中国珠江三角洲地区城市公园与森林土壤酶活性及化学计量比的比较

《Applied Soil Ecology》：Comparison of soil enzyme activity and stoichiometry between urban park and forest in the Pearl River Delta region, China

土壤酶活性与元素配比差异及环境驱动机制研究：通过采集珠三角九城162个样本对比城市公园与森林，发现公园土壤C:N、C:P、N:P比值显著更高（p<0.001），表明存在更强的C限制（VL=1.80）和P限制（VA=58.14°-61.88°）。SEM分析显示土壤pH、NH4+-N与微生物PLFAs显著相关（p<0.05）。

　　城市绿地在可持续城市规划、维持生态平衡和提升环境质量与人类福祉方面发挥着关键作用。然而，关于城市公园和森林土壤酶活性及其营养元素配比的差异，目前仍存在许多未知。为此，本研究在广东省珠江三角洲地区的九个城市中，采集了162个复合土壤样本，涵盖两种土地利用类型——城市公园和森林，旨在探讨土壤性质、酶活性、酶营养配比、向量角度和向量长度在城市绿地生态系统中的作用。研究结果表明，城市公园土壤中的水分含量、有机碳（SOC）、铵态氮（NH??-N）、碳磷比（C:P）、氮磷比（N:P）、酸性磷酸酶活性、过氧化物酶活性和向量角度均显著低于森林土壤。与此同时，城市公园土壤表现出更高的pH值、硝态氮（NO??-N）、酶营养配比（E_C:N、E_C:P和E_N:P）以及向量长度，这表明城市公园土壤中碳限制更明显。向量角度在城市公园和森林土壤中分别处于52.03°至61.88°和54.16°至65.23°之间，均超过45°，表明两种土壤系统中微生物磷限制均较为显著。

研究进一步发现，土壤性质与微生物群落磷脂脂肪酸（PLFAs）含量在两种生态系统中均呈正相关（城市公园土壤：p < 0.05，森林土壤：p < 0.001）。此外，城市公园和森林中的枯落物碳、氮和磷含量均与向量角度呈负相关。这些发现表明，城市公园和森林土壤中微生物的营养限制存在显著差异，且这些差异可能受到不同的土地利用模式和管理措施的影响。例如，城市公园中频繁的枯落物清理可能减少了碳输入，从而导致碳限制加剧；而森林土壤中自然的枯落物积累和分解过程则有助于维持较高的碳输入和更丰富的微生物群落结构。

本研究的生态意义在于揭示了城市公园与森林土壤在营养元素循环和酶活性方面的差异，以及这些差异背后可能的生态机制。城市公园土壤由于受到更多人为干扰，如频繁的枯落物清理、土壤压实以及景观植物的管理措施，其土壤性质与森林土壤存在明显差异。相比之下，森林土壤因其自然的植被覆盖和枯落物积累，能够更有效地维持土壤肥力和微生物活性。因此，城市公园土壤中的碳限制和磷限制问题需要引起重视，并采取相应的管理策略来缓解这些限制，例如选择性保留枯落物、有针对性地施加碳和磷肥等。

在珠江三角洲地区，由于城市化进程的加速，土壤健康指标通常会随着城市化程度的增加而下降。土壤酶活性作为土壤生态系统的重要组成部分，对营养循环、碳封存和植物生长具有关键作用。然而，目前对于城市公园和森林土壤酶活性及其营养配比的研究仍显不足。本研究通过对比两种土地利用类型，发现城市公园土壤中的酶活性普遍较低，这可能与土壤水分含量减少、有机质输入减少以及人为管理措施有关。同时，研究还发现，土壤中的碳磷比、氮磷比等营养元素配比与酶活性之间存在复杂的相互作用关系，这为理解土壤微生物如何响应不同的环境条件提供了新的视角。

研究结果还表明，土壤微生物群落的结构和功能在城市公园和森林中存在显著差异。城市公园土壤中微生物的PLFAs含量较低，而森林土壤中微生物群落更加丰富。这可能与森林中较高的枯落物输入、更稳定的植被结构以及更自然的土壤环境有关。此外，土壤性质对酶向量长度和向量角度的影响在两种生态系统中有所不同。在城市公园中，土壤性质对酶向量长度的影响更为显著，而在森林中，微生物群落的PLFAs含量对酶向量长度具有更高的总效应。这表明，微生物群落的组成和活性在不同土地利用类型中扮演着不同的角色。

为了更好地理解和应对城市公园和森林土壤中的营养限制问题，本研究还采用了结构方程模型（SEM）来分析环境因素与酶配比之间的关系。研究发现，枯落物的碳、氮和磷含量对向量角度具有显著的负相关性，而土壤性质对向量长度和向量角度均具有正向影响。这些结果进一步支持了枯落物在缓解微生物磷限制中的重要作用，同时也强调了土壤管理措施对维持土壤健康和生态功能的重要性。

在珠江三角洲地区的城市化进程中，土壤健康和生态功能的维持对于实现可持续发展至关重要。因此，本研究提出的管理策略，如选择性保留枯落物、施加有机肥和有针对性地进行磷肥施用，可能有助于改善城市公园土壤的营养状况，提高其酶活性和微生物功能，从而增强城市生态系统的服务能力和稳定性。此外，研究还指出，未来的研究应关注土壤垂直剖面的变化，以及不同季节对土壤酶活性和微生物群落的影响，以更全面地理解城市化对土壤生态系统的影响。

本研究不仅为城市绿地土壤管理提供了科学依据，也为城市可持续发展和生态环境保护提供了新的思路。通过对比城市公园和森林土壤的特性，研究揭示了不同土地利用类型对土壤功能的影响，强调了人为活动在改变土壤生态特性中的关键作用。同时，研究还指出，枯落物输入和微生物群落结构是影响土壤酶活性和营养配比的重要因素，这为未来城市绿地的生态管理提供了理论支持和实践指导。