城市绿色基础设施中土壤 - 植物系统养分交互与树木生理功能特性研究成果揭示

为选适合城市树种，研究人员评估土壤 - 植物养分交互及生理响应，发现叶 Mn 浓度等可作指标，具重要意义。

　　城市，作为人类生活的核心区域，正面临着一系列严峻的环境挑战。城市土壤，这一支撑城市绿色生命的基础，却常常遭受污染、盐碱化、养分失衡、压实和密封等问题的困扰，就像一位生病的守护者，无法全力支持城市树木的茁壮成长。而城市树木，本是城市生态系统的绿色卫士，能提供诸如局部降温、雨水吸收、缓解气候变化、改善空气质量等诸多生态服务，可它们的健康和生长却因土壤问题而受到严重制约。

在这样的背景下，为了探寻更有效的城市绿化策略，选择更适宜城市环境的树种，来自意大利国家研究委员会（CNR）等机构的研究人员开展了一项意义重大的研究。该研究成果发表在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》上，为城市绿色基础设施建设提供了关键的理论依据和实践指导。

研究人员采用了多种关键技术方法来深入探究这一复杂的生态系统。在土壤和植物样本采集方面，他们在位于意大利佛罗伦萨西郊的试验区域，采集了不同深度的土壤样本以及多种城市树种的叶片样本。在分析检测技术上，运用了一系列专业手段，如通过特定方法测定土壤的物理、化学和生物学性质，利用元素分析仪测定叶片和土壤中的碳（C）、氮（N）等元素浓度，借助便携式红外气体分析仪系统测量气体交换参数，采用同位素比率质谱仪分析叶片氮和碳稳定同位素组成等。

研究结果主要从以下几个方面呈现：

1. 土壤性质：研究区域的土壤为砂壤土质地，碱性 pH 值较高，其容重（BD）、电导率（EC）等指标显示该土壤适合植物生长，但生态酶化学计量结果表明土壤存在微生物氮（N）和磷（P）限制。
2. 树木营养状况和养分交互：通过主成分分析（PCA）和养分浓度测定发现，5 种用于城市绿化的树种在叶片微量和大量营养元素化学组成及养分比率上存在显著种间差异。例如，柏木（Cupressus sempervirens L.）的叶质量面积（LMA）较高，而养分浓度相对较低；红枫（Acer rubrum L.）叶片的锰（Mn）浓度远低于正常生长阈值，而栓皮槭（Acer opalus Mill.）则超出阈值。同时，叶片中多种元素之间存在复杂的相关性，如钙（Ca）和镁（Mg）呈正相关，镁与钾（K）呈负相关等。
3. 叶片稳定同位素组成：不同树种叶片的 δ¹⁵N 和 δ¹³C 存在显著差异，这表明它们具有不同的资源利用策略。例如，红枫和栓皮槭的 δ¹⁵N 值较低，而杂交榆（Ulmus ‘Plinio’）和柏木的较高；欧洲大叶椴（Tilia platyphyllos Scop.）的 δ¹³C 值最高，红枫和杂交榆最低。
4. 营养状况对城市树木光合作用和水分利用效率的影响：不同树种在光合气体交换参数和水分利用效率（WUE）方面存在种间差异。欧洲大叶椴和杂交榆的 CO₂吸收能力最强，红枫最低；欧洲大叶椴的 WUE 最高，红枫和杂交榆最低。并且，WUE 与叶片 N:P 和 C:P 比率存在显著相关性。

研究结论和讨论部分指出，尽管城市土壤在某些方面适合植物生长，但养分比例的改变和微生物对养分的竞争限制了植物对养分的吸收。叶 Mn 浓度和 C:N:P 化学计量，以及 C 和 N 同位素组成，是与植物营养和生理状态相关的有效叶片特征，可作为土壤 - 植物养分交互和树木生态策略的有用指标，用于城市地区绿色基础设施的物种选择、优化设计、开发和管理。其中，杂交榆和欧洲大叶椴在测试的当地城市地区表现出更平衡的营养状态和更好的生理性能，而红枫和栓皮槭对城市土壤条件适应性较差。然而，该研究是在树木种植后的第一个生长季对幼树进行的，未来还需进一步研究这些树种对城市土壤和小气候条件的长期生态策略以及复杂系统中的动态相互作用。

这项研究对于城市绿色基础设施建设意义非凡，它为城市绿化树种的选择提供了科学依据，有助于提高城市树木的生长质量和生态服务功能，推动城市生态环境朝着更加健康、可持续的方向发展。