重慶市中心城區公園綠地土壤有機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與養分儲備庫，同時作為碳循環的關鍵環節，公園綠地土壤在溫室氣體的吸收與固定中發揮著不可忽視的作用。通過對重慶市內中心城區52個公園綠地土壤進行調查、檢測和分析，計算土壤有機碳含量及密度，掌握重慶市中心城區公園綠地土壤有機碳含量及密度特征水平。結果表明：重慶市中心城區公園綠地表層土壤有機碳含量為3.1～42.9 g·kg-1，有機碳密度為4.3～71.0 t·hm-2，建設年代相對久遠的公園的有機碳密度含量相對偏高，土壤容重直接影響土壤有機碳密度，呈負相關。

關鍵詞 公園綠地；土壤碳庫；有機碳密度；土壤質量；重慶市中心城區

中圖分類號：S714.2 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.21.019

大氣中CO2等溫室氣體含量持續升高導致的全球氣候變化已成為當今國際社會普遍關注的全球性問題。它不僅影響人類的生存環境，也將影響世界經濟的發展，甚至影響未來發展道路的選擇。城市是區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中的“主力軍”[1]。土壤作為陸地生態系統最大的碳庫，其微小的變化可能直接影響大氣中CO2的濃度，進而影響全球氣候變化[2]。城市綠地作為城市生態系統重要的組成部分，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倍，是園林綠地的主要碳庫[4]。城市綠地土壤有機碳庫主要聚集于表層[5]，因此，研究城市綠地表層土壤有機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，承擔居民休憩及游樂作用的同時，同樣具有改善大氣質量、涵養水源、調節溫度、維持生物多樣性及美化城市景觀等諸多生態服務功能[6-7]，其在參與區域碳循環和城市可持續發展中發揮著重要作用。城市公園在用地規劃與建設時，土壤經過清表、翻動、挖除、回填、覆蓋等工序，其層次與結構受到人為改變，從最初的農田和森林土壤轉變為城市土壤，在很大程度上改變了土壤的碳庫[8]。有研究表明在北京城區園林中，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]。城市不同功能區的綠地土壤有機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碳含量由小到大依次為居民區綠地＜交通道路＜農業用地＜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碳密度含量水平特征尚不清楚。研究由自然、農業土壤轉變為城市公園綠地土壤的碳庫儲量，對加強城市公園綠地碳管理、增強公園綠地土壤碳匯功能、推動城市綠色轉型、實現碳達峰與碳中和目標具有重要的科學意義。本研究以重慶市公園綠地表層土壤為研究對象，基于調查和數據分析，掌握重慶市中心城區公園綠地土壤有機碳密度特征水平，為后續重慶市城市綠地碳儲量測算和精細化管理提供數據支持。

1" 材料與方法

1.1" 土壤樣品采集

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

本次調查在重慶市中心11個地區中隨機選取52個公園綠地進行土壤樣品采集與分析檢查。在確定了調查名錄之后，根據每個公園的面積、植被、立地環境等，采集表層（0～20 cm）土樣；每個公園采集3個樣品，每一土壤樣點均依照隨機多點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準方法風干和制備樣品，備測。

1.2" 土壤指標分析檢測

土壤樣品分析測定的項目包括土壤pH值、有機碳、堿解氮、有效磷、速效鉀、土壤容重、非毛管孔隙度、土壤電導率（EC）。土壤有機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刀法，EC值測定采用電導率法[12]。

1.3" 有機碳密度計算方法

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

CSO=C×D×E×（1-G）/10 （1）

式中，CSO為土壤有機碳密度（t·hm-2）；C為土壤有機碳含量（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" 數據處理與分析

用Excel 2016 進行數據整理及作圖；用SPSS 26對公園綠地土壤的有機碳含量、有機碳密度、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH值、土壤容重、非毛管孔隙度、EC值等進行描述性統計分析、作圖，對各指標之間進行pearson相關分析。

2" 結果與分析

2.1" 有機碳含量和密度分布特征

通過對52個公園的土壤樣品進行分析，重慶市中心城區公園綠地土壤有機碳含量為3.1～42.9 g·kg-1，平均含量11.9 g·kg-1，標準偏差7.9 g·kg-1，變異系數為66.7%（見表1），在中等變異區域（Nielsen的變異系數CV分級標準：CV≤10%，屬于弱變異；10%＜CV＜100%，屬于中等變異；CV≥100%，屬于強變異）。土壤有機碳含量由地表植被狀況、組成植物根系、進入土壤的生物殘體等有機質的輸入與以土壤微生物分解作用為主的有機質的輸出決定的。不同的地表植被覆蓋、經營活動及人為干擾程度影響土壤有機碳含量[13]。同國內其他城市相比，上海市綠地表層土壤有機碳含量為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碳量稱為土壤有機碳密度，是反映土壤有機碳特性及含量的重要指標之一。根據計算公式，利用各采樣點的土壤密度及土層厚度，得出研究范圍內各公園綠地土壤的有機碳密度。結果表明重慶市中心城區公園綠地土壤有機碳密度為4.3～71.0 t·hm-2，平均含量24.0 t·hm-2，標準偏差13.1 t·hm-2，變異系數為54.5%（表1），根據Nielsen的變異系數分級標準，屬于中等變異。圖1顯示，本次調查中公園綠地土壤有機碳密度最高的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的公園。同國內其他城市相比，本次調查結果低于上海市土壤有機碳密度水平（35.04 t·hm-2）[2]，高于西安市城市土壤有機碳密度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城區內各綠地類型土壤有機碳密度變幅為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" 重慶中心城區公園綠地土壤有機碳密度統計分析

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

2.2" 公園綠地土壤質量分析

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于農業土壤和森林土壤[6]，土壤質量對土壤有機碳含量及密度有一定的影響。本次調查對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、速效鉀等基礎理化和養分指標進行分析檢測，結果如表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，進而影響微生物的活性，然而，過多的礫石也可能導致土壤過于疏松，不利于有機碳的保持。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42.6%，中等變異強度。土壤pH值是影響微生物活性和有機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，從而加速有機碳的分解。本次調查土壤的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碳密度，但對有機碳含量的影響較小，土壤容重和孔隙度共同決定了土壤的通氣性和持水性，土壤的物理結構和環境條件間接影響有機碳的積累和分解。本次調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11.0，中等變異強度；非毛管孔隙度變化幅度為2.6%～26.3%，平均值13.5%，變異系數38.9%。土壤EC值不能直接影響土壤有機碳含量及分布，但會通過影響土壤的物理、化學和生物過程，間接對土壤有機碳的含量和分布產生影響。本次調查公園綠地土壤EC值含量為0.046～0.190 mS·cm-1，平均值0.102 mS·cm-1，變異系數30.20%，中等變異強度。堿解氮、有效磷和速效鉀作為土壤中的重要養分，它們通過促進植物生長和根系發育、影響微生物活性及與有機碳的相互作用等方式，共同調節土壤中有機碳的動態平衡。本次調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106.6%，屬于強變異；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74.1%，中等變異強度。

2.3" 土壤有機碳密度與其他指標的相關性分析

通過公園綠地10個土壤理化指標相關性分析發現（見表3），土壤有機碳密度與土壤有機碳含量呈極顯著正相關，與堿解氮、有效磷和速效鉀等養分指標也呈極顯著正相關，尤其是堿解氮，說明養分指標對土壤有機碳密度具有重要影響。土壤有機碳密度與礫石含量呈顯著負相關，與土壤容重呈極顯著負相關。有機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，改善土壤結構，使得土壤變得更為疏松多孔，因此有機碳含量高的土壤往往具有較低的容重；同時由于有機質是土壤有機碳的主要來源，所以土壤有機碳密度也會相應增加，這樣土壤容重與土壤有機碳密度之間就形成了負相關關系。

3" 結論與討論

重慶市中心城區公園綠地表層土壤有機碳含量為3.1～42.9 g·kg-1，有機碳密度為4.3～71.0 t·hm-2，平均值24.0 t·hm-2。建設年代相對久遠的公園的有機碳密度含量相對偏高，可能隨著種植年限的增加，土壤中的有機質逐漸積累，同時植被根系的活動也會促進土壤有機碳的固定和轉化，因此種植年限較長的公園土壤有機碳含量相對較高。公園綠地土壤受到人為的擾動相對較強，土壤有機碳含量也受土壤其他理化指標的影響，其中土壤容重直接影響土壤有機碳密度，呈負相關性。堿解氮、有效磷和速效鉀作為土壤中的重要營養元素，對土壤有機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物可以保持土壤微生物的活性并促進碳的儲存，而過度清理則可能降低土壤碳含量，因此城市規劃者和管理者需要制定科學的管理策略來保護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、生態與環境效益、城市規劃與管理等方面都具有重要意義，我們應該重視城市公園綠地的建設和保護工作，充分發揮其在應對氣候變化和促進城市可持續發展方面的作用。

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（責任編輯：易" 婧）