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一直以来,人们对生态系统服务功能研究主要集中在对自然生态系统,对城市绿地和湿地生态系统也有一些研究,而随着城市化进程的加快,作为城市生态系统的重要组成部分的城市土壤,它所发挥的生态服务功能,逐渐被人们所关注。
本研究以南京市为研究对象,研究区域位于南京市绕城公路以内地区,总面积为256 km2城市土壤的面积为112.4km2。通过卫星影像(2002年11月19日的SPOT5影像)目视解译得到研究区域不同土地利用类型的空间数据,结合研究区域采集的土壤(0-10cm和10-30cm)的实验数据,从城市土壤的气候调节(土壤碳库)、水分调节(土壤水库)、养分循环(土壤养分库)和污染物控制(对P的吸附和对重金属Cu、Zn、Pb、Cr、Cd的吸附)等指标,分析了城市土壤这些评价指标的含量特点和分布特征,对城市土壤的生态服务功能进行了定量评价。本研究还解析了南京市河西地区两期TM影像(1986年和2003年),通过土地利用的变化,估算了城市化区域滞洪库容量的变化,得到了土地利用对滞洪库容的影响。
研究发现整个南京市土壤0-30cm有机碳的储量达到3.75×104t,可以减少7.119×108m3的CO2气体的释放,相对于农业土壤,城市土壤有机碳有富集的趋势,其密度比非城市自然土壤的有机碳密度有一定程度的增加,所以城市土壤又是重要的碳汇。可以说城市土壤是重要的碳库,对减缓城区存在的温室效应有重要作用。
城市土壤是重要的土壤水库。整个研究区域总的库容量为2.822×107m3,其中滞洪库容量为1.095×105m3。城市土壤的面积和容重影响城市土壤水库的大小,所以增加城市土壤的面积和减少压实可以增加城市土壤库容量。整个研究区域如果被建筑物封闭将有总的库容量为2.822×107m3,其中滞洪库容量为1.095×105m3的土壤水库功能将丧失掉,相当于整个研究区域256 km2面积43 mm深的水将成为地表径流。所以说,城市土壤能够调节城市洪涝,具有水分调节的生态功能。
城市土壤是重要的养分循环库,研究区域持留在表层(0-30cm)土壤中的养分元素的总量达到全氮(TN)为6.353×104t、有效磷(AP)为3.427×103t、有效钾(AK)为5.704×103t。研究发现不同的土地利用类型影响着土壤养分循环的服务功能,对TN和AP来说,耕地上壤的含量最高,道路土壤的含量最低,而对于有效钾来说,耕地土壤的含量最低,公园土壤的含量最高。
南京市土壤中磷大量积累,磷的空间变异性非常大,不同的土地利用类型影响着土壤磷素的含量,城市土壤是磷的储存场所,整个研究区域吸附在表层(0.30cm)土壤中的有效磷的量为3480.9t,全磷的量为1.266×105t,吸附在土壤中的磷减少了释放到水体中的磷从而减少了水体富营养化作用,但是积累在土壤中的磷过量将对环境带来负面影响。
城市土壤具有吸附土壤重金属的生态服务功能,不同土地利用类型影响着城市土壤重金属的含量,被吸附的重金属在城市土壤中有不同程度的积累。土壤吸附不同重金属生态功能的特点不同,对于Cr和Cd土壤已经发挥生态服务功能较小,只占总吸附量的7.5%和5.7%,潜在的还能够吸附且不超过所能够容纳的最大浓度的功能分别占总吸附量的92.5%和94.0%,而超过了土壤的最大浓度而吸附在土壤中的量较少,几乎为零。对于Pb、Cu和Zn来说,已经发挥生态服务功能的量较大,占总吸附量的比例分别为23.3%、24.6和30.1%,潜在功能的量分别占总吸附量的66.7%、70.4%和69.5%,超过了土壤的最大浓度而吸附在土壤中的量分别占总吸附量的10%、5.1%和0.5%。被城市土壤吸附的重金属,具有正面的生态服务功能和负面的生态功能,这种负面生态务功能给城市环境带来了严重影响。
对南京市河西地区的1986年到2003年的土地利用变化和河西地区区域滞洪库容量的变化分析发现,城市化土地利用变化影响着区域滞洪库容量。减少城市区域地表封闭是防止城市瞬时洪涝灾害的重要方面,良好的城市土壤管理是建设优良城市生态环境的重要方面。