城市發(fā)展對(duì)土壤環(huán)境效應(yīng)及其功能變化的影響評(píng)述

馮小娟，王曉雁，裴若會(huì)，劉 隆

（陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所有限公司，陜西西安 710054）

城市是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)及文化發(fā)展到一定歷史階段的產(chǎn)物，具有一定的人口規(guī)模，以非農(nóng)業(yè)人口為主的人類群居生活聚集區(qū)。城市化是城市社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及各方面發(fā)展進(jìn)程的結(jié)果，是城市工業(yè)化水平高低的重要標(biāo)志。20世紀(jì)下半葉，第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)生了第三次工業(yè)革命，帶來了城市化和人口向城市轉(zhuǎn)移。世界各地的城市化進(jìn)程取得了迅速進(jìn)展，特別是在發(fā)展中國家。世界上50%以上的人口生活在城市，而中國城市人口的比例已經(jīng)接近60%，聚集了大量本地區(qū)的人才、物質(zhì)和各種高能信息，給城市帶來巨大財(cái)富的同時(shí)，城市化也帶來了環(huán)境承載壓力，嚴(yán)重的城市環(huán)境污染問題。城市是一個(gè)集自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的綜合生態(tài)系統(tǒng)，也是一個(gè)充滿不確定性的人工生態(tài)系 統(tǒng)[1-2]，它具有一般生態(tài)系統(tǒng)的特征，但又不同于自然生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。人類的生產(chǎn)活動(dòng)和日常生活在城市生態(tài)系統(tǒng)中起著重要的作用。然而，土壤作為城市生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，很少受到人們關(guān)注[3]。人類生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)出的污染物破壞了土壤原有的生態(tài)平衡，導(dǎo)致城市土壤原有的一些生態(tài)功能喪失，最終將影響城市居民的健康[4]。因此，研究城市化進(jìn)程中土壤生態(tài)功能的演變及其影響，并采取相應(yīng)的防治措施，將有助于促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。

1 城市土壤

城市土壤是一個(gè)不同于傳統(tǒng)土壤學(xué)的新概念。由于傳統(tǒng)上城市沒有土壤，土壤科學(xué)主要服務(wù)于農(nóng)業(yè)[5]。城市土壤是城市或郊區(qū)土壤的總稱。由于人類活動(dòng)的各種影響，這些土壤保持了原有的性質(zhì)并發(fā)生了變化。城市土壤是指在地帶性土壤背景下，城市化過程中受人類活動(dòng)影響的非農(nóng)業(yè)用地，以及由于土地混合、填埋或污染而形成的厚度在50cm以上的特殊土壤。它廣泛分布在公園、郊區(qū)、城市河流、道路、體育場、廢棄工廠、礦山和垃圾填埋場，或建筑物和工業(yè)設(shè)施覆蓋的地區(qū)[6]。在高度密集和強(qiáng)烈的人類活動(dòng)的作用下，城市土壤不斷被封閉和壓實(shí)，從而改變了土壤的形態(tài)[7]。城市土壤物理性質(zhì)的惡化主要表現(xiàn)為土壤容重的增加、顆粒組成的極端化、通氣量和孔隙度的降低、土壤剖面結(jié)構(gòu)分異程度低、土層缺乏、土層分異的不連續(xù)性，甚至出現(xiàn)“土層倒置”現(xiàn)象等[8]。通過對(duì)香港行道樹生長條件下土壤容重的測定，土壤容重基本在1.67g/cm3左右[9]。大部分土壤表面容重均大于植物生長的理想值，說明土壤板結(jié)嚴(yán)重。通過人類活動(dòng)（生活垃圾、工業(yè)垃圾等）或自然過程產(chǎn)生的有害物質(zhì)進(jìn)入城市或郊區(qū)土壤中，它的含量超過土壤自凈能力，使土壤理化性質(zhì)變化加劇，主要表現(xiàn)在：土壤富營養(yǎng)化程度增加、土壤重金屬污染中的有機(jī)質(zhì)污染[10]。人類（主要是城市居民）所消耗的磷的很大一部分是固定在城市生態(tài)系統(tǒng)中的土壤中[11]， 磷是所有生命必不可少的元素，所有生物每天都需要它來產(chǎn)生能量。然而，人類活動(dòng)對(duì)自然磷循環(huán)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致土地肥力下降，影響農(nóng)作物的品質(zhì)，脅迫人類身體健康。香港[12--13]、北京[14]、南京[15]等城市已經(jīng)開展了城市重金屬污染的調(diào)查研究，結(jié)果表明，城市土壤遭受了不同程度的重金屬污染；通過對(duì)天津市區(qū)和城郊土壤中10種多環(huán)芳烴的檢測，發(fā)現(xiàn)市區(qū)多環(huán)芳烴（PAHs）含量超標(biāo)最嚴(yán)重，其中二環(huán)萘（Nap）超標(biāo)最嚴(yán)重，強(qiáng)致癌物苯并芘含量也令人擔(dān)憂[16]。

2 城市土壤生態(tài)功能的演變

土壤是氣候、地形、生物、母質(zhì)、時(shí)間等自然因素的產(chǎn)物。它具有多種基本的環(huán)境功能，這些功能的共同作用下，維持著城市土壤的生態(tài)環(huán)境平衡，在城市環(huán)境的變化過程中起著重要的作用[17-18]。

2.1 維持動(dòng)植物的多元化，是生物的基因庫和繁 殖地

城市土壤由于其特殊性，不但要起到城市功能區(qū)的基礎(chǔ)支撐作用，還要起到城市植物種子庫、基因庫的作用。城市作為現(xiàn)代化建設(shè)的產(chǎn)物，也屬于生態(tài)環(huán)境中一個(gè)重要系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，土壤仍然是作為生產(chǎn)力基礎(chǔ)的存在，土壤不僅為其上生活和生長的動(dòng)植物提供了養(yǎng)分和棲息地，同時(shí)也是動(dòng)植物生長發(fā)育繁衍后代的場所。城市生態(tài)環(huán)境中土壤與水文、小氣候環(huán)境、城市降水、城市大氣的相互作用，形成了城市土壤的能量和物質(zhì)的循環(huán)，這些循環(huán)促進(jìn)了城市土壤對(duì)動(dòng)植物繁殖能力基因庫的承載量，從而進(jìn)一步促進(jìn)土壤生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。而這種促進(jìn)作用使城市土壤這一特殊的循環(huán)體，在城市的發(fā)展過程中起著重要的生態(tài)調(diào)節(jié)作用，保持了城市生態(tài)的平衡。

2.2 驅(qū)動(dòng)物質(zhì)循環(huán)的中央樞紐

城市中C、N、S、P循環(huán)，金屬元素的生態(tài)地球化學(xué)循環(huán)，水的生態(tài)平衡等共同構(gòu)成了城市生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。土壤中存在各種驅(qū)動(dòng)因子，與城市生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生著物質(zhì)的循環(huán)作用，如土壤膠體表面結(jié)構(gòu)可以影響重金屬元素的循環(huán)過程，土壤的呼吸作用影響土壤中碳、氮的循環(huán)。一方面土壤通過固定作用，可將環(huán)境中的碳、氮固定于土壤中，另一方面，土壤在遭受破壞或氧化分解作用，又會(huì)將土壤中的碳、氮還回大氣。通過對(duì)巖石、大氣、水和生物圈對(duì)土壤圈物質(zhì)循環(huán)的影響以及土壤圈物質(zhì)循環(huán)對(duì)其他圈層的影響的研究，有利于獲得城市土壤在城市環(huán)境物質(zhì)循環(huán)中所起的作用。利用多種新方法和新技術(shù)對(duì)城市土壤圈物質(zhì)循環(huán)開展研究，發(fā)現(xiàn)其在城市環(huán)境的物質(zhì)循環(huán)構(gòu)成中起著中央樞紐的作用，協(xié)調(diào)著城市的生態(tài)環(huán)境向著友好、和諧方向發(fā)展。

2.3 篩選過濾、封鎖、緩解、凈化能力

城市土壤對(duì)城市地下水同樣起著重要的保護(hù)作用。城市土壤的緩沖能力可以降低城市降塵對(duì)城市地下水的污染作用。一方面城市土壤將大氣降塵截留于土壤表面，在微生物的降解作用下，成為土壤的一部分，另一方面土壤通過生長于其表面的植物，將大氣降塵固定，而降低其對(duì)地下水的危害。城市土壤同時(shí)可降低地表污水對(duì)地下水和深層土壤的危害。城市土壤在抵抗外來污染時(shí)雖然需要承載更大的污染壓力，但其過濾機(jī)制仍然存在，可以將表層污水通過土壤顆粒和土壤膠體的作用凈化后進(jìn)入地下水，從而有效地抱回了城市地下水。城市土壤也是病原微生物的過濾器。由于城市土壤的特殊性，其功能也要求多樣化，其中很重要的一個(gè)功能就是可以凈化城市中的有害微生物，通過吸收、抑制等作用，降低病原微生物對(duì)人類的危害。

2.4 節(jié)約水資源，轉(zhuǎn)化能源，預(yù)防災(zāi)害

城市土壤不僅能夠凈化城市水體，同時(shí)通過將城市水體吸附固持，將城市中多余的水分暫存于土壤系統(tǒng)中，等到干旱季節(jié)又可以將這部分水體釋放出來，補(bǔ)充地下水、保持城市蒸發(fā)散能力，促進(jìn)城市地下水位的平衡，同時(shí)維持城市環(huán)境的友好。城市土壤同樣可以將城市熱島產(chǎn)生的熱能吸附，一方面通過熱平衡降低城市的熱能，另一方面可以通過植被吸收熱能，達(dá)到能源轉(zhuǎn)化的作用，有利于城市環(huán)境的健康發(fā)展。城市土壤具有很強(qiáng)的容納能力，可以在城市防洪過程中起到重要的作用，將暴雨中大部分的水體儲(chǔ)存于城市土壤中，可以顯著降低城市水災(zāi)。而由于城市的熱島效應(yīng)，城市溫度會(huì)較周邊環(huán)境顯著升高，城市土壤可將多余的熱能吸收，從而降低城市系統(tǒng)的熱害。另外，城市土壤作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)害具有很好的預(yù)防作用，通過土壤中的生物降低城市化過程中的各種災(zāi)害。

2.5 形成景觀，保護(hù)自然變化和人類遺產(chǎn)

城市土壤不僅在城市生態(tài)系統(tǒng)中起著重要的作用，同時(shí)也是城市功能區(qū)不可缺少的部分。城市土壤通過自身的調(diào)節(jié)作用及人類有意識(shí)地培育，可以達(dá)到多種用途，其中重要的一種用途就是可以通過改良土壤，種植景觀植物，形成城市行道、公園、草坪等景觀，在發(fā)揮生態(tài)功能的過程中還起到了美化環(huán)境的功能。城市行道由于既要保證道路暢通，又要降低道路揚(yáng)塵對(duì)周邊環(huán)境的破壞作用，所以需要栽植不同層次的植被，因此對(duì)土壤的要求也相對(duì)比較高，要求既要保水，同時(shí)又有足夠的養(yǎng)分保持能力。城市公園是城市中重要的休閑娛樂場所，因此城市公園中不僅需要樹木，還需要花草，同時(shí)還對(duì)土壤的潔凈度也有很高的要求。城市草坪屬于特殊類型的景觀，不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境有著重要的意義，同時(shí)也是人們活動(dòng)的場所，因此對(duì)土壤的要求相對(duì)較高。土壤不僅作為生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，也是人類生活、生產(chǎn)過程中的重要因素，對(duì)城市環(huán)境起著重要的作用。

土壤是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，保持健康植物的生長是首要任務(wù)。綠色植物在協(xié)調(diào)城市環(huán)境質(zhì)量和城市居民健康方面發(fā)揮著重要作用，而土壤是這些健康植物生長所必需的養(yǎng)分提供者和基礎(chǔ)。綠地質(zhì)量優(yōu)質(zhì)與否是城市土壤管理的核心地位[19]。其次，城市土壤的生態(tài)特性是城市污染物的吸收地與溫床，并不是生產(chǎn)的功能[20]。城市土壤可以通過降解、轉(zhuǎn)化、緩沖和吸附作用，降低工礦生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)、生活垃圾、生活污水等污染的濃度，降低生物毒性[21]。土壤中的各種微生物和土壤動(dòng)物也能降解和轉(zhuǎn)化外界入侵的各種物質(zhì)，在有毒污染物的分解中起著重要作用[22]。城市土壤是通過維持綠色植物的生長、微生物的自凈和降解來維持城市生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

然而，在城市化進(jìn)程中，土壤的功效不斷演化。城市化減少了耕地，增加了工商業(yè)用地，改變了生物棲息地，降低了生物多樣性也降低了水質(zhì)，這表明土壤功能正在緩慢變化[23]。城市化導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)惡化，綠色植被無法正常生長，自然景觀受到嚴(yán)重破壞，土壤中污染物無法自凈，水熱交換無法進(jìn)行，而微生物環(huán)境的變化意味著城市土壤的許多原始自然土壤性質(zhì)部分或完全喪失。同時(shí)，大部分城市化污染物通過各種形式進(jìn)入土壤，這是土壤接受和緩沖功能的體現(xiàn)。然而，在激烈的環(huán)境污染活動(dòng)中，城市土壤很快將超載，積累到一定程度，它的自凈功能將面臨龐大危境。從長遠(yuǎn)來看，這將對(duì)城市化的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生致命影響[24]。

3 結(jié)束語

城市土壤作為城市生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的組成部分，服務(wù)于城市生態(tài)系統(tǒng)，在城市化過程中受到強(qiáng)烈的人類活動(dòng)的影響，同時(shí)其功能的發(fā)揮又依賴于人類日常生活的需求，因此，在城市中，土壤生態(tài)功能的不斷演化源于人類活動(dòng)的推動(dòng)。