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1、福建师范大学学位论文使用授权声明福建师范大学学位论文使用授权声明本人( 姓名) 董坠学号2 Q Q 量墨Q 曼专业自签垫垄堂所呈交的论文( 论文题目：福州市建成区绿地景观土壤有机碳、微生物碳及酶活性特征) 是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。本人了解福建师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交的学位论文并允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容；学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。( 保密的论文在解密后应遵守此规定)学位论文作者签名j b 垒L
2、指导教师签名兰兰二卜一签名目期矿D 孑、6 。r福建师范大学董艳硕十学位论文摘要城市土壤是在原有自然土壤的基础上，在城市化过程中受到人类活动影响形成的一种特殊土壤。与自然土壤相比，物理、化学和生物等性质都发生了显著的变化。在人类活动过程中，逐渐改变了土壤中的微生物数量，进而影响到土壤有机碳和微生物量碳在城市土壤中的分布。城市土壤中酶活性增加或减小与城市内人类活动的作用程度和影响范围密切相关。本研究以福州市建成区不同绿地景观类型土壤为研究对象，分别从基本性质( p H 值、氮素含量) 、有机碳含量、微生物碳含量以及土壤酶活性( 过氧化氢酶、脲酶) 等角度揭示了福州市不同绿地景观类型土壤的特征，结
3、果表明：福州市绿地土壤p H 值分布空间变异性大，与自然绿地土壤p H 值( 4 2 0 ) 相比，人工管理绿地土壤p H 值( 5 8 5 ) 有所升高；人工管理绿地表层( 0 1 0c m ) 土壤氮素平均含量( 1 1 2g k g ) 较自然绿地土壤平均含量( 1 2 5 班g ) 减少；土壤有机碳含量在不同绿地景观类型中分布有所差异，多数人工管理绿地土壤中有机碳含量增加，部分样地含量减少；表层土壤溶解性有机碳含量与土壤总有机碳含量、全氮含量呈显著正相关( 厂= 0 7 6 3 ，P 1 。6 3g c m 3 时可能会阻碍植物根的正常生长， 1 8 0g c m 3 时会限制根的正常
4、生长f 1 4 1 。香港行道树土壤1 1 4 2 6 3g c m 3 ，平均为1 6 7g c m 3 2 0 l 。在华盛顿马尔表层土壤和0 3m 深土壤容重分别为1 6 1g c m 3 ，1 7 4g c m 3 ，孔隙度分别为3 6 6 ，3 2 8 ，有些土壤层次中石块等( 2m m ) 含量在8 0 一9 0 以上【3 0 】。土壤酸碱度是土壤的一个重要化学性质，其对植物生长和土壤生产力以及土壤污染与净化都有较大的影响。近年来，许多学者对不同城市的土壤进行研究，普遍认为土壤趋向中性或碱性是城市土壤的显著特征【2 0 , 4 9 , 5 1 】。原因在于大量混凝土的使用、尘埃、垃
5、圾和废水的污染使得城市土壤碱性化，个别地区酸雨影响下土壤的p H值降低。如南京自然土壤变幅为4 5 1 7 4 0 ，南京市土壤p H 值变幅为5 1 9 9 1 5 ，中值福建师范大学董艳硕士学位论文为8 1 5 ，明显要比自然土壤的高【5 1 】，且在土壤剖面中无规律分布。孟昭虹和周嘉( 2 0 0 5 ) 对哈尔滨城市土壤进行研究，结果表明p H 值明显升高，几乎都在6 0 7 8 之间，而大部分样点的p H 值又多在7 i 0 以上，只有少数情况下p H 值降低嗍。1 I3 。3 城市土壤有机物质近年来，随着城市化的发展，城市用地面积不断增加，城市土壤在全球碳循环中的作用显得日益重要。
6、土壤有机质是土壤有机碳库的重要来源，土壤碳库在生物地球化学碳循环中的周转速度与土壤有机质的平均停留期有着密切的关系。城市土壤有机质含量的变化可以通过含碳的母质如残骸、尸体、矿渣垃圾和污染污泥的混合来改变，部分源自于空气中微粒的沉斛2 ，2 9 1 。研究表明城市土壤养分含量高于郊区土壤，有机质含量和自然土壤相比有增加、表聚的趋势，在不同功能区分布有所差异【5 7 , 5 9 , 7 2 】，南京市城市居民区和商业区土壤有机质含量均比自然土壤高【7 2 】。乌鲁木齐城市土壤有机质的平均含量超出了新疆土壤有机质背景值3 倍左右【矧。城区和郊区是城市的两个子系统，研究表明城区土壤有机质含量明显高于郊
7、区，开封城区土壤表层有机质含量大多在2 0g k g 以上，平均值2 2 7g k g ，郊区土壤表层有机质含量变幅为5 8 1 4 6g k g ，平均值1 0 2 k g ，仅相当于城市土壤的4 5 【5 7 1 。造成城市土壤中有机质含量较高的原因主要是：有机质来源广泛，除了植物对土壤的影响外，还有人为输入营养物质。在城市一些区域，如公园的某些区域和居民区绿地，生活垃圾混入土壤中，且绿地不以生产为目的，消耗的有机质含量少，使得土壤中有机质含量富集，如沈阳市公园绿地土壤中有机质含量的变幅为1 6 8 1 8 3 蚝之间，平均值为2 3 6 8 k g ，非城区自然土壤的有机质含量变幅为1
8、6 2 1 2 k g 之间，平均值为6 2 5g k g 3 8 】，在公园土壤中变异性大。部分绿地由于植物的枯枝落叶被及时清除，不能被土壤微生物分解利用，营养循环中断，因此在这些区域土壤有机质含量相对较低。城市内大多数的公园土壤是利用拆迁土壤填埋形成，一般土质较差，有机质含量较低。还有研究认为，在城市土壤中，许多表层土壤有机质氧化或侵蚀的损失，或表土被除去，心土层暴露在空气中使得有机质含量减少。城市化进程可直接或间接地影响土壤碳库，导致土壤碳库的种类组成和规模均发生较大变化。城市化进程中，人类活动对土壤的直接影响包括掩埋或填埋改变土壤表层，也包括营养物质的直接输入( 如施肥和灌溉) ；间接
9、影响包括城市热岛效应、外来植物的引进以及各种污染物的大气沉降，上述影响在不同程度上改变了城4第1 章绪论市土壤碳库。国内外关于土壤有机碳储量的研究一般按植被类型和土壤类型来计算，但所用资料来源不一，土壤分类各异，所得的结果也很不一致。城市土壤有机碳数量和质量在很大程度上受到城市土地利用方式和管理措施的影响。不少研究表明城市土壤中有机碳含量增加，且变异性大，一些管理较好的土壤，可能长期保持高水平的土壤有机碳含型2 6 ，3 8 1 。不明来源的有机物质的填埋也会导致城市土壤有机碳含量增加，如城市垃圾堆肥、生活垃圾直接施入农田和绿地。城市土壤有机碳在城市土壤的分布特点之一是其在出露土壤中的含量要比
10、在深层埋藏土壤中的含量蒯2 7 】，城市土壤由于受到人类活动的强烈扰动，有机碳含量随深度变化的规律存在较大的差异。城市土壤被多次翻动和覆盖，使原来的表层土壤可能被掩埋到底层，因此，在土壤剖面下部也会出现有机碳含量高的土层。对于城市不同区域土壤有机碳的研究发现，各功能区有机碳含量存在差异，土壤有机碳含量与距离城市中心的距离有一定的相关性。城市不同功能分区土壤有机碳空间变异性较大，在路边绿化带表层土壤中有机碳富集。章明奎和周翠( 2 0 0 6 ) 对杭州市不同土地利用功能分区研究结果表明，城市土壤表土层中平均有机碳含量约为远郊区土壤的4 3 倍，有机碳含量在风景区最高，其次为工业区和文教区，居民
11、区和商业区相对较低【黯】。与自然土壤比较，城市土壤中的底质成分、土壤形成和土地利用方式的差别导致了土层之间和土壤剖面之间具有较高的空间变化。城市土壤是由其他土地利用类型的土壤转变而来，原土地利用方式的不同会直接影响到转换为城市的土壤的有机质库。比较位于干旱地区的美国菲尼克斯市由原耕地土壤转换而来的城市居民区土壤和由荒漠生态系统转换来的居民区土壤中的有机质和有机碳含量，结果发现前者是后者的2 2 倍和2 3倍，原耕地土壤营养库在土地利用类型转化为居民地4 0 年后仍保持较高含m - t 1 2 l 。原有土壤养分特征在一定程度上决定了所形成的城市生态系统的土壤性质，先前利用方式下的土壤在人类对其
12、运作停止或出现新的干扰因素作用下仍会在一段时间内影响着该地块的土壤特征。土壤溶解性有机碳( D O C ) 可以作为微生物生长和生物分解速效养分资源的一个指标，对研究碳循环与环境有重要意义，是目前陆地生态系统中的一个研究热点。土壤溶解性有机碳指在一定的时空条件下，受植物、微生物影响强烈、具有一定溶解性、在土壤中移动比较快、不稳定、易氧化、分解、易矿化，其形态、空间位置对植物、微生物来说活性比较高的那一部分土壤碳素( 沈宏等，1 9 9 9 ) 。国外描述这一部分碳素的术语有，有效碳( A v a i l a b l ec a r b o n ) 、水溶性有机碳( W a t e r s o l
13、 u b l eo r g a n i c5福建师范大学董艳硕士学位论文c a r b c n ，简称W S O C ) 、易氧化碳( L a b i l ec a r b o n ) 、可矿化碳( M i n e r a l i z e dc a r b o n ) 、活性有机碳( A c t i v e c a r b o n ) 、微生物量碳( M i c r o b j a lb i o m a s sc a r b o n ) 【6 5 1 。关于这部分碳素的定义，各学者持不同见解。T h u r m a n ( 1 9 8 5 ) 指出水溶性有机碳通常指能通过0 4 5u m 微孔
14、滤膜的水溶性有机物质【3 3 】。林滨等( 1 9 9 6 ) 则认为土壤中水溶性有机碳指的是士壤样品在室温及天然p H 条件下能溶于水相的有机组分【4 8 】。倪进治等( 2 0 0 3 ) 认为土壤水溶性有机碳主要包括溶解在土壤溶液中不同种类的低分子量有机质和以胶体状悬浮于土壤溶液中的大分子量有机质【叫。土壤溶解性有机碳来源主要有两种：土壤自身含有的和外部进入土壤的，如植物凋落物的分解、根系分泌物、土壤有机质的水解、土壤微生物本身及其代谢产物。另外，大多数生物废弃物如家禽和动物的粪尿以及污水污泥等这些有机肥料施用也是土壤活性有机碳的重要来源【5 】。土壤D O C 占土壤有机碳总量的- d
15、 , 部分，作为微生物生长的速效基质可以被土壤微生物迅速利用，土壤自身性质、季节和湿度、土壤p H 、人类活动( 施肥与土地利用方式) 影响土壤溶解有机碳的分布。连续耕种1 3 年的农业土壤，活性有机碳分布在粒径大于5 0u m 和小于2u m 土壤颗粒中，在O 5 0m m 的剖面深度，土壤活性有机碳含量最高1 1 9 】。活性有机碳数量随深度增加而下降的原因在于一定土壤深度下微生物活性受到限制，深度越大，土壤有机碳有效性越低【1 7 l 。研究发现土壤活性有机碳的季节变化明显，主要与气候因素有关，夏秋季最低瞄】，降雨和灌水可显著提高活性有机碳的含量【矧。p H 值较高的环境o e 土壤D
16、O C 更容易移动，吸附减少含量提高。长期施用有机肥能显著提高土壤活性有机碳含量【5 8 】，但是施用有机肥后土壤D O C 在短时间内增加，随后会有所下降【1 8 】。研究发现单施化肥会导致土壤活性有机碳含量下降【7 1 , 7 4 J ，而配施不同的有机肥和化肥会提高土壤中活性有机碳含量。1 3 4 城市土壤微生物碳与土壤酶活性人类活动除了对土壤理化性质产生影响外，也影响到城市土壤的生物学特征，主要表现在对土壤微生物的影响。土壤微生物活性及其生理作用的改变会影响土壤有机质的分解转化，进而改变土壤碳储存。微生物量碳是指土壤中体积小于5 x 1 0 3 t i m的生物量，是活跃的移动性碳库。我国黑土地区表层O 一2 0C I l l 土壤中土壤微生物量碳为1 3 0 2 4 0m g k g ，红壤微生物量碳介于2 0 4 2 5m 眺g 间，水稻土介于9 1 0 1 7m g k g t 6 2 】。城市化进程
