城市更新區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與適宜性評價(jià)方法研究及應(yīng)用示范

占光輝

（上海市地質(zhì)調(diào)查研究院，上海 200072）

上海等大型和特大型城市普遍存在城市發(fā)展空間約束、建設(shè)用地規(guī)模接近極限以及環(huán)境污染等問題。舊區(qū)改造、工業(yè)用地轉(zhuǎn)型升級、城中村改造等城市更新可進(jìn)一步節(jié)約集約利用存量土地，實(shí)現(xiàn)土地高質(zhì)量利用，提升城市功能。

通常城市更新區(qū)原工業(yè)活動(dòng)時(shí)間長，土壤環(huán)境質(zhì)量狀況復(fù)雜，為防范城市更新中的人體健康風(fēng)險(xiǎn)和保障生態(tài)安全，減少城市更新成本，城市更新區(qū)在規(guī)劃編制時(shí)越來越關(guān)注土壤環(huán)境質(zhì)量因素，亟需將土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)成果納入規(guī)劃編制當(dāng)中，作為其規(guī)劃約束條件之一。

但目前的土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查和評估成果難以在城市更新區(qū)規(guī)劃編制中使用，主要問題在于目前的土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查和評估未很好地考慮城市更新區(qū)規(guī)劃編制的實(shí)際需求，出現(xiàn)了諸如調(diào)查精度與更新區(qū)規(guī)劃要求不匹配，監(jiān)測指標(biāo)缺乏針對性，難以準(zhǔn)確評價(jià)更新區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量狀況，以及現(xiàn)有評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法難以支撐城市更新區(qū)的土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評價(jià)要求等問題。本文根據(jù)城市更新區(qū)規(guī)劃編制中對土壤環(huán)境適宜性要求，對土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查精度、監(jiān)測指標(biāo)體系和評價(jià)分級標(biāo)準(zhǔn)開展研究，提出了服務(wù)于城市更新區(qū)規(guī)劃編制的土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與適宜性評價(jià)方法，并開展了應(yīng)用示范。

1 方法與技術(shù)

服務(wù)于城市更新區(qū)規(guī)劃編制的土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與適宜性評價(jià)方法的核心方法和技術(shù)主要包括：調(diào)查精度、監(jiān)測指標(biāo)體系和評價(jià)分級標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 調(diào)查精度

以什么樣的精度開展城市更新區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查既關(guān)系能否科學(xué)、全面掌握調(diào)查區(qū)的土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，亦涉及合理性、經(jīng)濟(jì)性問題。目前涉及土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查的行業(yè)主要包括自然資源行業(yè)、生態(tài)環(huán)境行業(yè)和農(nóng)業(yè)農(nóng)村行業(yè)。不同行業(yè)內(nèi)對于土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查由于調(diào)查目的不同其調(diào)查精度差異較大，在各自系統(tǒng)內(nèi)均有其自身的一套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系來支撐土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查工作（表1）。

由表1可見，自然資源行業(yè)的相關(guān)調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)類型較為豐富，其調(diào)查精度多以比例尺方式表達(dá)，各標(biāo)準(zhǔn)間比例尺跨度較大，從1:25萬的小比例尺到1:2000大比例均有涉及。農(nóng)業(yè)農(nóng)村行業(yè)中調(diào)查精度常以點(diǎn)/km2表示，一般調(diào)查精度較小，以農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查為主。生態(tài)環(huán)境行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要以單個(gè)地塊的土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查和環(huán)境影響評價(jià)為主，調(diào)查精度多需根據(jù)地塊的具體污染情況確定，通常多以點(diǎn)/地塊或網(wǎng)格精度表達(dá)，通常調(diào)查精度較高。由此可見不同行業(yè)由于調(diào)查對象和調(diào)查目的差異，使得其調(diào)查精度及其表達(dá)方式上均存在不小的差異，本文根據(jù)實(shí)際工作中調(diào)查點(diǎn)布設(shè)方式對比例尺、網(wǎng)格和點(diǎn)/km2三種精度表達(dá)方式進(jìn)行分析比較，總結(jié)了三種精度表達(dá)方式間的換算關(guān)系（表2）。

上海地區(qū)老工業(yè)基地和存量工業(yè)用地面積差異較大，大到幾十平方千米，也可小至不到1平方千米。正是由于城市更新區(qū)大小差異較大，且土壤環(huán)境狀況一般較為復(fù)雜，不宜采用自然資源行業(yè)和農(nóng)業(yè)中區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查精度，但若采用生態(tài)環(huán)境行業(yè)中對單個(gè)地塊的調(diào)查精度解決城市更新區(qū)的土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查，則所布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量將非常之大，調(diào)查工作經(jīng)濟(jì)成本較高。根據(jù)對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的分析、比對，并借助GIS插值分析功能，當(dāng)調(diào)查精度達(dá)到25點(diǎn)/km2，采樣網(wǎng)格為200×200m時(shí)調(diào)查精度能夠滿足大多數(shù)更新區(qū)規(guī)劃編制要求，低于該精度時(shí)空間插值精度難以保障。因此確定將城市更新區(qū)用于規(guī)劃編制的土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查精度確定為不少于25點(diǎn)/km2，采樣網(wǎng)格不大于200×200m是較為合適的。

表1 不同行業(yè)土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查精度Table 1 The technical standards for soil environmental quality surveys in diあerent industries

表2 比例尺精度與采樣密度對比關(guān)系Table 2 The relationship between scale and sampling density

1.2 監(jiān)測指標(biāo)體系

城市更新區(qū)通常在歷史上工業(yè)、企業(yè)眾多，用地歷史復(fù)雜，如何科學(xué)合理的確定監(jiān)測指標(biāo)，并同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性問題時(shí)構(gòu)建監(jiān)測指標(biāo)體系是十分困難的。采用基本指標(biāo)+補(bǔ)充指標(biāo)構(gòu)成的監(jiān)測指標(biāo)體系是一個(gè)可行的方法。

其中基本指標(biāo)的遴選上遵循：立足城市土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀、滿足城市更新區(qū)規(guī)劃編制需求。具體按照國際上普遍關(guān)注的優(yōu)先控制污染物、上海地區(qū)土壤特征污染物、現(xiàn)行相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)劃分大類，采用專家評分法對各大類按重要性和相關(guān)性高低取值（表3），再對各污染物指標(biāo)按下式計(jì)算污染物影響力值DI。

式中：DI為污染物影響力值，最大值為18，最小值為1；Wi為污染物指標(biāo)在第i分類中的取值。

表3 污染物評分取值表Table 3 Pollutants value

根據(jù)最終計(jì)算的DI值，研究共遴選出基本指標(biāo)40項(xiàng)，其中包括重金屬指標(biāo)14項(xiàng)，有機(jī)指標(biāo)26項(xiàng)（表4）。此外補(bǔ)充指標(biāo)則主要依據(jù)更新區(qū)工業(yè)企業(yè)特征污染物情況確定。

表4 土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評價(jià)基本指標(biāo)表Table 4 Basic index of soil environmental quality suitability

1.3 評價(jià)分級標(biāo)準(zhǔn)

城市更新區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評價(jià)需構(gòu)建土壤環(huán)境質(zhì)量的分級標(biāo)準(zhǔn)體系。根據(jù)更新區(qū)規(guī)劃可能涉及的用地類型將土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性劃分為4級，并根據(jù)每一級的分級內(nèi)涵及建議用途確定污染物的分級標(biāo)準(zhǔn)。各分級標(biāo)準(zhǔn)中污染物含量的限值標(biāo)準(zhǔn)的確定上可主要依據(jù)地區(qū)元素背景數(shù)據(jù)和現(xiàn)行相關(guān)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)確定（表5）。

評價(jià)方法采用一票否決法，即對同一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行單指標(biāo)評價(jià)，取其最差評價(jià)結(jié)果作為該點(diǎn)位土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評價(jià)結(jié)果。

2 應(yīng)用示范

2.1 示范區(qū)概況

應(yīng)用示范區(qū)為上海地區(qū)一傳統(tǒng)老工業(yè)基地，早在民國時(shí)期便有企業(yè)陸續(xù)選址于此，歷經(jīng)歲月動(dòng)蕩，至今已有近百年的歷史。但隨著上海城市空間拓展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級和綠色發(fā)展需求，示范區(qū)原有的發(fā)展模式愈來愈不符合上海建設(shè)全球卓越城市的要求。根據(jù)示范區(qū)“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)型發(fā)展”的重大戰(zhàn)略要求，需加快對示范區(qū)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化、升級。

表5 城市更新區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評價(jià)分級標(biāo)準(zhǔn)Table 5 Soil environmental quality suitability classification of urban renewal areas

由于示范區(qū)有著近百年的工業(yè)生產(chǎn)歷史，因此其土壤環(huán)境質(zhì)量較為復(fù)雜，為防控工業(yè)區(qū)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級過程中的人體健康風(fēng)險(xiǎn)、生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，以及節(jié)約城市更新成本，亟需開展土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查和適宜性評價(jià)，以指導(dǎo)示范區(qū)的規(guī)劃編制和產(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化。

示范區(qū)面積約20km2，總體上呈南北向分布，并被區(qū)內(nèi)自然河流分割成南北兩區(qū)。示范區(qū)內(nèi)原有企業(yè)主要為金屬加工、制造、化工等類型企業(yè)。因此分析認(rèn)為示范區(qū)內(nèi)特征污染物主要為重金屬和有機(jī)污染物等。

2.2 材料與方法

項(xiàng)目總體上采用200×200m網(wǎng)格，并在重點(diǎn)企業(yè)周邊適當(dāng)加密布設(shè)土壤監(jiān)測點(diǎn)，最終共在示范區(qū)內(nèi)布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)約576個(gè)，調(diào)查精度達(dá)到約30點(diǎn)/km2。土壤采樣采用雙對角線5點(diǎn)混合法，即采集監(jiān)測點(diǎn)中心點(diǎn)及其附近4個(gè)角點(diǎn)0-20cm深度范圍內(nèi)表層土壤樣品均勻混合后作為監(jiān)測點(diǎn)土壤樣品。監(jiān)測指標(biāo)采用本研究提出的基本指標(biāo)體系，包含14個(gè)重金屬元素指標(biāo)和26項(xiàng)有機(jī)指標(biāo)。

2.3 結(jié)果與分析

表6為示范區(qū)重金屬元素指標(biāo)含量統(tǒng)計(jì)情況，由表可知示范區(qū)內(nèi)土壤中部分重金屬元素含量差異性較大，存在一定數(shù)量的重金屬含量高值點(diǎn)。其中鋅、鉛、銅、鎘、鉻、鎳、汞、鉬、銻、銀10個(gè)重金屬元素差異性較大，其含量頻率直方圖呈現(xiàn)偏態(tài)分布的特點(diǎn)（圖1），尤其銀、鎘、鉻、鉬、鉛、銻和鋅7個(gè)重金屬元素含量均值大大超過了上海地區(qū)土壤元素背景含量。而砷、鈹、鈷、鉈4個(gè)重金屬元素含量頻率直方圖呈現(xiàn)正態(tài)分布（圖2），且其含量平均值較為接近上海地區(qū)元素背景含量，說明這4個(gè)重金屬元素在示范區(qū)內(nèi)受人類生產(chǎn)、生活活動(dòng)影響較小。此另鎘、銅、汞和銻元素變異系數(shù)較大，說明這些元素含量離散性較大，極值點(diǎn)含量較高。綜上可見示范區(qū)內(nèi)部分區(qū)域的土壤已經(jīng)受到一定的污染，影響較大的重金屬元素有銀、鎘、鉻、鉬、鉛、銻和鋅。

表6 示范區(qū)重金屬元素含量統(tǒng)計(jì)表Table 6 Heavy metal content statistics of demonstration area soil

圖1 示范區(qū)土壤重金屬元素含量頻率直方圖（鋅、鉛、銅、鎘、鉻、鎳、汞、鉬、銻、銀）Fig.1 Frequency histogram of heavy metal content for demonstration area soil（zinc, lead, copper, cadmium, chromium, nickel, mercury, molybdenum, antimony and silver）

圖2 示范區(qū)土壤重金屬元素含量頻率直方圖（砷、鈹、鈷、鉈）Fig.2 Frequency histogram of heavy metal content for demonstration area soil(Arsenic, beryllium, cobalt, thallium)

由表7可知示范區(qū)內(nèi)共檢出有機(jī)污染20項(xiàng)，包括單環(huán)芳烴4項(xiàng)，鹵代芳烴1項(xiàng)，多環(huán)芳烴13項(xiàng)，有機(jī)氯農(nóng)藥1項(xiàng)和總石油烴。其中檢出率較高的為多環(huán)芳烴類和總石油烴類，而且多環(huán)芳烴類有機(jī)污染物檢出率較高，檢出率普遍超過50%，另外示范區(qū)內(nèi)總石油烴污染亦較為嚴(yán)重，檢出率高達(dá)77.8%。從有機(jī)污染物檢出種類和檢出率分析來看，示范區(qū)內(nèi)土壤中污染物與產(chǎn)業(yè)特征污染物是基本一致的。

表7 示范區(qū)土壤有機(jī)污染物檢出情況統(tǒng)計(jì)Table 7 Organic pollutants detection rate of demonstration area soil

采用本文提出的城市更新區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評價(jià)方法對示范區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行評價(jià)分級，評價(jià)結(jié)果顯示：示范區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量等級以Ⅰ、Ⅱ級為主，局部分布有Ⅲ級和Ⅳ級。從空間分布格局來看示范區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量總體上北區(qū)好于南區(qū)，北區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評價(jià)結(jié)果以Ⅰ級和Ⅱ級為主，適宜作為學(xué)校、博物館、圖書館、住宅、農(nóng)用地等對土壤環(huán)境質(zhì)量要求較高的用地使用；南區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評價(jià)結(jié)果以Ⅱ級和Ⅲ級為主，可作為住宅、商業(yè)、工業(yè)、倉儲(chǔ)物流等用地使用。土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評價(jià)結(jié)果為Ⅳ級的區(qū)域基本呈點(diǎn)狀零星分布，這些區(qū)域使用前需要進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和土壤修復(fù)工作，或作為對土壤環(huán)境質(zhì)量要求較低的特殊用途使用（圖3）。

圖3 示范區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評價(jià)Fig.3 Soil environmental quality suitability map of demonstration area

3 結(jié)語

本研究通過對調(diào)查精度、監(jiān)測指標(biāo)體系和評價(jià)分級標(biāo)準(zhǔn)三大核心技術(shù)的研究，基本構(gòu)建了可用于城市更新區(qū)規(guī)劃編制的土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查和適宜性評價(jià)方法和技術(shù)體系，解決了以往土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)和評價(jià)成果難以匹配城市規(guī)劃編制要求的難題。示范區(qū)的土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果表明：示范區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量主要受重金屬和有機(jī)污染物影響，其中尤以銀、鎘、鉻、鉬、鉛、銻和鋅7個(gè)重金屬元素和多環(huán)芳烴及總石油烴類有機(jī)污染物對示范區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量影響較大，根據(jù)本文所提出的城市更新區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評價(jià)結(jié)果，示范區(qū)北區(qū)以Ⅰ、Ⅱ級為主，適宜用于學(xué)校、圖書館、農(nóng)用地等對土壤環(huán)境質(zhì)量要求較高的用地使用；而南區(qū)以Ⅱ級和Ⅲ級為主，適宜用于住宅、商業(yè)以及倉儲(chǔ)物流等用地使用。研究為示范區(qū)城市規(guī)劃編制和產(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化提供了參考，為示范區(qū)人體健康風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管控，以及節(jié)約城市更新成本提供了技術(shù)支撐。