近几十年来，全球正经历前所未有的快速城市化过程，高强度的人类活动直接或间接的改变了自然生态系统的生产力、生物多样性、流域水文过程及生物地球化学循环，从而对生态系统的组成、结构、过程和功能产生了一系列影响。土壤作为城市生态系统的重要组成部分，是元素地球化学循环的关键性“源”和“汇”。北京市自2000年以来进入了快速城市化阶段，土地利用类型的快速转变对土壤中重要元素碳、氮的循环和重金属元素的累积产生了重要影响，然而，由于土壤组成及土壤生态过程的复杂性，关于快速城市化对土壤的生态功能及生态过程的影响的研究尚不深入。因此，本研究以北京市建成区各种土地利用类型的绿地土壤为研究对象，通过网格布点及采样分析，开展了对城市土壤碳、氮特征及重金属污染分布格局及其影响因素的研究。本研究结果能够揭示快速城市化过程对土壤生态功能的影响机制，阐述城市生态学中经济、社会与自然的相关关系，为城市规划及城市生态环境管理提供理论依据。

      主要研究结论如下：

      （1）北京市建成区土壤呈现出显著的压实现象，超过63%的土壤样品容重超过1.4 g cm-3，即超出粉砂壤土（silt loam）根系生长的限制值。容重较高的区域主要位于西部、北部；研究区内土壤含有较高比例的砂粒，并且接近一半的样品的土壤含水量低于有利于树木生长的最低含水量11.44%；土壤pH值范围为7.44至8.90，为碱性土壤，商业用地的土壤pH值最高，而农业用地最低。

      （2）北京市建成区土壤有机碳密度变化范围为1.08-5.62 kg m-2，土壤有机碳储量不以凋落物等为来源的有机碳的变化而变化，其空间分布与土壤的压实、有机质来源有密切关系，在工业用地土壤中浓度显著高于其他类型的土壤；土壤有机碳具有较高的矿化比例，矿化率变化范围为0.67-21.78%，因此可以认为建成区土壤累积碳的能力有限；基于土壤有机碳指土壤固碳能力指数计算结果发现，研究区内近70%的土壤固碳能力指数等于或低于“中等”水平，表明研究区内大部分区域土壤的固碳能力相对较差。通过相关性分析筛选出土壤碳循环的主要影响因素包括人口密度及增长率、景观指数、住宅、绿地及农业用地的面积。采用动力学模型拟合发现，除了微生物量碳和矿化碳，其他有机碳指标均能与城市化因子有一定的定量关系，因此可以进一步认为城市化因子对土壤碳循环的影响。

      （3）北京市建成区土壤总氮的浓度变化范围为243-1731 mg kg-1，土壤无机氮净矿化率的变化范围为-10.6-21.8 mg kg-1 d-1，接近10%的样点土壤无机氮的矿化率为负，说明这些样点土壤的无机氮处于被消耗的状态；等级分解分析结果表明土壤性质、景观指数和土地利用类型对建成区土壤总氮、硝态氮、铵态氮和氮矿化率综合影响显著性分别为88%、44%、20%和22%，以土壤理化性质的影响为主。

      （4）地累积指数计算结果表明，研究区内城市土壤重金属Cd、Pb、Cu、Zn污染程度较轻。其中Zn的污染范围最广，超过建成区四分之一的面积达到1级轻度污染水平；Cu的污染程度最高，达到2级及以上水平的样品最多。回归树模型分析结果表明，建成区土壤重金属污染物累积的影响因素主要包括有机碳、人口增长率、阳离子交换量，另外，景观指数和风速也会对土壤重金属的累积产生显著影响（p<0.05）；土壤的理化性质，有机碳和阳离子交换量与4种重金属均具有正相关关系，人口的年均增长率对土壤重金属累积具有负相关关系，而人口密度则对土壤重金属的累积具有正相关关系。对北京市建成区的重金属累积风险进行分区的结果表明，高风险区主要分布于建成区中心、东部及西部区域，而低值区则主要分布在南部。单个重金属累积高风险区的分布与城市化程度较高的区域一致；而4种重金属综合累积的风险除了与城市化程度相关，还与交通网络的密集程度有关。