城市土壤演变及其生态环境效应

城市土壤是指在城市和城郊地区，受多种方式人为活动的强烈影响，原有继承性质得到强烈改变的土壤的总称。长期以来，由于对城市土壤特征和功能认识的不足，它在土壤科学和相关学科中并未得到应有的重视。
随着城市化水平的提高，城市人口增加，人为活动加剧，人类活动与城市土壤之间的联系愈加紧密。据统计，2022年全世界60％的人口生活在城市中，预计至2050年这个数字将增加到70％。我国在20世纪80年代初城市人口仅约占全国总人口的20％，至今占比已超过60％。城市虽仅占地球陆地总表面的2％，却消耗着全球2/3以上的能源和主要原料。无论是从总量还是强度来看，城市生态系统物质循环的强度大大超过自然和农业系统。由于高强度的物质循环，城市废弃物直接或间接进入城市及其周边环境，由此带来了严重的环境问题。城市土壤是城市生态系统的重要组成成分，是城市园林植物生长的介质和养分的供应者，是城市污染物的汇，但也是源，它直接关系到城市生态环境质量和人类健康。
从土壤的特点来看，城市土壤是一类不同于自然与农业土壤，受人类强烈作用的土壤。由于城市建设，城市土壤被高度扰动、搬运、填埋、压实，甚至封闭。城市建筑垃圾、工业废弃物和生活垃圾等通过各种途径进入土壤，成为城市土壤的组成部分。强烈的人为活动和外源物质的加入改变了城市土壤的物理、化学和生物学特性。比如，城市土壤比起源土壤/城市周边的自然土壤更偏碱性，土壤中的有机污染物、重金属等污染元素和碳、氮、磷等生源要素出现富集现象。
在城市生态系统中，土壤发挥的主要是生态环境功能，而生产功能也同样重要。城市土壤是城市水循环的重要枢纽，水分入渗、储蓄和过滤对城市水文过程和水质有重要的影响，也是城市径流的调节器；城市土壤维持绿色植物生长，并起着容纳、缓冲和转化生源物质，不仅是城市农业的载体，还是元素生物地球化学循环的控制器；城市土壤可以吸附、滞留大量的污染物，也是很多元素的终端储存库，在一定程度上对污染物起着固持、转化和消解的作用。总之，城市土壤是城市污染物的汇集地和净化器，是生态系统中分解者的最终场所，是土壤微生物的栖息地和能量的来源，对城市的可持续发展有着重要意义。
城市土壤的发生和演变主要受控于人为活动的影响，其物理、化学和生物学属性发生急剧变化，并普遍出现退化。如城市土壤由于建筑工地的机械压实、人为践踏和路基建设而被压实，从而导致土壤对水分的容纳能力和入渗能力降低，地表径流量增加，易于发生城市洪涝，并带来严重的面源污染；城市土壤中磷素的高度富集，引起地表水和地下水磷素污染，带来水体的富营养化；城市土壤的污染物容纳能力是有限的，严重污染的城市土壤既能通过人体直接吸入的方式威胁城市人群健康，也能通过食物链对人和其他生物造成危害；环境容量饱和的土壤会对周围环境产生二次污染，对水体和大气环境产生威胁，这种威胁在人为扰动和人为搬运的影响下将更为突出。
城市土壤的空间变异非常大，这对城市土壤特性研究、分布、制图、利用与管理产生一定的挑战性。城市表层土壤不仅在水平分布上具有高度变异性，而且在纵向分布上也往往没有规律性。在历史悠久的城市，深层土壤受到不同历史时期城市工业、建筑、商业和人类生活活动等的影响而被刻上历史的烙印。不易分解和移动的物质，如重金属、黑炭等富集在深层土壤中，其含量可能超过现代土壤层。城市建设的高度扰动和搬运可能将这些严重污染的土壤重新带到表层，产生一定的环境危害。因此，城市土壤的研究、管理和利用对于城市环境和人类健康是至关重要的。
城市土壤研究的历史不长，系统的研究依然比较缺乏，对城市土壤的认识还有待于进一步深化。可喜的是，目前国内外已经对城市土壤越来越重视。德国最早于1987年成立了城市土壤工作组，对城市土壤的发生分类、调查制图、理化特性和污染状况等进行了大量的研究。1998年在法国蒙彼利埃市召开的第16届国际土壤学大会上首次设立了城市、工业、交通和矿区土壤工作组（Working Group of SUITMA），并于2000年在德国埃森召开了第一届国际学术研讨会，迄今SUITMA已连续召开11次会议，最近的一次于2022年9月在柏林召开，有力地推动了国际上城市土壤研究。我国对城市土壤较系统的研究工作起步较晚。目前已经在很多大中城市，从不同角度开展了大量的研究工作，特别是自土壤污染防治“土十条”颁布之后，工业场地土壤修复的社会需求进一步推动了城市土壤研究的发展。
目前，国内外尚缺少有关城市土壤研究的专业著作。本书以国内开展工作较早且研究领域较全面的南京、广州和上海为主，结合国内外大量的城市土壤研究结果，对城市土壤的特性、演变及其生态环境效应、城市土壤的生态服务功能、城市土壤的利用与管理等进行了较系统的论述，在归纳和总结相关进展的同时，对今后的研究也提出了浅见。希望通过本书的出版一定程度上深化对城市土壤的认识，为科学合理地利用城市土壤提供依据。
本书材料主要来源于国家自然科学基金重点项目“城市土壤质量演变及其生态环境效应”和中国科学院知识创新工程方向性项目“长三角洲地区城市化过程对土壤资源的影响与生态环境效应”的研究成果，同时参考了国内外城市土壤研究进展，总结了城市土壤演变过程中带有普遍性的规律。全书内容共10章，第1章和第2章主要介绍城市土壤的组成、形成与分类，第3～7章主要介绍城市土壤的特性、演变及其生态环境效应，第8章主要介绍城市土壤的空间分布特点，第9章介绍城市土壤的生态服务功能与评价，第10章介绍城市土壤的利用与管理。主要作者分工如下： 第1章和第2章： 袁大刚、阮心玲、张甘霖；第3章： 杨金玲、张甘霖；第4章： 杨金玲、何跃、袁大刚、张甘霖；第5章： 阮心玲、卢瑛、张甘霖；第6章： 胡雪峰、张甘霖；第7章： 何跃、张甘霖；第8章： 赵玉国、郭龙、张甘霖；第9章： 吴运金、张甘霖；第10章： 卢瑛、袁大刚、吴运金、何跃、张甘霖。全书由张甘霖和杨金玲统稿。本书所涵盖的内容大多侧重基础性的城市土壤研究工作，虽然近年来已开展多项与城市、矿山、工业等区域的土壤污染修复工程，但本书只做一般性的介绍。由于研究范围和水平所限，不足乃至错误之处在所难免，敬请读者批评指正。

张甘霖

本书在中国代表性城市土壤的深入研究和国内外进展总结的基础上，系统呈现了城市土壤的基本特性、形成演变过程及其对生态环境的影响。内容主要包括城市土壤的物质组成、形成与分类、物理特性、污染特性、磁学特性和关键元素循环、城市人类活动的土壤记录、城市土壤的时空变异表征、城市土壤生态服务、城市土壤利用与管理等。