傅 裕，王 建

（西華師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，四川 南充 637009）

土壤碳庫作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，是生物碳庫的3倍，是大氣碳庫的2倍［1-2］，其微小變化將顯著改變二氧化碳、甲烷等溫室氣體的排放進(jìn)程，進(jìn)而對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和全球氣候環(huán)境變化產(chǎn)生深刻影響［3-4］。氮元素作為植物生長需求量最大的營養(yǎng)元素，其含量的多少往往成為限制土壤上覆植被生長的重要環(huán)境因子［5］。此外，土壤中氮素還是溫室氣體氧化亞氮的重要來源，其在土壤中的變化也會影響到溫室氣體的排放過程，進(jìn)而改變?nèi)驓夂蚍植几窬郑?］。因此，不同生態(tài)系統(tǒng)土壤碳、氮研究一直是全球變化研究中倍受關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域。然而，目前對土壤碳、氮的研究重點(diǎn)多集中在農(nóng)田和森林生態(tài)系統(tǒng)上，而在大量人口聚居地——城市生態(tài)系統(tǒng)的研究相對缺乏，有關(guān)城市土壤碳、氮循環(huán)的研究尚處在早期的起步階段［7-8］。

20世紀(jì)50年代，全球僅有30%的人口居住在城市，到2020年，全球城鎮(zhèn)化率已經(jīng)上升到56.2%，預(yù)計到2030年將達(dá)到60.4%［9-10］。我國的城鎮(zhèn)化率在2020年末已超過60%，高于世界平均水平［11］?？焖俪鞘谢^程中強(qiáng)烈的人類活動使原有自然土壤遭到破壞，改變了原有土壤的理化性質(zhì)，由此產(chǎn)生了一類特殊的土壤——城市土壤［12］。城市土壤在城市生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的角色，不僅決定著上覆植被的生長狀況，更時刻通過參與土壤碳、氮循環(huán)而影響區(qū)域碳、氮平衡狀況［13］。以往研究認(rèn)為，城市化過程引起的熱島效應(yīng)、土壤上覆凋落物的清理以及外來堿性侵入體的輸入等人類活動均導(dǎo)致城市土壤有機(jī)碳含量偏低［14-15］。然而，由于受到城市上空大氣的高氮沉降和人為氮施肥等輸入的影響，城市土壤全氮含量相對較高［16］。當(dāng)然，也有研究者并不支持城市土壤低有機(jī)碳和高氮這一觀點(diǎn)，如邊振興等［17］認(rèn)為城市土壤在接受了大量生活垃圾等有機(jī)物質(zhì)的輸入后，其有機(jī)碳呈明顯的富集特征；郝瑞軍等［18］和陳青松等［19］也認(rèn)為城市土壤中大量的建筑垃圾侵入加速了土壤氮素的流失，其全氮含量明顯低于郊區(qū)農(nóng)田土壤。由此可見，城市土壤有機(jī)碳和全氮分別是土壤碳、氮庫中較為活躍的部分，在多重人為因素的交互影響下，城市綠地土壤碳、氮含量在不同時間階段、不同類型城市和城市內(nèi)部不同功能區(qū)均表現(xiàn)出明顯的差異，但目前針對城市土壤碳、氮變化特征仍缺乏統(tǒng)一認(rèn)識的規(guī)律性［20-21］。因此，以往研究并不足以完全揭示城市土壤碳、氮異常復(fù)雜的變化規(guī)律和影響機(jī)制，亟待深入開展城市土壤碳、氮方面的系統(tǒng)研究。

南充市是成渝經(jīng)濟(jì)群的重要核心城市之一，是川東北城市群核心城市［22］。近年來快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展使南充城區(qū)城市化發(fā)展迅猛，在城市化推進(jìn)過程中，南充城區(qū)周邊農(nóng)耕地和居民點(diǎn)等用地轉(zhuǎn)變成了城市建設(shè)用地，原有土地利用方式發(fā)生了根本性改變，在城市內(nèi)部形成了不同的植被類型、不同的功能區(qū)、不同的綠地類型和不同利用年限的城市土壤，這些改變都將深刻影響著城市土壤的碳、氮循環(huán)過程。因此，本文以城市表層土壤為研究對象，從植被類型、功能區(qū)和利用年限等多視角出發(fā)，定量分析南充城市綠地土壤有機(jī)碳和氮密度的空間分布特征及其影響因素。本研究的開展不僅可以豐富南充等中小城市生態(tài)系統(tǒng)的碳、氮循環(huán)研究內(nèi)容，還有助于合理地開發(fā)利用和保護(hù)城市土地資源，為提高城市土地可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

南充市位于四川省東北部（30°35′～31°51′ N、105°27′～106°58′ E），長江一級支流嘉陵江中游，地形上北邊以低山為主，南部以丘陵為主，地勢上北高南低，由北向南傾斜，海拔256～889 m。氣候為典型的中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，冬暖夏熱，年平均氣溫15.6～17.4℃；年降水量主要集中于5～9月，其多年平均值為980～1150 mm。截至2019年底，南充市常住人口643.50萬，城鎮(zhèn)化率為49.72%，城市建成區(qū)面積達(dá)153 km2，城市綠化覆蓋率達(dá)40.54%。近年來，城市化擴(kuò)張使南充城市生態(tài)系統(tǒng)形成了以商業(yè)、文教、工業(yè)等為主的綠地功能區(qū)和以公園、防護(hù)、道路等為主的綠地類型［23-24］。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置和樣品采集

選取南充市主城區(qū)典型城市綠地132個樣點(diǎn)，根據(jù)不同植被類型劃分為常綠林44個、落葉林31個、灌木27個、草本30個；根據(jù)不同綠地類型劃分為公園綠地18個、附屬綠地48個、防護(hù)綠地33個、道路綠地21個、街頭綠地12個；根據(jù)不同功能區(qū)劃分為文教區(qū)33個、商業(yè)區(qū)47個、居住區(qū)33個、工業(yè)區(qū)19個；根據(jù)不同利用年限劃分為0～10年48個，10～20年43個、＞20年41個。確定好樣點(diǎn)并規(guī)劃好路線后，用直徑2.5 cm土鉆按照“S”形在每個選好的樣點(diǎn)鉆取土壤樣品，土壤樣品的采集分0～10和10～20 cm 2個土層進(jìn)行，采集后的土壤樣品用四分法取約1 kg土壤裝于自封袋中。同時，用環(huán)刀采集土壤樣品用于土壤容重測定。具體采樣點(diǎn)分布如圖1所示，于2018年7～8月土壤樣品采集。

圖1 采樣點(diǎn)位置圖

1.2.2 樣品分析與測定

環(huán)刀采集的土樣于105℃烘干測定土壤容重。土壤樣品進(jìn)行風(fēng)干處理，風(fēng)干后將土壤過2 mm篩，用以測定土壤中＞2 mm的礫石含量。研磨土壤樣品過0.149 mm篩，用于土壤有機(jī)碳和全氮的測定。具體測定方法如下：容重用環(huán)刀法測定；有機(jī)碳用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測定；全氮用半微量凱氏定氮法測定［24］。

1.2.3 土壤有機(jī)碳、氮密度計算

土壤有機(jī)碳密度是指單位面積一定厚度土層中土壤有機(jī)碳的儲量，通常由土壤有機(jī)碳含量、礫石含量、土壤容重、土層厚度共同決定，其計算公式為［25］：

式中，SOCD為土壤有機(jī)碳密度（t·hm-2）；Ci為第i層土壤有機(jī)碳含量（g·kg-1）；Di為第i層土壤容重（g·cm-3）；Ei為第i層土層厚度（cm）；δi為第i層土壤中直徑＞2 mm的礫石含量（體積百分?jǐn)?shù)）。土壤氮密度（SND）的計算方法參照上述有機(jī)碳密度進(jìn)行，將上式中土壤有機(jī)碳含量替換為土壤全氮含量進(jìn)行計算即可。

1.3 數(shù)據(jù)處理

顯著性差異用LSD最小顯著差數(shù)法進(jìn)行比較，取95%為顯著性水平，然后用字母標(biāo)記法表示。單因素方差分析、二因素方差分析和LSD多重比較均用SPSS 22.0完成，相關(guān)柱狀圖用Sigmaplot 12.5完成。本文中提到的所有顯著性水平“**”、“*”和“NS”分別代表P＜0.01、P＜0.05和不顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 城市綠地土壤有機(jī)碳、氮密度總體特征

從表1可以看出，南充城市土壤0～20 cm土層平均有機(jī)碳密度為41.93 t·hm-2，變幅在3.78～110.49 t·hm-2之間。在垂直方向上，0～10和10～20 cm 土層土壤有機(jī)碳密度均值分別為25.05和16.87 t·hm-2，且隨土壤深度增加而減小，變異系數(shù)分別為58.29%和71.37%，離散程度均屬中等水平。城市土壤0～20 cm土層平均氮密度為3.65 t·hm-2，變幅在1.19～6.54 t·hm-2之間。在垂直方向上，0～10和10～20 cm土層土壤氮密度均值分別為2.39和1.26 t·hm-2，且隨土壤深度增加而減小，變異系數(shù)分別為30.61%和24.40%，離散程度均屬中等水平。

表1 南充市綠地土壤有機(jī)碳、氮密度統(tǒng)計特征值

2.2 不同植被類型土壤碳、氮密度分布特征

植被類型對土壤有機(jī)碳密度的影響已達(dá)極顯著水平（P＜0.01，表2）。0～20 cm土層中，4種植被類型下土壤有機(jī)碳密度均值大小表現(xiàn)為：落葉林（48.55 t·hm-2）＞常 綠 林（44.27 t·hm-2）＞灌木（43.62 t·hm-2）＞草本（30.11 t·hm-2）（圖2）。不同土層中，上層和下層有機(jī)碳密度均在落葉林中最大，分別為27.21和21.34 t·hm-2，最小值均出現(xiàn)在草本中，分別為19.49和10.62 t·hm-2，方差分析表明，有機(jī)碳密度在不同土層間差異極顯著（P＜0.01，表2）。此外，植被類型和土層深度的綜合效應(yīng)對土壤有機(jī)碳密度影響不顯著（P＞0.05，表2）。

0～20 cm土層中，4種植被類型下土壤氮密度均值大小表現(xiàn)為：灌木（3.78 t·hm-2）＞常綠林（3.76 t·hm-2）＞落葉林（3.54 t·hm-2）＞草本（3.49 t·hm-2），然而，方差分析結(jié)果表明土壤氮密度在不同植被類型下的差異并不顯著（P＞0.05，圖2和表2）。從不同深度看，土層對土壤氮密度的影響達(dá)極顯著水平（P＜0.01，表2），0～10 cm土層氮密度在常綠林中最大（2.49 t·hm-2），10～20 cm土層在灌木中最大（1.31 t·hm-2）。上、下土層氮密度最小值均出現(xiàn)在草本中，分別為2.27和1.21 t·hm-2。此外，植被類型和土層深度的綜合效應(yīng)對土壤氮密度影響也不顯著（P＞0.05，表2）。

表2 綠地土壤礫石含量、容重、有機(jī)碳密度和氮密度二因素方差分析結(jié)果

圖2 不同植被類型綠地土壤有機(jī)碳、氮密度

2.3 不同綠地類型土壤有機(jī)碳、氮密度分布特征

不同綠地類型下土壤有機(jī)碳密度差異顯著（P＜0.05，表2），5種綠地類型土壤0～20 cm平均有機(jī)碳密度依次為：公園綠地（50.03 t·hm-2）、道路綠地（49.56 t·hm-2）、防護(hù)綠地（44.11 t·hm-2）、附屬綠地（36.53 t·hm-2）、街頭綠地（31.98 t·hm-2）。從土壤分層來看，0～10 cm土層仍以公園綠地（30.96 t·hm-2）有機(jī)碳密度最大，10～20 cm土層則以道路綠地（21.85 t·hm-2）最大，街頭綠地有機(jī)碳密度在2個土層均最低，分別為18.46和13.53 t·hm-2。不同利用方式下，0～10 cm土層土壤有機(jī)碳密度差異較大，公園綠地與街頭綠地差異達(dá)到1.56倍。10～20 cm深度區(qū)間內(nèi)，土壤有機(jī)碳密度沒有顯著差異。從表2可以看出，土層深度對不同類型綠地土壤有機(jī)碳密度的影響極顯著（P＜0.01），此外，綠地類型和土層深度的綜合效應(yīng)對土壤有機(jī)碳密度的影響不顯著（P＞0.05）。

土壤氮密度在不同綠地類型間差異不大（P＞0.05，圖3和表2），南充市5種綠地類型土壤中，0～20 cm土層平均氮密度依次為街頭綠地（4.33 t·hm-2）、公園綠地（3.99 t·hm-2）、附屬綠地（3.63 t·hm-2）、防護(hù)綠地（3.50 t·hm-2）、道路綠地（3.28 t·hm-2）。從土壤分層來看，0～10 cm土層氮密度以街頭綠地（2.95 t·hm-2）最大，道路綠地（2.24 t·hm-2）最小，10～20 cm土層以公園綠地（1.42 t·hm-2）最大，防護(hù)綠地（1.16 t·hm-2）最小。不同利用方式下，0～10 cm土層土壤有機(jī)碳密度差異較大，街頭綠地與道路綠地差異達(dá)到1.43倍。10～20 cm土層區(qū)間內(nèi)，土壤氮密度沒有顯著差異（圖3）。從表2可以看出，土層深度對氮密度的影響極顯著（P＜0.01），此外，綠地類型和土層深度的綜合效應(yīng)對土壤氮密度的影響不顯著（P＞0.05）。

圖3 不同綠地類型土壤有機(jī)碳、氮密度

2.4 不同功能區(qū)綠地土壤有機(jī)碳、氮密度分布特征

土壤有機(jī)碳密度在不同功能區(qū)的差異較?。≒＞0.05，表2）。各功能區(qū)綠地表層土壤有機(jī)碳平均密度在工業(yè)區(qū)最大（46.51 t·hm-2），商業(yè)區(qū)（44.95 t·hm-2）、文 教 區(qū)（41.46 t·hm-2）次之，居住區(qū)最?。?5.45 t·hm-2）。從空間變異來看，居住區(qū)土壤有機(jī)碳密度變異系數(shù)最大（0.58），工業(yè)區(qū)最?。?.40），各功能區(qū)均屬于中等強(qiáng)度變異（圖4）。從土壤分層來看，不同土層間土壤有機(jī)碳密度均達(dá)到極顯著差異水平（P＜0.01，表2），其中，0～10 cm土層仍以工業(yè)區(qū)（31.25 t·hm-2）有機(jī)碳密度最大，10～20 cm土層以商業(yè)區(qū)（19.13 t·hm-2）最大，居住區(qū)有機(jī)碳密度在兩個土層均最低，分別為20.21和15.23 t·hm-2。此外，二因素方差分析表明功能區(qū)和土層深度的綜合效應(yīng)對土壤有機(jī)碳密度影響也不顯著（P＞0.05，表2）。

各功能區(qū)綠地表層土壤平均氮密度存在顯著差異（P＜0.05，表2），文教區(qū)最大（3.92 t·hm-2），商業(yè)區(qū)（3.74 t·hm-2）、工業(yè)區(qū)（3.40 t·hm-2）次之，居住區(qū)最?。?.40 t·hm-2），文教區(qū)比商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)和居住區(qū)分別高4.79%、15.23%和15.28%。從空間變異來看，工業(yè)區(qū)土壤氮密度變異系數(shù)最大（0.25），商業(yè)區(qū)最?。?.22），各功能區(qū)均屬于中等強(qiáng)度變異（圖4）。從土壤分層來看，不同土層間土壤氮密度均達(dá)到極顯著差異水平（P＜0.01，表2），其中，0～10 cm土層氮密度以文教區(qū)（2.66 t·hm-2）最大，居住區(qū)（2.14 t·hm-2）最??；10～20 cm土層以商業(yè)區(qū)（1.33 t·hm-2）最大，工業(yè)區(qū)（1.12 t·hm-2）最小。此外，二因素方差分析表明，功能區(qū)和土層深度的綜合效應(yīng)對土壤氮密度影響達(dá)顯著水平（P＜0.05，表2）。

圖4 不同功能區(qū)綠地土壤有機(jī)碳、氮密度

2.5 不同利用年限綠地土壤有機(jī)碳、氮密度分布特征

為了解綠地利用年限對土壤有機(jī)碳密度的影響，將采集的樣點(diǎn)按形成時期以10年為間隔分成3種利用年限類型（表3）。結(jié)果顯示，利用年限增加，土壤有機(jī)碳密度極顯著增加（P＜0.01，表2），其中，綠地利用年限在10～20年的土壤有機(jī)碳密度是10年以內(nèi)的1.44倍，20年以上綠地分別是10年以內(nèi)和10～20年的1.72和1.20倍（表3）。不同利用年限的土層深度對土壤有機(jī)碳密度影響達(dá)極顯著水平（P＜0.01，表2），兩個土層的有機(jī)碳密度均在10年內(nèi)最低，20年以上最高。此外，二因素方差分析表明，利用年限和土層深度的綜合效應(yīng)對土壤有機(jī)碳密度的影響不顯著（P＞0.05，表2）。

方差分析表明，綠地利用年限對土壤氮密度的影響顯著（P＜0.05，表2），主要表現(xiàn)為隨著綠地利用年限增加，土壤氮密度先增加后減少。綠地利用年限在10～20年的土壤氮密度值是10年以內(nèi)的1.07倍，20年以上綠地相較于10～20年有所下降，分別是10年以內(nèi)和10～20年的1.30和1.11倍（表3）。從土壤分層來看，不同利用年限的土層深度對土壤氮密度影響極顯著（P＜0.01，表2），兩個土層氮密度均在10～20年達(dá)到最大值。此外，二因素方差分析表明，利用年限和土層深度的綜合效應(yīng)對土壤氮密度的影響未達(dá)顯著水平（P＞0.05，表2）。

表3 不同利用年限綠地土壤有機(jī)碳、氮密度

3 討論

3.1 不同植被類型綠地土壤碳、氮分布特征

不同植被類型下土壤礫石含量和容重差異不顯著，因此土壤有機(jī)碳密度由有機(jī)碳含量決定（表2）。與自然森林土壤一樣，凋落物和根系輸入仍是城市土壤有機(jī)碳的重要來源。城市土壤上覆植被通過凋落物分解和根系分泌輸入等方式，間接決定著土壤有機(jī)碳含量的分布特征，植被類型不同，土壤有機(jī)碳差異較大［26］。以往研究認(rèn)為，灌木的郁閉度低于喬木，其凋落物量小于喬木［27］，而落葉林凋落物量常常大于常綠林［28］，本研究也發(fā)現(xiàn)落葉林土壤有機(jī)碳密度最高，常綠林次之，灌木最小，該結(jié)果與劉蔚漪等［29］的研究報道一致。草本則因其凋落物量常年較少且易于分解，其土壤有機(jī)碳密度一般較?。?0］，本文中也發(fā)現(xiàn)草本土壤有機(jī)碳密度小于其他植被類型。因此，僅從生物因子影響角度來看，不同植被類型下土壤有機(jī)碳密度的這種差異，說明南充市綠地土壤有機(jī)碳積累仍然符合自然狀態(tài)下的積累過程。

與土壤有機(jī)碳類似，不同植被類型下土壤氮密度由全氮含量決定（表2）。植被類型的差異是引起城市土壤氮密度變化的重要原因。地表凋落物中有機(jī)氮的輸入是土壤氮素的重要來源，以往研究發(fā)現(xiàn)，落葉林的土壤氮密度要大于常綠林［31］，而喬木林土壤氮密度則大于灌木［32］。然而，本研究中4種植被類型下土壤氮密度均值大小表現(xiàn)為灌木＞常綠林＞落葉林＞草本，這可能與城市土壤中氮素來源的復(fù)雜性有關(guān)，除了凋落物中氮的自然輸入外，人為施加氮肥、城市工業(yè)生活廢水和汽車尾氣排放等也是城市土壤氮的重要來源［24］。本研究中灌木和常綠林的采樣多集中于公園和學(xué)校，施肥等人為管護(hù)措施相對頻繁，而落葉林的采樣點(diǎn)多位于居住區(qū)和道路兩旁，施肥等管護(hù)措施相對較弱；劉為華等［33］在上海城市森林的研究中也發(fā)現(xiàn)了灌木林土壤全氮含量高于喬木林，常綠林土壤全氮含量高于落葉林的現(xiàn)象。

3.2 不同綠地類型土壤的碳、氮分布特征

城市土壤有機(jī)碳密度的空間差異是自然與人為因素共同作用的結(jié)果，方差分析表明，土壤容重和有機(jī)碳含量共同決定了不同綠地類型土壤有機(jī)碳密度的分布特征（表2）。本研究中不同綠地類型土壤0～20 cm有機(jī)碳密度依次為：公園綠地、道路綠地、防護(hù)綠地、附屬綠地、街頭綠地（圖3）。由于南充市公園管理措施比較完善，園內(nèi)植被類型豐富，植被長勢較好，凋落物歸還土壤的有機(jī)碳增加；此外，公園人流量集中，土壤踩踏現(xiàn)象頻繁，土壤容重偏高，因此土壤有機(jī)碳密度相對較高［34］。而道路綠地因接收了大量來自汽車尾氣排放的有機(jī)污染物，通常其土壤有較高的有機(jī)碳密度［35］。相比之下，位于衛(wèi)生隔離林和道路防護(hù)林中的防護(hù)綠地植被養(yǎng)護(hù)欠缺，長勢欠佳，土壤較為貧瘠，有機(jī)碳密度相對較低［30］。附屬綠地的采樣點(diǎn)多數(shù)位于居住區(qū)，部分位于學(xué)校，學(xué)校植被管護(hù)良好，植被生長良好，土壤肥沃，有機(jī)碳密度較高；而居住區(qū)植被多缺乏養(yǎng)護(hù)，土壤肥力弱，有機(jī)碳密度相對較低，兩者綜合作用使得附屬綠地有機(jī)碳密度偏低。同樣是位于街道附近，街頭綠地土壤有機(jī)碳密度遠(yuǎn)小于道路綠地，這主要與兩者綠地植被種類差異有關(guān)。實際采樣時發(fā)現(xiàn)，南充市道路綠地植被類型多以喬木為主，凋落物輸入有機(jī)碳數(shù)量多；而街頭綠地為了保持其觀賞性，多以種植灌木和草坪為主，凋落物輸入有機(jī)碳數(shù)量少［36］。

同樣，不同綠地類型下土壤氮密度的差異主要取決于全氮含量（表2）。城市土壤氮含量不僅受到上覆植被的影響，同時還受到施肥、垃圾輸入和外來侵入體等人為活動的干擾［19，37］。因此，城市綠地利用方式對土壤氮密度影響顯著。本研究中不同綠地類型土壤0～20 cm氮密度依次為：街頭綠地、公園綠地、附屬綠地、防護(hù)綠地、道路綠地（圖3）。街頭綠地以灌木和草坪為主，其氮施肥次數(shù)相對比較頻繁，且接受了大量來自汽車尾氣排放的含氮有機(jī)物，因而土壤氮密度最高。與土壤有機(jī)碳類似，公園綠地由于管護(hù)到位，植被生長茂盛，凋落物和根系輸入有機(jī)氮數(shù)量多，因而土壤氮密度也較高［18］。道路綠地雖接受了少量汽車尾氣中氮的輸入，但因施肥等人工管護(hù)措施較少，植被長勢較差，其輸入土壤氮含量較低，因而土壤氮密度最小，該結(jié)果與美國巴爾的摩的研究結(jié)果一致［38］。與土壤有機(jī)碳密度類似，附屬綠地的采樣點(diǎn)多位于居住區(qū)，防護(hù)綠地多位于人為管護(hù)力弱的區(qū)域，這兩類綠地土壤上覆植被長期缺乏人工管理，土壤相對貧瘠，氮密度相對較低。

3.3 不同功能區(qū)綠地土壤碳、氮分布特征

不同功能區(qū)的土壤礫石含量和容重間無顯著差異，因而，土壤有機(jī)碳密度取決于有機(jī)碳含量的差異（表2）。本研究中不同功能區(qū)土壤0～20 cm土層的有機(jī)碳密度依次為：工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、文教區(qū)、居住區(qū)（圖4）。工業(yè)區(qū)內(nèi)化工廠、電廠、造紙廠等企業(yè)產(chǎn)生的“三廢”中的廢水和廢渣長期沉積在土壤中，增加了土壤的有機(jī)碳來源，使南充市工業(yè)區(qū)土壤有機(jī)碳密度相對較高，該結(jié)果與張小萌等［39］對烏魯木齊城區(qū)的研究結(jié)果一致。商業(yè)區(qū)植被凋落物大多沒有被清掃，有機(jī)碳?xì)w還進(jìn)入土壤的數(shù)量相對穩(wěn)定，因此商業(yè)區(qū)土壤有機(jī)碳密度較大，僅次于工業(yè)區(qū)。文教區(qū)管護(hù)到位，植被凋落物掉落后多被及時清掃，土壤有機(jī)碳來源減少，因此有機(jī)碳密度相對較小，次于商業(yè)區(qū)和工業(yè)區(qū)。居住區(qū)植被一方面遠(yuǎn)離工業(yè)區(qū)和城市干道，有機(jī)污染物輸入的有機(jī)碳數(shù)量少，另一方面人工管護(hù)相對缺乏，植被長勢較差，土壤肥力弱，有機(jī)質(zhì)相對缺乏。本研究也發(fā)現(xiàn)居住區(qū)土壤有機(jī)碳密度最低，這與孫艷麗等［40］對開封的報道結(jié)果一致。

與土壤有機(jī)碳密度類似，土壤氮含量決定了氮密度在不同功能區(qū)的差異（表2）。已有研究中，西寧市不同功能區(qū)土壤氮含量差異表現(xiàn)為：風(fēng)景區(qū)＞礦治區(qū)＞老居民區(qū)＞廣場區(qū)＞商業(yè)區(qū)＞開發(fā)區(qū)［41］；Pouyat等［38］對美國巴爾的摩的土壤氮含量研究結(jié)果為：居住區(qū)＞公園＞商業(yè)區(qū)＞工業(yè)區(qū)。南充市不同功能區(qū)綠地土壤氮密度差異顯著，從大到小依次為：文教區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、居住區(qū)（圖4）。文教區(qū)綠地土壤上覆植被雖被及時清掃，但人工管護(hù)到位，管理過程中氮肥施用頻繁，兩者綜合作用使得其土壤氮密度最大。商業(yè)區(qū)植被枯枝落葉未及時清理使得凋落物中氮返回土壤的數(shù)量增加，因此，商業(yè)區(qū)土壤氮密度僅次于文教區(qū)。工業(yè)區(qū)土壤氮密度偏低的原因可能與某些樣點(diǎn)受到了臨近化工廠生產(chǎn)的含氮有機(jī)廢棄物的污染有關(guān)［42］。居住區(qū)由于長期缺乏合理的施肥等人工管護(hù)［34］，加上凋落物多被及時清掃［15］，土壤中氮輸入數(shù)量低，土壤氮密度相對于其他3個功能區(qū)最小。

3.4 不同利用年限綠地土壤碳、氮分布特征

城市土壤有機(jī)碳密度在不同時期表現(xiàn)出不同的特征。以往研究發(fā)現(xiàn)，隨著綠地利用年限的增加，土壤有機(jī)碳密度也在增加，并且隨著年份的推延，增加幅度漸趨放緩［43］。這是因為城市綠地土壤形成早期，土層經(jīng)人為干擾后仍處于紊亂狀態(tài)，其地表植被生長不穩(wěn)定，土壤有機(jī)碳密度相對較低。隨著綠地利用年限的增加，土壤上覆植被生長良好，輸入土壤的有機(jī)質(zhì)數(shù)量相對穩(wěn)定，土壤逐漸擺脫形成初期人為干擾的影響，開始在成土因素的作用下按照正常的土壤發(fā)育過程方向發(fā)展，并進(jìn)入持續(xù)穩(wěn)定的狀態(tài)［44］。本研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，20年以上的綠地土壤有機(jī)碳密度最大，10～20年的綠地土壤有機(jī)碳密度次之，10年以內(nèi)的綠地土壤有機(jī)碳密度最小。

同樣，隨著綠地利用年限的增加，土壤氮密度也呈現(xiàn)出類似于有機(jī)碳密度的變化特征，即隨著利用年限的增加，氮密度增大，分析原因可能也與土壤上覆植被在生長穩(wěn)定后對土壤中氮的持續(xù)輸入有關(guān)［45］，當(dāng)然城市化過程中持續(xù)的高氮沉降和頻繁的施氮肥也是導(dǎo)致氮密度增加的重要原因［16］。但相對于城市土壤有機(jī)碳密度，氮密度擾動后恢復(fù)速度較低，主要表現(xiàn)為20年以上土壤氮密度相對10～20年間有輕微下降，可能與20年以上土壤中較高微生物氮礦化速率加快了城市土壤的氮素?fù)p失有關(guān)［46］，具體原因有待結(jié)合土壤微生物相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行更深入的探討。

4 結(jié)論

（1）南充市主城區(qū)城市表層土壤有機(jī)碳和氮密度存在一定程度的空間變異性，離散程度屬中等。0～20 cm土壤有機(jī)碳密度在3.78～110.49 t·hm-2之間，均值為41.93 t·hm-2；0～20 cm土壤氮密度在1.19～6.54 t·hm-2之 間，均值為3.65 t·hm-2；垂直深度上，土壤有機(jī)碳和氮密度均表現(xiàn)出隨土壤深度的增加而降低的趨勢。

（2）植被類型對土壤有機(jī)碳密度的影響顯著，其均值從大到小依次為：落葉闊葉林、灌木、常綠闊葉林、常綠針葉林、草本，而土壤氮密度在不同植被類型間差異不顯著。公園綠地、道路綠地、防護(hù)綠地、附屬綠地和街頭綠地5類綠地土壤有機(jī)碳密度差異顯著，其均值依次減小，而5類綠地類型間土壤氮密度差異不顯著。不同功能區(qū)綠地土壤有機(jī)碳密度差異未達(dá)到顯著水平，而工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、文教區(qū)、居住區(qū)4種城市功能區(qū)的綠地土壤氮密度差異極顯著，均值依次減小。綠地利用年限越久，土壤有機(jī)碳密度越大，而土壤氮密度呈先增加后輕微降低的趨勢。

（3）除自然因素外，強(qiáng)烈的人為活動是造成不同植被類型、綠地類型、功能區(qū)和綠地利用年限下土壤碳、氮密度變化的主要原因。人為活動干擾程度低，土壤恢復(fù)原有自然屬性時間短，上覆植被生長旺盛，土壤中碳、氮密度較高；反之，土壤碳、氮密度較低。因此，未來園林規(guī)劃中應(yīng)該合理選配城市樹種、加強(qiáng)綠地科學(xué)管護(hù)并適當(dāng)降低城市化過程中的人為干擾強(qiáng)度，這對提高城市綠地土壤碳、氮密度和肥力水平，促進(jìn)城市綠地科學(xué)健康發(fā)展具有重要意義。