徐 懿

（上海長寧園林綠化建設(shè)有限公司，上海 200051）

分析診斷土壤現(xiàn)狀并進(jìn)行質(zhì)量評價，是土壤利用和功能開發(fā)的重要環(huán)節(jié)（李雄華，2013）。城市綠地土壤是城市生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于人為活動，其理化性質(zhì)發(fā)生了顯著改變，會影響到植物的正常生長，影響園林綠化生態(tài)、景觀等功能的充分發(fā)揮，城市綠地的質(zhì)量評價顯得更為重要（劉紅權(quán)等，2013）。目前，國內(nèi)外土壤質(zhì)量評價主要分為兩類：定性評價和定量評價，根據(jù)不同的功能需求，評價方法、內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)也不一樣（黃勇等，2009）。在工業(yè)園區(qū)，評價土壤質(zhì)量主要是為了進(jìn)行城市生態(tài)修復(fù)。長期以來，由于現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和人類自身活動的增加，大量的工業(yè)廢水進(jìn)入到土壤中，改變了土壤元素含量，破壞了土壤質(zhì)量，從而帶來了一系列的生態(tài)環(huán)境問題。鑒于土壤質(zhì)量在土地資源開發(fā)利用和環(huán)境保護(hù)中的特殊作用，城市園林土壤質(zhì)量評價和生態(tài)修復(fù)亟待解決。上海市作為國內(nèi)一線城市，工業(yè)發(fā)達(dá)，人口密集，嚴(yán)重影響土壤質(zhì)量，難以重新發(fā)揮其城市生態(tài)功能。因此，本研究以上海市凌空SOHO附近地塊土壤為研究區(qū)域，選取與城市綠化種植相關(guān)的理化性質(zhì)和土壤環(huán)境質(zhì)量相關(guān)的重金屬污染指標(biāo)，評價土壤的生產(chǎn)力和維持環(huán)境質(zhì)量與保證動植物健康的能力，并對土壤進(jìn)行初步的改良研究，為改善土壤條件、提高土壤質(zhì)量提供依據(jù)，從而在城市生態(tài)修復(fù)中可以為植物定居、生長和生態(tài)系統(tǒng)重建創(chuàng)造良好的外界條件。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

在中國國際進(jìn)口博覽會外圍綏寧路北翟路附近（凌空SO-HO附近地塊土壤）隨機選取8個采樣點（0.67 hm2/采樣點），該區(qū)域原為多家化工廠、制藥廠、電子廠搬遷后的遺址。每個采樣點內(nèi)選取具有代表性的區(qū)域進(jìn)行土壤樣品的采集，采樣深度為0～20 cm，每個樣品由3～5鉆土混合而成。所有土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干、碾碎后過80目尼龍篩待測。

1.2 樣品分析

土壤理化性質(zhì)測定主要包括：pH、土壤含鹽量（EC）、有機質(zhì)、密度、通氣孔隙度和質(zhì)地。參照《土壤農(nóng)化分析（第三版）》測定土壤理化性質(zhì)：2.5：1水土比點位法測定土壤pH值，電導(dǎo)率法（水飽和浸提）測定土壤EC含量，重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定有機質(zhì)含量，環(huán)刀法測定土壤密度，密度計法測定土壤質(zhì)地（鮑士旦，2005）。土壤重金屬含量測定主要包括：Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、Hg、As。火焰原子吸收分光光度法測定 Cu、Zn、Ni、Cr含量，原子熒光法測定As含量，石墨爐原子吸收分光光度法測定Pb、Cd含量，冷原子吸收分光光度法測定Hg含量。采用Agilent氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（7890B-5977B，安捷倫，美國）測定土壤樣品中揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機污染物的組成成分和濃度。

1.3 土壤重金屬污染評價

估算單因子污染指數(shù)（Pi）、綜合污染指數(shù)（P綜）、單個重金屬元素的潛在生態(tài)危害指數(shù)（Eri）和區(qū)域內(nèi)重金屬元素綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）。參照中國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，建立單項污染指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)和多項綜合污染指數(shù)法分級標(biāo)準(zhǔn)（見表1）；根據(jù)重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)值的大小，對潛在生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行登記劃分（見表2）。

式中，Pi為土壤中第i個金屬污染物的污染指數(shù)，Ci為第i個污染物在土壤中的實測濃度（mg/kg），Si為第i個污染物在土壤中的標(biāo)準(zhǔn)值（mg/kg），（Ci/Si）max為土壤中重金屬元素污染指數(shù)最大值，（Ci/Si）ave為土壤各重金屬污染指數(shù)的平均值。

式中，Eri為單個重金屬元素的潛在生態(tài)危害指數(shù)，為土壤中第i個重金屬污染物的污染系數(shù)，為第i個重金屬污染的毒性響應(yīng)參數(shù)，C實測i為第i個重金屬污染物在土壤中的實測濃度（mg/kg），為第i個重金屬污染物在土壤中的標(biāo)準(zhǔn)值（mg/kg）。

1.4 土壤修復(fù)改良

為進(jìn)一步探討土壤質(zhì)量，同時也為下一步土壤改良提供依據(jù)。開展2個土壤改良室內(nèi)試驗：將采樣點土壤按體積比添加30%、50%的酸性土壤有機改良材料，以采樣點原土壤作為對照（CK）。3個處理均撒播青菜種子45粒，10d后統(tǒng)計青菜種子發(fā)芽率和生長狀況。每個處理3個重復(fù)。

表1 土壤重金屬污染等級劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 The criterion of pollution grade of heavy metals in soil

表2 土壤重金屬污染危害指數(shù)與生態(tài)風(fēng)險程度劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 The criterion of ecological risk grade and heavy metals toxicity coefficient

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤物理性質(zhì)

凌空SOHO附近地塊的土壤質(zhì)地以粉（砂）壤土為主，夾雜有少量的黏粒和砂粒。土壤中物理性砂粒（2～0.05 mm）和物理性黏粒（＜0.002 mm）的顆粒百分比分別為2.4%～13.2%和11.9%～27.1%（見圖1）。粉砂粒均在70%以上，表明土壤松散，表層的移動性強，顆粒細(xì)小而易發(fā)生風(fēng)揚現(xiàn)象，調(diào)節(jié)水、肥、氣、熱的能力較差。非毛管孔隙度2.31%～3.51%，均小于綠化種植土壤5%的最低限度要求（CJ/T 340-2016）。土壤密度為1.24～1.44 g/cm3，遠(yuǎn)高于1.35 mg/cm3的限度要求。

2.2 土壤營養(yǎng)化學(xué)性質(zhì)

根據(jù)土樣的分析測試結(jié)果，凌空SOHO附近地塊土壤pH值為8.16～8.96，整體偏堿性，較不適宜植物的生長（見圖2）。土壤鹽分含量較高，且不同采樣點差異較大，在0.30～2.44 mS/cm，變異系數(shù)為0.754。有機質(zhì)含量均較低，在7.09～10.63 g/kg，平均為8.993 g/kg，土壤營養(yǎng)缺乏，較難維持植物的生長發(fā)育。

2.3 土壤中重金屬元素含量及污染評價

如圖3所示，凌空SOHO附近地塊土壤中重金屬含量相對較低，均低于綠化種植土壤重金屬含量I級標(biāo)準(zhǔn)。土壤中8種重金屬以含量高低排序依次為：Zn（84.50 mg/kg）＞Cr（40.35 mg/kg）＞Ni（34.16 mg/kg）＞Cu（24.39 mg/kg）＞Pb（15.89mg/kg）＞As（4.43 mg/kg）＞Hg（0.40 mg/kg）＞Cd（0.21）。該地塊各重金屬單因子污染指數(shù)均小于1，都是清潔等級；但綜合污染指數(shù)為0.796，屬于警戒等級（見表3）。從單因子污染指數(shù)來看，Hg和Ni的Pi值分別為0.991和0.854，處于輕微污染臨界值，應(yīng)引起重視，其余重金屬元素未達(dá)到污染等級。

表3 凌空SOHO附近地塊土壤重金屬污染評價指數(shù)Tab.3PollutionindexofheavymetalsintheflowerplantationsiteofCIIE

2.4 土壤重金屬潛在生態(tài)危害評價

從單個重金屬元素的潛在生態(tài)危害指數(shù)來看，8個重金屬元素均處于輕微風(fēng)險等級（表4）。Hg由于毒性極強（生態(tài)毒性參數(shù)為40），其潛在生態(tài)危害指數(shù)為39.625，雖為輕微危害等級，但該值接近中等危害等級40%，應(yīng)加以重視。從總體來看，凌空SOHO附近地塊土壤重金屬綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)為66.325，處于輕微危害等級。

表4 凌空SOHO附近地塊土壤重金屬元素潛在生態(tài)危害評價Tab.4 Potential ecological risk coefficient of heavy metals in the flower plantation site of CIIE

2.5 土壤中有機污染物含量

對所取土樣進(jìn)行統(tǒng)計分析，共檢測到40種有機污染物，其中揮發(fā)性有機污染物26種，半揮發(fā)性有機污染物14種（見圖4）。其中，含量最高的為芥酸酰胺，其含量為4.37 mg/kg，最低的為二氟胺，其含量為0.02 mg/kg。土壤中3種致癌性有機污染物的含量分別為 0.08mg/kg（芘）、0.05mg/kg（屈）和 0.08 mg/kg（熒蒽），均低于土壤環(huán)境質(zhì)量風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)，表明該區(qū)域土壤中低的致癌性生態(tài)風(fēng)險。鄰二甲苯、鄰苯二甲酸二正辛酯的含量分別為0.06 mg/kg和1.11 mg/kg，低于GB36600-2018中有機污染物的標(biāo)準(zhǔn)限制220 mg/kg和390 mg/kg，表明該區(qū)域土壤中低的生態(tài)風(fēng)險。

2.6 土壤改良分析

通過對采樣點土壤樣品進(jìn)行初步的室內(nèi)盆栽試驗結(jié)果顯示，青菜種子在原土壤中發(fā)芽率為0，且種子發(fā)芽試驗中發(fā)現(xiàn)盆地有黑褐色滲濾液流出（見圖5）。按30%和50%的體積比添加酸性有機改良材料結(jié)果顯示，青菜發(fā)芽率分別為43.7%和73.3%，表明在添加50%的酸性有機改良材料后，不僅有利于植物種子正常發(fā)芽，而且長勢較好。

3 討論

土壤系統(tǒng)作為陸地亞系統(tǒng)的重要組成部分，其質(zhì)量的好壞直接影響整個生物圈的持續(xù)發(fā)展，良好的土壤環(huán)境是植物群落健康、持續(xù)恒張的保障（羅夢嬌等，2017）。本研究對上海市凌空SOHO附近地塊土壤進(jìn)行物理、化學(xué)和生物性質(zhì)的綜合評價，以為生態(tài)恢復(fù)提供依據(jù)，結(jié)果顯示，該區(qū)域土壤整體上偏堿性，土壤鹽分含量較高，有機質(zhì)缺乏，通氣性較差，但重金屬元素污染和有機污染物水平較低。土壤物理性質(zhì)對土壤水、熱、氣、肥和生產(chǎn)力等都具有很大的影響（章家恩等，2000）。土壤密度過大，會嚴(yán)重阻礙植物的根系生長發(fā)育，并且影響降水和灌溉水的入滲（陳連芳等，2006）。上海園林栽植土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定花壇土、樹壇土、草坪土的土壤容重≤1.30 g/cm3（全國土壤普查辦公室，1998）。該地塊土壤密度高于1.30 mg/cm3的限值要求；通氣性較差，小于5%的最低限值要求；質(zhì)地偏黏，砂粒含量偏低，這些均會影響植被的正常生長發(fā)育。土壤酸堿度影響土壤中微生物的活動、氮磷等營養(yǎng)元素形態(tài)轉(zhuǎn)化與釋放、微量元素的有效性等（郭躍，2010）。本研究中，上海市凌空SOHO附近地塊土壤偏堿性，而經(jīng)酸性改良材料改良后的土壤種植青菜發(fā)芽率有顯著提升，表明土壤堿性過高是影響植被生長發(fā)育的重要因素之一。綠化種植土壤標(biāo)準(zhǔn)對綠化種植土的EC值要求為150～1 200 μS/cm（cj）。但該地塊土壤 EC 平均值為 1 714 μS/cm，最高達(dá)4 300 μS/cm，表明該區(qū)域土壤鹽分含量較高，會抑制植物的正常生長。土壤有機質(zhì)是土壤中各種養(yǎng)分元素，特別是氮和磷的重要來源（尹幸福等，2004）。試驗區(qū)域土壤有機質(zhì)平均含量僅為8.993 g/kg，最高僅10.63 g/kg，遠(yuǎn)低于綠化種植土壤對有機質(zhì)含量的要求（12 g/kg）。綜合分析表明，土壤理化性質(zhì)和有機質(zhì)含量低，是影響該區(qū)域城市造林成活率低的主要原因，應(yīng)適當(dāng)松土、施肥、采用酸性改良材料對土壤進(jìn)行改良，以實現(xiàn)城市綠化造林目標(biāo)。

土壤中含量過高的金屬元素，有著極大的毒害作用，嚴(yán)重抑制植物的生長發(fā)育，是植被難以恢復(fù)的主要原因（孫鐵珩等，2005）。對照綠化種植土壤重金屬標(biāo)準(zhǔn)值作為評價標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)域土壤各重金屬元素均屬于清潔等級，綜合屬于警戒等級，不會對人和植物的生長產(chǎn)生影響。土壤潛在生態(tài)危害指數(shù)將土壤中的重金屬元素生態(tài)環(huán)境效應(yīng)與毒理學(xué)聯(lián)系，可以為本地塊土壤實施生態(tài)恢復(fù)以改善環(huán)境狀況、保障生態(tài)安全提供依據(jù)（郭平等，2005）。上海市凌空SOHO附近地塊土壤金屬元素單項和綜合指數(shù)處于清潔安全等級，不會對種植花草等植被和人類活動造成影響。試驗區(qū)域土壤中揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機污染物含量均低于《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)》要求的標(biāo)準(zhǔn)限值，表明土壤有機污染物屬于正常水平，不會對人類活動和植物生長產(chǎn)生抑制作用。綜合分析，土壤重金屬元素和有機污染物含量均低于標(biāo)準(zhǔn)要求限值，并非影響植被生長的限制因素。