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1、城市土壤生态功能演变及其生态环境效应城市土壤生态功能演变及其生态环境效应摘要：摘要：城市是人类生产与生活所在的主要空间区域。在城市化过程中，土地利用类型急剧变化，造成一系列生态环境条件的改变。城市土壤在强烈的人为活动影响下不断恶化，主要表现在物理和化学性质两个方面，如土壤容量增加、持水孔隙降低、土壤富营养化和重金属积累等。城市土壤的生态功能也发生着明显演变，即以主要维持植物生长的功能向以容纳、缓冲、净化污染的功能为主转变。该转变对城市生态系统的其他三个要素大气、水、生物，产生一系列影响，如大气颗粒物增多、地表水污染严重和植物重金属污染等。因此，有必要对城市土壤生态功能演变及其生态环境效应展开系
2、统的研究，丰富城市土壤研究体系，为城市土壤管理、城市生态发展提供理论依据。 关键词：关键词：城市化 城市土壤 城市土壤污染 生态功能 生态环境效应 Change of ecological functions in urban soil and its eco-environmental impacts Abstract: City is the main spatial area where people produce and live. In the process of urbanization, the land use style has a dramatic change tha
3、t has caused a series of changes of eco-environmental conditions. Due to the impacts of heavy human activities, urban soil has gradually deteriorated, mainly showing in the two aspects of characters of physics and chemistry, which include increasing soil bulk density, reducing water retention porosi
4、ty, soil eutrophication, heavy metal accumulation and so on. Ecological functions of urban soil have changed obviously too, i.e, from that of sustaining plant growth to that holding, buffering and purifying pollution. This change has a series of impacts on the other three factors of urban ecological
5、 system which contain atmosphere, water, biology, in instance, increasing atmospheric particles, serious upper water pollution and plant heavy metal pollution, and so on. So, it is essential to conduct a systemic study on change of ecological functions of urban soil and its eco-environmental impacts
6、 in order to enrich the research system of urban soil and provide the basic theory for urban soil management and urban ecological development. Key words: civilization, urban soil, urban soil pollution, ecological function, eco-environmental impacts城市是物质、能量和信息高度集中的场所，是人类生产与生活所在的主要空间区域。城市化是工业化的产物。自 20
7、 世纪的第三次工业革命以来，全世界城市化进程不断加快，尤其是发展中国家的城市化更是迅猛。目前世界上一半以上的人口生活在城市，中国的城市人口比例也已经超过了 40，但是全球城市面积占陆地面积不到 2。在局部的区域内集中了众多的物质、高能量以及各种信息，城市化给人类带来巨大财富的同时，也造成了严重的城市环境问题。城市是一个社会一经济一自然复合生态系统，也是一个极不稳定的人工生态系统【1】，它继承一般生态系统的特征，但又别于自然生态系统和农田生态系统。在城市生态系统中，人类的生产与生活等活动起着至关重要的作用。然而，作为城市生态系统的重要组成部分-城市土壤，迄今为止受到人们的关注很少。城市土壤的退化
8、导致城市土壤原有生态功能的部分丧失甚至完全消失，进而通过生物、水、大气等影响城市生态环境的质量，最终影响城市居民的身体健康。因而研究城市土壤生态功能的演变及其生态环境效应有助于建设生态城市和加强城市生态管理，推动城市的可持续发展。1 1城市土壤城市土壤城市土壤对传统土壤学而言是一个全新的概念。这一方面因为传统地认为城市“没有土壤” ，更重要的是因为传统土壤学占优势地服务于农业【2】。它是出现在城市或城郊地区，受到各种各样的人为活动影响，且保持原有土壤特性和遭受强烈改变的土壤总称。城市土壤是指受人类活动强烈影响的、非农用的，并且由于土地的混合、填埋或污染而形成的厚度大于或等于 50cm 的城区或
9、郊区土壤，广泛分布于公园、道路、体育场、城市河道、城郊、垃圾填埋场、废弃工厂、矿山周围，或被建筑和工业设施所覆盖【3】。在高密集和高强烈的人为活动作用下，城市土壤不断受到压实与封闭。这使得城市土壤物理性质恶化，主要表现在土壤颗粒组成极端、容重增加、通气和持水孔隙降低、壤剖面结构分异程度低、土层分异不连续、土层缺失、有的甚至发生“土层倒置”现象等【4】。Jim 对香港的行道树的土壤容重进行了测定，容重从 1.142.63g/cm，平均为 1.67g/cm【5】,大部分土壤表层容重超过了植物生长所需要的理想值。而由于城市土壤作为人类生活的排泄物与工业生产的废气物的最终接纳者，随着其净化能力与容纳能
10、力被超过，化学性质也不断恶化，主要表现在：土壤富营养化加剧、土壤重金属污染以及有机物污染加重。人类消费其中主要是城市人口消费(因为全球范围内 50以上的人口生活在城市)的磷有相当一部分仍然固定在城市生态系统主要是城市土壤中【6】；香港【7-8】、北京【9】、南京【10】等城市已展开对城市土壤重金属污染的调查与研究，发现城市土壤遭受到不同程度的重金属污染；对天津市区和郊区土壤中的 l0 种PAHs 研究发现，市区是土壤 PAHs 含量超标最严重的地区，其中二环萘(Nap)的超标程度最严重，强致癌物质苯并芘的超标的情况也不容乐观【11】。2 2城市土壤生态功能的演变城市土壤生态功能的演变土壤是生物
11、、气候、母岩、地形和人类生产活动等成土因素综合作用下的产物。它有多种基本环境功能：培植植物，生物基因库和繁殖场所；推动物质循环；保存水资源，防止灾害；容纳、过滤、缓冲和转化能力；构成景观并保存自然和文化遗产【12】 【13】。城市土壤作为城市生态系统的环境要素之一，维持绿色植物的生长是其首要生态功能。绿地对城市生态环境质量、城市居民的身心健康具有很大的调节作用，而土壤是绿色植物生长的养分供应者和场所。绿地土壤质量是城市土壤管理最核心的部分。其次，在城市生态环境中，城市土壤的生态功能是城市污染物的汇集地和容器，而非生产功能。城市土壤通过过滤、降解、缓冲和转化能力将来自于工农业“三废” 、交通排泄
12、物、生活垃圾等进行净化，降低它们的生物毒性。土壤中的微生物也在分解有毒污染物过程中发挥着重要作用。城市土壤正是通过维持植物的生长、微生物的分解和自净能力，维持着整个城市生态系统平衡发展，对城市的可持续发展有着重要的意义。然而在城市化发展过程中，城市土壤功能也一直伴随着演变。城市化意味着土地利用方式的改变和城市区域的不断扩大。大量的农业用地、林地、湿地等被工业用地、商业用地、居民用地取代。这就意味着城市土壤功能的转变和多样化。城市化带来的土壤物理性质和化学性质恶化，使得绿色植物的不能正常生长，自然景观遭受破坏，土壤中的水热交换、污染物的净化不能进行，微生物生长环境被改变，显示着城市土壤的原有生态
13、功能部分或完全丧失。相反地，城市化带来的大部分污染物通过各种形式或途径（如大气降尘、酸雨、填埋垃圾等）最终进入土壤中。这是城市土壤容纳和缓冲服务功能的体现。但在强烈的人为活动的环境中，城市土壤的该功能会超负荷，换言之，其环境功能（尤其自净能力）将面临巨大的危险。长期后果对于城市生态环境的影响将是致命的。3 3城市土壤生态功能演变下的生态环境效城市土壤生态功能演变下的生态环境效应应有“生态屏障”之称的城市土壤在向城市生态环境提供功能时，其自身的质量也发生着变化污染加剧。该变化主要体现在土壤物理性质和化学性质退化两方面。退化的城市土壤反过来又会影响城市生态环境，如土壤的压实导致地表水不能向下渗透，
14、阻碍了水-土之间的物质交换，减弱土壤的净化能力，从而影响植物和微生物的生长环境；受污染的城市土壤通过人体的直接吸入或食物链威胁城市居民的健康。尽管人们对重金属、有机物污染的来源、分布和危害已经有相当的认识，可从大量的国内外相关研究发现，但就污染物在土壤-水-大气-生物中的迁移、扩散和沉积的途径、进入人体的过程和强度、风险评估等的研究比较少，有待加强。对于城市生态系统的其他三个环境要素大气、水、生物，城市土壤的污染不仅影响了土壤与它们之间的物质大循环，还影响了大气、水的质量、生态功能发挥和生物的正常生长。3 31 1 城市土壤污染对大气的影响城市土壤污染对大气的影响城市土壤污染是通过间接的方式对
15、大气进行影响的，即主要为城市灰尘进入大气层中，影响大气质量。研究表明，进入人体的土壤颗粒并不是土壤的全部，而主要是粒径小于 50 um 颗粒【14】，这些含有重金属的颗粒物以尘土方式或通过手至嘴的途径被吸人体内【15】，并经消化道消化后进入各种器官中，其中又以砂质土危害性最大【16】。采用核探针研究大气颗粒物的指纹特征，结果表明上海市大气颗粒物中大约有 31来自土壤扬尘【17】。我国城市建设日益发展，建设项目大量实施，城市土壤的搬运、迁移、扰动更加频繁，加之风的作用，更多城市土壤扬尘发生，其携带的污染物将进一步恶化城市空气质量，给城市居民带来严重的健康危害。而有机污染物和重金属 Hg 的直接挥
16、发也是城市土壤影响空气质量的一个重要方面【18】。3 32 2 城市土壤污染对水的影响城市土壤污染对水的影响在城市生态环境中，除作为提供植物生长所需水分的地下水库以及水体净化器外，城市土壤在长期积聚污染物的过程中也会对水体构成污染。杨金玲等【19】对南京市土壤库容的研究结果表明：随着城市土壤压实程度的增加，土壤水库的总库容、有效库容和滞洪库容萎缩也越严重，而死库容却明显增加，这使得城市土壤疏导和容纳水分的能力减弱，城市里出现瞬时洪涝的几率增加，强度加大。这样各种污染物通过更多的地表径流流入河流、湖泊和水库，从而影响地表水的质量，甚至可能污染居民的饮用水源。另外城市土壤表层积累了大量重金属元素，经过地表径流导致地表水污染，也对地下水构成威胁。在南京市的初步研究表明，城市区域地下水中氮、磷和重金属都不同程度的超标【20】。但有关研究显示，城市地下水中的重金属浓度并不与城市土壤中的重金属含量有显著关系。杨军等【21】通过加入重金属 As、Cd、Cu 和 Pb 浓度进行土柱淋溶实验，结果发现：随着淋溶时间的延长，4 种重金属(尤其是 C
