心城區(qū)位于重慶市的核心地帶，地處中國西南部，長江上游地區(qū)，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)；中心城區(qū)也位于山地河谷地區(qū)，形成了地表起伏大、地塊破碎的獨(dú)特地貌格局。重慶市中心城區(qū)主要包括渝中區(qū)、江北區(qū)、南岸區(qū)、九龍坡區(qū)、沙坪壩區(qū)、大渡口區(qū)、北碚區(qū)、渝北區(qū)、巴南區(qū)、兩江新區(qū)和高新區(qū)，這些區(qū)域在地理位置上緊密相連，共同構(gòu)成了重慶市的核心區(qū)域。

本次調(diào)查在重慶市中心11個地區(qū)中隨機(jī)選取52個公園綠地進(jìn)行土壤樣品采集與分析檢查。在確定了調(diào)查名錄之后，根據(jù)每個公園的面積、植被、立地環(huán)境等，采集表層（0～20 cm）土樣；每個公園采集3個樣品，每一土壤樣點(diǎn)均依照隨機(jī)多點(diǎn)的原則采集并充分混合均勻；采集后的土壤樣品帶回實驗室按照標(biāo)準(zhǔn)方法風(fēng)干和制備樣品，備測。

1.2" 土壤指標(biāo)分析檢測

土壤樣品分析測定的項目包括土壤pH值、有機(jī)碳、堿解氮、有效磷、速效鉀、土壤容重、非毛管孔隙度、土壤電導(dǎo)率（EC）。土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀外加熱法測定，pH值采用電位法測定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定，有效磷用碳酸氫鈉浸提可見分光光度計測定，速效鉀用乙酸銨浸提火焰光度法測定，土壤容重和非毛管孔隙度的測定采用環(huán)刀法，EC值測定采用電導(dǎo)率法[12]。

1.3" 有機(jī)碳密度計算方法

土壤有機(jī)碳密度反映了土壤中有機(jī)碳的儲存量，是評估土壤肥力和碳儲存能力的重要指標(biāo)。土壤有機(jī)碳密度越高，表示土壤中有機(jī)碳的儲存量越大，土壤肥力越高，碳儲存能力越強(qiáng)。計算土壤有機(jī)碳密度是一個涉及多個參數(shù)和步驟的過程。以下是計算土壤有機(jī)碳密度的詳細(xì)步驟和公式：

CSO=C×D×E×（1-G）/10 （1）

式中，CSO為土壤有機(jī)碳密度（t·hm-2）；C為土壤有機(jī)碳含量（g·kg-1）；D為土壤容重（g·cm-3）；E為土層厚度（cm）；G為礫石含量（%）。

1.4" 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及作圖；用SPSS 26對公園綠地土壤的有機(jī)碳含量、有機(jī)碳密度、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH值、土壤容重、非毛管孔隙度、EC值等進(jìn)行描述性統(tǒng)計分析、作圖，對各指標(biāo)之間進(jìn)行pearson相關(guān)分析。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 有機(jī)碳含量和密度分布特征

通過對52個公園的土壤樣品進(jìn)行分析，重慶市中心城區(qū)公園綠地土壤有機(jī)碳含量為3.1～42.9 g·kg-1，平均含量11.9 g·kg-1，標(biāo)準(zhǔn)偏差7.9 g·kg-1，變異系數(shù)為66.7%（見表1），在中等變異區(qū)域（Nielsen的變異系數(shù)CV分級標(biāo)準(zhǔn)：CV≤10%，屬于弱變異；10%＜CV＜100%，屬于中等變異；CV≥100%，屬于強(qiáng)變異）。土壤有機(jī)碳含量由地表植被狀況、組成植物根系、進(jìn)入土壤的生物殘體等有機(jī)質(zhì)的輸入與以土壤微生物分解作用為主的有機(jī)質(zhì)的輸出決定的。不同的地表植被覆蓋、經(jīng)營活動及人為干擾程度影響土壤有機(jī)碳含量[13]。同國內(nèi)其他城市相比，上海市綠地表層土壤有機(jī)碳含量為2.83～41.47 g·kg-1，平均值為13.50 g·kg-1 [2]，兩個城市水平相近；高于西安市城市土壤有機(jī)碳含量水平（范圍為0.88～27.18 g·kg-1，平均值為5.59 g·kg-1）[14]。

單位面積一定厚度的土層所含的有機(jī)碳量稱為土壤有機(jī)碳密度，是反映土壤有機(jī)碳特性及含量的重要指標(biāo)之一。根據(jù)計算公式，利用各采樣點(diǎn)的土壤密度及土層厚度，得出研究范圍內(nèi)各公園綠地土壤的有機(jī)碳密度。結(jié)果表明重慶市中心城區(qū)公園綠地土壤有機(jī)碳密度為4.3～71.0 t·hm-2，平均含量24.0 t·hm-2，標(biāo)準(zhǔn)偏差13.1 t·hm-2，變異系數(shù)為54.5%（表1），根據(jù)Nielsen的變異系數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)，屬于中等變異。圖1顯示，本次調(diào)查中公園綠地土壤有機(jī)碳密度最高的3個公園是華巖寺、人民公園和沙坪公園，都是比較成熟且時間久遠(yuǎn)的公園。同國內(nèi)其他城市相比，本次調(diào)查結(jié)果低于上海市土壤有機(jī)碳密度水平（35.04 t·hm-2）[2]，高于西安市城市土壤有機(jī)碳密度0.22～7.11 kg·m-2（2.2～71.1 t·hm-2），平均含量1.41 kg·m-2（14.1 t·hm-2）[14]。徐州市公園綠地0～40 cm有機(jī)碳密度平均值為5.5 kg·m-2，變幅在1.96～13.16 kg·m-2，高于本研究的水平[13]。合肥市0～30 cm城區(qū)內(nèi)各綠地類型土壤有機(jī)碳密度變幅為0.20～4.27 kg·m-2，平均為1.01 kg·m-2 [15]，低于本研究的水平。

表1" 重慶中心城區(qū)公園綠地土壤有機(jī)碳密度統(tǒng)計分析

[指標(biāo) 有機(jī)碳含量/g·kg-1 有機(jī)碳密度/t·hm-2 最小值 3.1 4.3 最大值 42.9 71.0 中位數(shù) 9.6 20.8 平均值 11.9 24.0 方差 62.7 171.1 偏度 2.3 1.6 標(biāo)準(zhǔn)偏差 7.9 13.1 變異系數(shù)/% 66.7 54.5 ]

2.2" 公園綠地土壤質(zhì)量分析

由于密集的人類活動，公園綠地土壤受到的人為擾動往往強(qiáng)于農(nóng)業(yè)土壤和森林土壤[6]，土壤質(zhì)量對土壤有機(jī)碳含量及密度有一定的影響。本次調(diào)查對52個公園綠地土壤的礫石含量、pH值、土壤容重、非毛管孔隙度、EC值、堿解氮、有效磷、速效鉀等基礎(chǔ)理化和養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行分析檢測，結(jié)果如表2。礫石的存在會增加土壤的孔隙度，改善土壤的通氣性，這有利于土壤中的氧氣供應(yīng)，進(jìn)而影響微生物的活性，然而，過多的礫石也可能導(dǎo)致土壤過于疏松，不利于有機(jī)碳的保持。公園綠地土壤的礫石含量為8.8%～55.0%，平均值22.9%，變異系數(shù)42.6%，中等變異強(qiáng)度。土壤pH值是影響微生物活性和有機(jī)碳分解速率的重要因素，適宜的pH值范圍（如中性或微酸性）有利于微生物的生長和繁殖，從而加速有機(jī)碳的分解。本次調(diào)查土壤的pH值為6.9～8.9，pH值超過8.0的占比為77%，整體偏堿。土壤容重直接影響土壤有機(jī)碳密度，但對有機(jī)碳含量的影響較小，土壤容重和孔隙度共同決定了土壤的通氣性和持水性，土壤的物理結(jié)構(gòu)和環(huán)境條件間接影響有機(jī)碳的積累和分解。本次調(diào)查的公園綠地土壤容重為0.9～1.6 g·cm-3，平均值1.4 g·cm-3，變異系數(shù)11.0，中等變異強(qiáng)度；非毛管孔隙度變化幅度為2.6%～26.3%，平均值13.5%，變異系數(shù)38.9%。土壤EC值不能直接影響土壤有機(jī)碳含量及分布，但會通過影響土壤的物理、化學(xué)和生物過程，間接對土壤有機(jī)碳的含量和分布產(chǎn)生影響。本次調(diào)查公園綠地土壤EC值含量為0.046～0.190 mS·cm-1，平均值0.102 mS·cm-1，變異系數(shù)30.20%，中等變異強(qiáng)度。堿解氮、有效磷和速效鉀作為土壤中的重要養(yǎng)分，它們通過促進(jìn)植物生長和根系發(fā)育、影響微生物活性及與有機(jī)碳的相互作用等方式，共同調(diào)節(jié)土壤中有機(jī)碳的動態(tài)平衡。本次調(diào)查公園綠地土壤堿解氮含量為7.8～181.0 mg·kg-1，平均值51.1 mg·kg-1，變異系數(shù)54.2%；有效磷含量為3.4～93.8 mg·kg-1，平均值14.8 mg·kg-1，變異系數(shù)106.6%，屬于強(qiáng)變異；速效鉀含量為43.8～546.5 mg·kg-1，平均值116.3 mg·kg-1，變異系數(shù)74.1%，中等變異強(qiáng)度。

2.3" 土壤有機(jī)碳密度與其他指標(biāo)的相關(guān)性分析

通過公園綠地10個土壤理化指標(biāo)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)（見表3），土壤有機(jī)碳密度與土壤有機(jī)碳含量呈極顯著正相關(guān)，與堿解氮、有效磷和速效鉀等養(yǎng)分指標(biāo)也呈極顯著正相關(guān)，尤其是堿解氮，說明養(yǎng)分指標(biāo)對土壤有機(jī)碳密度具有重要影響。土壤有機(jī)碳密度與礫石含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與土壤容重呈極顯著負(fù)相關(guān)。有機(jī)碳是土壤的重要組成部分，它能夠提高土壤的保水保肥能力，改善土壤結(jié)構(gòu)，使得土壤變得更為疏松多孔，因此有機(jī)碳含量高的土壤往往具有較低的容重；同時由于有機(jī)質(zhì)是土壤有機(jī)碳的主要來源，所以土壤有機(jī)碳密度也會相應(yīng)增加，這樣土壤容重與土壤有機(jī)碳密度之間就形成了負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3" 結(jié)論與討論

重慶市中心城區(qū)公園綠地表層土壤有機(jī)碳含量為3.1～42.9 g·kg-1，有機(jī)碳密度為4.3～71.0 t·hm-2，平均值24.0 t·hm-2。建設(shè)年代相對久遠(yuǎn)的公園的有機(jī)碳密度含量相對偏高，可能隨著種植年限的增加，土壤中的有機(jī)質(zhì)逐漸積累，同時植被根系的活動也會促進(jìn)土壤有機(jī)碳的固定和轉(zhuǎn)化，因此種植年限較長的公園土壤有機(jī)碳含量相對較高。公園綠地土壤受到人為的擾動相對較強(qiáng)，土壤有機(jī)碳含量也受土壤其他理化指標(biāo)的影響，其中土壤容重直接影響土壤有機(jī)碳密度，呈負(fù)相關(guān)性。堿解氮、有效磷和速效鉀作為土壤中的重要營養(yǎng)元素，對土壤有機(jī)碳含量和密度分布具有正向影響。

城市公園綠地的管理方式對土壤碳庫具有重要影響。例如，合理的修剪和清理枯枝落葉等有機(jī)物可以保持土壤微生物的活性并促進(jìn)碳的儲存，而過度清理則可能降低土壤碳含量，因此城市規(guī)劃者和管理者需要制定科學(xué)的管理策略來保護(hù)和利用城市公園綠地的土壤碳庫。城市公園綠地土壤碳庫在碳儲存、對抗氣候變化、生態(tài)與環(huán)境效益、城市規(guī)劃與管理等方面都具有重要意義，我們應(yīng)該重視城市公園綠地的建設(shè)和保護(hù)工作，充分發(fā)揮其在應(yīng)對氣候變化和促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展方面的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王少劍，蘇泳嫻，趙亞博. 中國城市能源消費(fèi)碳排放的區(qū)域差異、空間溢出效應(yīng)及影響因素[J]. 地理學(xué)報，2018，73（3）：414-428.

[2] 張青青，伍海兵，梁晶. 上海市綠地表層土壤有機(jī)碳儲量的估算[J]. 土壤，2020，52（4）：819-824.

[3] 林挺，黃柳菁，陳敏，等. 城市綠地土壤溫室氣體通量及其人為影響因素研究進(jìn)展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（4）：266-270.

[4] 張偉暢，盛浩，錢奕琴，等. 城市綠地碳庫研究進(jìn)展[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報，2012，43（11）：1712-1717.

[5] 李金全，王晶，曾文靜，等. 城市不同綠地類型土壤有機(jī)碳的垂直分布特征及儲量[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（21）：12787-12788，12802.

[6] 駱玉珍，張維維，李雅穎，等. 上海市公園綠地土壤肥力特征分析與綜合評價[J]. 中國土壤與肥料，2019（6）：86-93.

[7] UPADHYAY S，SINGH R，VERMA P，et al. Spatio-temporal variability in soil CO2 efflux and regulatory physicochemical parameters from the tropical urban natural and anthropogenic land use classes[J]. Journal of Environmental Management，2021，295：113141.

[8] 李丹丹. 沈陽城市綠地土壤呼吸特征及其碳匯分析[D]. 沈陽：遼寧大學(xué)，2012.

[9] 王迪生. 基于生物量計測的北京城區(qū)園林綠地凈碳儲量研究[D]. 北京：北京林業(yè)大學(xué)，2010.

[10] 管東生，陳玉娟，黃芬芳. 廣州城市綠地系統(tǒng)碳的貯存、分布及其在碳氧平衡中的作用[J]. 中國環(huán)境科學(xué)，1998，18（5）：437－441.

[11] 周陶冶. 上海城市綠地土壤有機(jī)碳儲量的空間格局和驅(qū)動機(jī)制[D]. 上海：華東師范大學(xué)，2015.

[12] 陳月，胡艷燕，朱本國，等. 重慶市6塊城市綠地土壤質(zhì)量調(diào)查及改良技術(shù)應(yīng)用效果分析[J]. 南方農(nóng)業(yè)，2024，18（3）：56-60.

[13] 司志國. 徐州市城市綠地土壤碳儲量及質(zhì)量評價[D]. 南京：南京林業(yè)大學(xué)，2013.

[14] 段保正，石輝，魏小芳，等. 西安市城區(qū)表層土壤碳儲量與分布特征[J]. 水土保持通報，2016，36（6）：293-297.

[15] 陶曉. 城市綠地土壤碳儲量及碳通量研究[D]. 合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

（責(zé)任編輯：易" 婧）