城市化进程对城市绿地土壤理化性质及重金属累积的影响

0 引言

随着全球城市化进程加速，城市建成区面积持续扩张，原有的自然生态系统被人工建成环境替代，城市绿地作为“城市之肺”，其生态功能对维持城市可持续性至关重要[1]。然而，城市化带来的土地利用类型转变、人为活动干扰及污染物输入，显著改变了绿地土壤的物理、化学与生物属性，其中土壤理化性质演变与重金属累积是当前研究的热点问题。本研究通过设置连续城市化梯度样地，综合分析不同发展阶段绿地土壤的理化性质特征及重金属累积规律，揭示城市化过程对土壤环境质量的影响路径，为城市绿地生态保护与修复提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域与样点设置

选取某城市中心区及近郊区的城市绿地作为研究对象（涵盖公园绿地、防护绿地及附属绿地）。根据城市扩张方向，按距离市中心的距离划分为 3 个梯度：核心区（0-2km，城市化率 580% ）、缓冲区（ （2-5km ，城市化率 50%-80% ）、郊区 （>5km ，城市化率 .<50% ）。每个梯度设置5 个重复样点，共15 个样点。样点避开道路红线 （>5m） ）、建筑物基础 （>3m） ）及明显污染源（如垃圾堆放点），确保代表性。

1.2 样品采集与分析

在每个样点采用四分法采集 0-20cm 表层土壤（混合5 个样方，每个样方直径 10cm，深度 20cm ），剔除石块、植物残体后，风干研磨过 2mm 筛备用[2]。

土壤理化性质测定： pH 值采用电位法（水土比2.5：1）；有机质含量采用重铬酸钾氧化法；容重采用环刀法；孔隙度通过容重与比重（ 2.65g/cm³ ）计算（孔隙度 （1-容重/比重） ×100% ）[3]。

重金属含量测定：采用 HNO₃ -HClO₄消解（体积比 4：1），消解后定容至 50mL ，用原子吸收光谱仪（AAS）测定 Cd、Pb、Cu、 Zn 、Cr、Ni 含量（检出限分别为0.01、0.1、0.05、0.05、0.05、 0.02mg/kg） ）。

1.3 数据统计分析

采用 SPSS 26.0 进行单因素方差分析（ANOVA）、LSD 多重比较及相关性分析；用Origin 2021 绘制图表。显著性水平设为 p<0.05 。

2 结果与分析

2.1 城市化梯度下土壤理化性质演变特征

不同城市化梯度绿地土壤理化性质存在显著差异（表 1）。pH 值随城市化梯度呈先降后升趋势：核心区（ （6.2±0.3） ）显著低于缓冲区（ ⟨6.8±0.2⟩ ）和郊区 （7.2±0.4）（p<0.05） ），可能与核心区工业废水渗漏及酸性气体沉降有关；缓冲区与郊区 pH 值无显著差异（p>0.05） ）。

有机质含量随城市化程度增加显著降低 ）[4]，容重与孔隙度变化趋势相反，核心区容重（ 1.48±0.05g/cm³， ）显著高于缓冲区（ ⋅1.32±0.04g/cm³ ）和郊区（ 1.23±0.03 g/cm³ ）（ p⩽0.01⟩ ），较郊区增幅达 21.7% ；孔隙度则从核心区（ 42.6±2.1% ）到郊区（ 51.2±2.5% ）逐渐增加，降幅为 12.3% 。土壤压实是容重增加的主要原因，而孔隙度下降进一步限制了根系生长与水分渗透[5]。

表1 不同城市化梯度绿地土壤理化性质

2.2 城市化梯度下重金属累积特征

不同城市化梯度绿地土壤重金属含量差异显著。除 Ni 外，其余 5 种重金属含量均随城市化梯度递增（ _⋅p<0.01， ）。其中，Cd 增幅最大（核心区 0.35±0.04mg/kg vs 郊区

0.18±0.02mg/kg ，增幅 94.4% ），Pb 与 Zn（89.6±5.2mg/kg vs 53.1±4.3mg/kg ，增幅 68.7% ）次之； cu 与 cr 增幅相对较小；Ni 含量在各梯度间无显著差异 （p>0.05） ）。

2.3 土壤理化性质与重金属累积的相关性

相关性分析表明，土壤有机质含量与 Cd、Pb、Cu、Zn、Cr 含量均呈显著负相关（r=-0.72～-0.58 ），说明有机质可通过络合、吸附等作用固定重金属，降低其生物有效性；容重与 Cd、Pb、Zn 含量呈显著正相关 （1=0.61～0.49 ， p<0.05AA） ），容重越大（土壤越紧实），重金属迁移阻力越小，更易在表层累积；pH 值与 Zn 、Cr 含量呈弱正相关（ 、0.28， p>0.05⟩ ），与其他重金属无显著相关性。

3 讨论

3.1 城市化对土壤理化性质的影响机制

核心区因工业活动释放的 SO₂ 、 NO_x 等酸性气体溶于雨水，导致土壤酸化；而缓冲区与郊区因植被恢复及人为改良，pH 值逐渐回升。有机质含量随城市化递减是普遍规律，其主要原因是城市化导致植被覆盖度降低、枯枝落叶输入减少，同时土壤压实抑制了微生物活性，加速有机质矿化。容重增加与孔隙度下降直接反映了土壤结构的退化，这与城市施工机械碾压、硬化地面扩张密切相关，而结构退化进一步削弱了土壤的生态服务功能[5]。

3.2 城市化驱动下重金属累积的关键因素

核心区作为污染源集中区，工业废气（如 Cd、Pb）、交通尾气（如Pb、Zn）及地表径流（如 Cr、Ni）输入的污染物远超土壤自净能力，导致重金属含量显著升高。此外，土壤理化性质的退化降低了重金属的吸附固定能力，促进其在表层累积。值得注意的是，Ni 含量在各梯度间无显著差异，可能因其主要来源于成土母质，且城市化活动对其输入量影响较小。

3.3 管理对策与建议

为缓解城市化对绿地土壤的负面影响，可采取以下措施： ① 优化城市绿地规划，增加核心区与缓冲区的植被覆盖度，通过枯枝落叶归还提高土壤有机质含量； ② 加强污染源控制，严格限制工业废气、废水排放，推广低重金属建材与清洁能源，减少交通尾气与垃圾渗滤液污染。

4 结论

城市化进程通过改变土壤理化性质（如降低有机质含量、增加容重）间接驱动重金属在绿地土壤中的累积。具体表现为：城市化程度越高，土壤 pH 值先降后升，有机质含量显著降低，容重增加、孔隙度下降；重金属总量随城市化梯度递增，其中 Cd、Pb、Zn 增幅最为显著。建议通过优化绿地规划、控制污染源及实施生态修复等措施，维持城市绿地土壤健康，保障城市生态系统服务功能。

参考文献：

[1]马尚飞， 龚鑫， 上官华媛， 姚海凤， 王滨， 李志鹏， 孙新. 城市化过程中不同用地类型对土壤真核生物多样性的影响[J]. 生物多样性， 2025， 33 （03）： 160-171.

[2]来雨晴， 蓝伟根， 张炎晶， 邓星， 陈晓熹， 郭微， 孙延军， 袁程， 刘仪烨， 周兰平，沈晓岚， 尹文. 城市绿地木本植物根系生长与土壤理化性质影响因素[J]. 绿色科技，2024， 26 （03）： 14-20.

[3]伍海兵， 欧阳三姓， 薛苗苗， 梁晶. 郑州市国际旅游度假区绿地土壤质量特征研究[J]. 园林， 2021， 38 （12）： 18-23.

[4]马想， 张浪， 黄绍敏， 张琪， 韩继刚， 俞元春. 上海城市绿地土壤研究现状及问题[J]. 江苏农业科学， 2021， 49 （08）： 61-68.

[5]樊兰英， 闫丽娟， 刘随存. 太原市不同类型城市绿地土壤理化性质[J]. 中国城市林业， 2020， 18 （03）： 30-33.