城市绿地类型与历史土地利用对土壤健康的影响机制及可持续管理策略

《Urban Forestry & Urban Greening》：Effects of urban green space types and historical Land Use/ Land Cover on soil health: Implications for sustainable management

本研究针对城市绿地土壤健康评估体系不完善的问题，通过系统分析不同绿地类型下土壤物理化学指标，构建了包含SOC储量、N储量、SSI和SOM/Clay比值的复合土壤健康指数。研究发现木本植被覆盖的绿地具有最优土壤健康状况，而短修剪草坪土壤退化显著。该研究为基于空间显式数据的城市土壤可持续管理提供了科学依据。

　　

在全球快速城市化进程中，城市绿地作为生态系统服务的重要载体，其土壤健康直接关系到碳固存、水质调节和生物多样性保护等关键功能。然而，由于长期人为干扰和复杂的历史土地利用变迁，城市土壤质量呈现高度异质性，传统评估方法难以全面反映其健康状态。特别是在气候变化背景下，如何通过科学管理提升城市土壤的生态功能，已成为可持续城市发展面临的紧迫课题。

本研究由德国吉森大学研究团队开展，通过整合空间、垂直和时间三维度分析框架，系统评估了六类典型城市绿地（木本林、孤立树、树篱、灌木、野花草甸、短修剪草坪）的土壤健康差异。研究创新性地构建了包含土壤有机碳（SOC）储量、氮（N）储量、土壤稳定性指数（SSI）和土壤有机质/黏土（SOM/Clay）比值的复合土壤健康指数，并采用结构方程模型（SEM）解析了历史土地利用与当前绿地类型的交互影响。

关键技术方法包括：基于高分辨率数字正射影像（20厘米）的绿地类型精细分类；120个采样点360份土壤样品的分层采集（0-1厘米、1-10厘米、10-30厘米）；土壤理化性质（pH、NPK、粒径组成等）标准化检测；基于加权主成分分析（PCA）的复合指数构建；结合历史航片（1953年）的土地利用变迁分析。

研究结果揭示：

1. 1.
   绿地类型对土壤健康特征的影响方面，木本植被覆盖的绿地（木本林、孤立树、树篱）表现出显著优势，其SOC储量（12.4千克/平方米）和土壤稳定性指数（8.91%）最高，而短修剪草坪各项指标均处于最低水平。深层土壤（10-30厘米）的碳氮含量普遍低于表层，但木本植被的垂直分布更为均衡。
2. 2.
   绿地管理对土壤有机碳和稳定性的影响机制显示，基于Dexter理论的复杂有机碳（COC）分析表明，木本林在全部土层中接近碳饱和状态，而短修剪草坪存在显著碳亏缺。测算表明，将100平方米草坪转为木本林可额外固碳415千克。
3. 3.
   当前绿地类型与历史土地利用的交互效应通过SEM模型证实，历史木本植被遗留效应（β=0.31）与当前木本覆盖（β=0.51）共同促进土壤健康。空间制图结果显示，土壤健康优良区域（指数>40）与木本植被分布高度吻合。

讨论部分强调，木本植被通过冠层遮荫、凋落物输入和根系活动形成正向反馈，而高强度管理的草坪则因有机质输出和土壤压实导致功能退化。研究创新的复合指数有效整合了土壤多维度功能，其与空间显式数据的结合为精准管理提供了工具。值得注意的是，野生花草甸对土壤健康的改善作用相对有限，可能与建植时间较短（约15年）及土壤迁移历史有关。

该研究发表于《Urban Forestry》的重要价值在于：首次在城市尺度实现土壤健康的三维（空间-垂直-时间）集成评估，为绿地转型提供量化依据；提出的管理策略（如草坪生态化改造）可直接支持碳中和城市建设和生物多样性保护目标。未来研究需纳入微生物指标和元素碳（EC）组分，并结合高光谱遥感等技术构建数字孪生系统，以推动城市土壤健康管理的智能化发展。