自改革开放以来，我国经历了前所未有的高速城市化过程，同时给城市生态环境健康可持续发展带来了一系列的问题与挑战。人类活动直接或间接地影响了元素的生物地球化学循环、生物多样性以及自然生态系统的服务功能，城市生态系统中自然因素和社会经济因素之间相互作用及其机制也因此成为了当前城市生态学研究的热点问题。作为陆地生态系统最重要的组成部分，城市土壤既是容纳及净化污染物的重要生态屏障，同时也为土壤生物提供了生境与栖息地。在城市中，居民区作为与城市居民生活最为相关的场所，其土壤生态系统的过程、结构与功能，如元素的生物地球化学循环、生物多样性以及污染物吸纳和净化都与城市居民人群健康息息相关，从而决定着城市人居环境质量。然而，由于土壤生态系统的复杂性，人们对于城市化干扰下的土壤生态系统过程、结构及功能的研究大多浅尝辄止，较少有系统性的研究，现阶段对于城市居民区土壤的研究则更是屈指可数。

     本研究以北京市建成区居民区绿地土壤生态系统为研究对象，分别于2014年和2016年的夏末秋初，通过空间布点和野外采样，对本地居民区土壤物理化学及生物学特征、重金属污染物的分布特征、蚯蚓个体和种群水平上的生态学特征、土壤自然消减能力进行了研究；采用空间分析手段和统计学工具等方法，揭示了城市化对建成区居民区土壤重金属分布格局、土壤蚯蚓生态学特征以及土壤自然消减能力的影响机制，为探索城市生态学中社会、经济与自然的互作关系提供了数据基础，主要研究结果如下：

     （1）北京市建成区居民区土壤的容重介于1.12至1.66 g/cm3之间，其压实程度尚未明显影响或抑制本地植物的生长和土壤动物的生存；研究区内土壤质地大多为粉壤土与粉土，因此土壤蓄水作用较差；土壤pH值介于7.98至8.84之间，均为碱性土壤；土壤有机质含量介于5.00至52.0 g/kg之间，土壤阳离子交换量整体较高，介于23.5至41.3 cmol/kg之间，因此具有较强的保肥能力。土壤有机质含量、微生物量碳以及脲酶活性在研究区内的变化程度剧烈，稳定性极差，其变异系数均高于50%；土壤容重、pH以及阳离子交换量波动较小，均匀分布，稳定性极高，其变异系数均小于10%，土壤多种土壤理化特征与微生物特征之间，以及土壤不同的微生物特征之间均存在不同程度的相关关系，相关的土壤因子均可以作为土壤功能的评价指标。

     （2）北京市建成区居民区土壤主要的潜在重金属污染物为Cu、Cd、Pb和Zn，这四种元素的平均浓度分别为23.5，0.139，27.3和96.2 mg/kg，不仅远低于建设用地土壤污染风险筛选指导值，还低于本地土壤背景值，同时大多低于或接近北京市其他土地利用类型的相应元素浓度值；对研究区内相应元素空间特征进行分析，发现Cu、Cd、Pb和Zn四种元素在具有更高的城市化水平和人为活动强度的市中心区域浓度较高；此外，居民区建成年数、距市中心距离、人口密度以及距建筑物距离等城市化特征指标可以显著影响居民区土壤中Cu、Cd、Pb和Zn的浓度，然而居民区建筑物高度和绿地面积对于降低居民区土壤重金属浓度的作用并不明显；不同的植被覆盖类型的土壤重金属含量差异显著（P＜0.05）。由此表明，乔木植被型能够有效拦截富含重金属颗粒的大气降尘，研究区内土壤中的Cu、Pb和Zn的主要来源为大气降尘，而Cd可能源于其它途径的人为排放。

     （3）对北京市建成区居民区土壤中的蚯蚓生态学特征调查结果发现，在个体水平上，蚯蚓平均丰度为44.6 n/m2，蚯蚓平均生物量为15.6 g/m2，其丰度和生物量均显著低于其它城市的研究结果；种群水平上，本研究共鉴别到来自3个科5个属11个蚯蚓种，其中，巨蚓科为蚯蚓的优势科，但研究区内蚯蚓物种分布较为均匀，并没有明显的优势属和优势物种；对于影响蚯蚓种群结构特征的潜在因子进行探究，发现土壤含水量和pH值是影响蚯蚓的种群结构组成特征的最重要的土壤环境因子，土壤有机碳含量与蚯蚓丰度具有显著的负相关关系；居民区的建成年代是影响蚯蚓种群特征的最重要的城市化因子；同时，不同尺度上的居民区景观格局都可能影响蚯蚓种群结构特征，其中，地表不透水率、绿地率、土地利用类型种类、景观斑块密度和景观破碎度都能够显著影响居民区蚯蚓的种群结构组成。此外，城市景观格局对蚯蚓种群结构特征的影响证实了经典生态学中Meta-动态种群理论在城市生态学的适用性。

     （4）基于熵权法与生态系统服务功能计算指数评价体系（EPX），对传统生态系统服务功能评价模型进行了以下改进：① 在指标筛选上，选取了11个与特定土壤生态服务功能（土壤自然消减能力）相关的土壤生态过程密切相关的土壤物理、化学和微生物因子，包括土壤容重、黏粒含量、土壤pH值、有机质含量、阳离子交换量、矿化碳、微生物量碳、脲酶活性、芳香硫酸脂酶活性、碱性磷酸酶活性以及Biolog-ECO板平均每孔颜色变化率（AWCD）；② 在权重分配上，根据熵权法，考虑不同的土壤因子在土壤生态过程中发挥的作用，对不同土壤指标的权重进行计算与分配；③ 在参考值的选取上，本研究通过选取土壤指标的最值，实现对土壤自然消减能力的评价；④ 在模型算法上，传统的模型还存在非单调性的缺陷，本研究通过对参考值的选取同时也改进了现有的模型在算法上的缺陷。改进后的评价方法体系更加注重土壤生态服务功能评价的客观性和准确性，加强了模型定量评价的实用性和可操作性。

     （5）采用改进的生态服务功能评估模型对北京市建成区居民区土壤的自然消减能力进行了定量评估。结果表明，居民区土壤的容重、AWCD以及有机质的含量在土壤自然消减能力的评价体系中具有最高的权重值，其对应的权重值分别为0.172，0.125和0.118；北京市建成区土壤的自然消减能力值域范围在0.381-0.652之间；对其空间分布格局的分析结果表明，北京市建成区中心区域及东部居民区土壤自然消减能力最高，而建成区周边区域，尤其是西南方位居民区土壤自然消减能力最低，其分布格局与本地城市经济发展特征吻合，即居民区社会经济水平越发达、城市化程度越高，其土壤的自然消减能力越高；通过土壤自然消减能力与社会经济因素的相关分析，发现土壤自然消减能力与居民区建成年数（P＜0.01）、人口密度（P＜0.01）和物业管理费（P＜0.05）等呈正相关关系，与距市中心距离（P＜0.05）、居民区道路密度（P＜0.01）、建筑物密度（P＜0.01）以及小区容积率（P＜0.01）呈负相关关系；根据动力学模型，土壤自然消减能力分别可以通过社会经济因素，包括居民区建成年数、人口密度以及小区物业管理费等分别进行拟合（P＜0.000）；此外，根据多元线性回归拟合分析，土壤自然消减能力可以通过居民区建成年数、道路密度及物业管理费进行拟合（P＜0.05）。