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1、-稿件编号(stxb201404200775)不同功能区城市林业土壤黑碳含量及来源分析以南京市为例王曦1,2,杨靖宇1,俞元春1,2*,侯文军1,侯也1,余健3,王如海1,2（1南京林业大学生物与环境学院 南京 210037； 2中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室 南京 210008；3安徽师范大学国土资源与旅游学院，安徽芜湖 241003）摘 要：由于城市化过程中人为活动的影响，城市林业土壤的性质发生了很大变化。城市林业土壤黑碳由于来源的多样性和受到人为活动的影响，其分布表现出独特的特征。本研究以南京市为对象，调查分析了不同功能区城市林业土壤黑碳的含量及可能来源。结果
2、表明：不同功能区城市林业土壤黑碳含量差异很大，其变幅为0.7721.27g/kg。道路绿化带土壤黑碳含量显著高于其它功能区，居民区含量最低。黑碳在土壤表层中含量均高于表下层，黑碳富集于土壤表层。道路绿化带表层土壤黑碳含量与有机碳含量的比值（BC/SOC）为0.55，土壤黑碳的碳同位素比值（13CPDB）为-27.04，与其它功能区差异显著，城市交通污染对土壤黑碳积累产生强烈影响。关键词：城市林业土壤；黑碳；含量；来源；南京市Concentration and sources of black carbon in urban forest soils in different function
3、areas of Nanjing, ChinaWANG Xi1,2, YANG Jingyu1,YU Yuanchun1,2*,HOU Wenjun1,HOU Ye1, YU Jian3, WANG Ruhai1,21 College of Biology and the Environment, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China2 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture; Institute of Soil Science, Chinese Acade
4、my of Sciences, Nanjing 210008, China 3 College of Territorial Resources and Tourism, Anhui Normal University, Wuhu 241003, Anhui ChinaProperties of soils in urban forests had been changed greatly due to the influence of human activities during the process of urbanization. The distribution of black
5、carbon in urban forests soil shows large variation caused by the diversified origin and as a result of human activities. The concentrations and the potential origin of the black carbon in urban forest soil from different functional areas were studied. The results indicated that concentrations of bla
6、ck carbon in urban forest soil in different functional areas vary significantly from 0.77 g/kg to 21.27g/kg. The concentrations of soil black carbon in road side green belts areas were significantly higher than that of other functional areas and residential areas were the lowest. The concentration o
7、f black carbon in surface soil (010cm) were higher than that in subsurface soil (1030cm) and black carbon was enriched in surface soil. The ratio of surface soil black carbon and organic carbon (BC/SOC) in road green belt was 0.55. Also for the in road side green belts areas, carbon isotope ratio of
8、 soil black carbon (13CPDB) was -27.04, which is significantly different compare with other functional areas was significantly. This result indicated that the accumulation of black carbon in urban forest soil was strongly influenced by city traffic pollution.Key words: urban forest soil; black carbo
9、n; content; origin; Nanjing._基金项目：国家自然科学基金项目（31270664，41101529）；高等学校博士学科点专项科研基金项目(20123204110004)；江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(CXZZ13_0533)；国家级、省级大学生创新创业训练计划项目（201310298001Z）；江苏高校优势学科建设工程项目（PAPD）收稿日期:*通讯作者Corresponding author.E- mail: ycyu 城市林业土壤是指分布在城市不同功能区域的公共绿地以及郊区的森林、农田等组成的自然绿地上的土壤，是支撑城市发展的空间和基础10。城市林业土壤受
10、人为扰动大，其物理、化学和生物学特性与自然土壤相比有很大的不同，城市林业土壤碳库的含量、组成分布及演化特征也随城市化进程的快速发展表现出其特有的规律。目前针对城市土壤碳库中有机碳的研究已有较多成果，而对黑碳（Black carbon，BC）的研究尚未受到重视，相关的报道较少。黑碳是生物质和化石燃料不完全燃烧的产物1，具有生物化学和热稳定性，广泛分布于大气、土壤、沉积物、水体和冰雪等环境中2。在城市中，化石燃料的使用和生活垃圾的燃烧都相对比较集中，并产生了规模可观的黑碳类物质。这些黑碳类物质在水体、土壤和大气中均有分布，其中的大部分最终沉积在土壤中。黑碳作为一种人为活动的排放产物，包含了有关人类
11、活动的记录，在生态系统中所起的作用十分复杂，正面和负面效应兼而有之。由黑碳形成的气溶胶是导致全球升温效应的大气成分中占第二位权重的物质3-4，同时也是多种空气污染物（SO2、NOx、O3、PAHs等）的吸附载体及光化学烟雾的催化中心5。黑碳具有高度的化学惰性和多孔隙性，土壤中的黑碳可稳定土壤中的有机质，优化土壤结构，显著并持续地提高土壤的耕性和保肥能力6。因其良好的吸附能力，黑碳还可以固定土壤中各种有机无机污染物，降低污染物的生物有效性并改良土壤生态环境7，但土壤中微生物转化降解有机污染物的速率也随污染物被黑碳吸附固定而降低7。在全球碳循环过程中黑碳也占有重要地位，有研究显示黑碳可能是全球碳循
12、环中不能合理解释的“丢失的碳”的一部分，还可能是大气中CO2的汇8-9。因此，以城市林业土壤碳库中黑碳为研究对象，揭示城市林业土壤黑碳的分布和来源，了解其在城市林业土壤中的环境行为和生态效应十分必要。本研究以城市化进程快速的南京市为例，调查分析了不同土地利用方式的城市林业土壤的黑碳含量，分析了城市林业土壤的黑碳的可能来源，为城市林业土壤生态功能评价及管理提供依据。1材料与方法1.1土壤样品采集以城市化进程快速的南京市作为研究地区。南京市地处长江下游沿岸，地理坐标为北纬31143237，东经11822至11914，属亚热带季风气候，四季分明，雨水充沛，年降水1106mm，年平均温度15.4C，无
13、霜期237d，春季风和日丽，梅雨时节阴雨绵绵，夏季炎热，秋天干燥凉爽，冬季寒冷、干燥。地貌属宁镇扬丘陵地区，以低山缓岗为主，地带性土壤为黄棕壤。全市面积6587.02 km2，森林覆盖率13%，其中市区面积200.85 km2，市区绿地覆盖率达40%以上。城市林业土壤可按绿地作用和分布地点的差异分为不同的功能区。本研究以城市中出现几率较高的典型城市林业功能区为研究对象，按其地点和作用的差异将其区分为城郊天然林、城区天然林、绿地广场、公园绿地、居民住宅区、道路绿化带、学校绿地七种功能区，每种功能区选取南京市区中具有典型代表性的区域进行土壤调查和样品采集。为了使样品更具有代表性，本研究选择的采样区
14、域是有一定利用历史的城市林业土壤。由于城市林业土壤的空间变异性较大，将各功能区中具有代表性的不同样地选取为采样点，每个采样点6个重复，6个重复尽量均匀地分布在采样点区域上。根据王俊霞5的相关研究，城市人类活动产生的黑碳沉降主要集中于公路沿线相距公路5m15m范围内的绿化带土壤中，且多富集于030cm土壤中。因此选择在距离各功能区中主要公路沿线10m处的绿化带土壤为采样点，并在各采样点采集010cm和1030cm两个层次的样品。采集到的土壤样品自然风干，剔除大于2mm的石子、根茎等杂物，过筛待用。各个功能区的具体采样地点见表1。表1 不同功能区土壤采样点概况Table 1 General inf
15、ormation of research sites功能区Function zone采样区域Sampling site道路绿化带Road green belt新庄立交桥Xinzhuang overpass学校School南京林业大学Nanjing Forestry University公园Park玄武湖公园Xuanwu Lake居民区Residential area锁金村小区Suojin Village城市绿地广场City green square和平公园Peace park城区天然林Urban forest紫金山Purple mountain城郊天然林Suburban forest老山森林公
16、园Laoshan forest park1.2土壤样品分析土壤有机碳（Soil Organic Carbon, SOC）含量采用外加热重铬酸钾氧化法测定11。其测定的基本步骤为：（1）称取0.5克左右（准确至0.0001克）过100目的风干土样；（2）准确加入5.00mL 0.8000mol/L 1/6 K2Cr2O7溶液和5mL浓硫酸；（3）用油浴将溶液加热至沸腾，沸腾的温度严格控制在178182之间，并保持沸腾5min；（4）待溶液冷却后，将溶液洗入锥形瓶中，邻菲啰啉为指示剂，用0.2mol/L硫酸亚铁滴定，并计算其有机碳含量。土壤中黑碳含量采用Lim等12介绍的方法。其测定基本步骤为：(1)称取3g左右过1
