城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度劃分與案例研究①

于全波，張 浪*，黃紹敏，梁 晶，韓繼剛，王小涵

城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度劃分與案例研究①

于全波1,2，張 浪1,2*，黃紹敏3，梁 晶1,2，韓繼剛1,2，王小涵1,2

(1上海市園林科學規(guī)劃研究院，上海 200232；2上海城市困難立地綠化工程技術研究中心，上海 200232；3 河南農(nóng)科院植物營養(yǎng)與環(huán)境研究所，鄭州 450000)

為確定城鎮(zhèn)搬遷地綠化有效土壤厚度，通過對比城鎮(zhèn)搬遷地原地土壤和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)土壤的差異，基于土壤、雜填土、建筑垃圾和土體等基本概念，對城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度進行了定義；基于建筑垃圾層位置和園林綠化種植土相關標準定義了城鎮(zhèn)搬遷地綠化有效土壤厚度的內(nèi)涵；并以上海市世博文化園和三林楔形綠地建成前城鎮(zhèn)搬遷地為例進行了土壤厚度劃分方法的應用。結果表明：城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度是城鎮(zhèn)搬遷地內(nèi)土壤剖面所有的土壤物質層厚度之和；城鎮(zhèn)搬遷地綠化有效厚度為在城鎮(zhèn)搬遷地中位于地下水之上、自身理化性質符合或者經(jīng)過改良后符合地方規(guī)定的園林綠化種植土標準的土壤物質層厚度。上海市世博文化園建成前城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度為2.4 ～ 4.5 m，但由于土壤理化性質不符合園林綠化用土標準，綠化有效土厚為零，綠化種植土均需采用客土。三林楔形綠地建成前城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度大于1 m，土壤經(jīng)過改良均可作為園林綠化種植土。但由于地下水層的存在，城鎮(zhèn)搬遷地綠化有效土厚為1 m。因此，城鎮(zhèn)搬遷地綠化有效土壤厚度劃分方法可為城鎮(zhèn)搬遷地原地土壤和客土用量的快速估算提供科學依據(jù)。

城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度；綠化土壤有效土厚；劃分標準

近年來，受多種因素的影響，一些大中城市中的部分個體工商戶、工業(yè)企業(yè)和居民搬離原生產(chǎn)、經(jīng)營和居住場所[1-5]，這些搬遷之后遺留的城鎮(zhèn)土地又稱為城鎮(zhèn)搬遷地[6]，是城市再次開發(fā)的重要土地來源，也是一些大中城市園林綠化用地的主要土地來源[6-7]，如80% ～ 90% 的新建綠地集中在城鎮(zhèn)搬遷地中[6]。園林綠化用地種植土主要來自城鎮(zhèn)搬遷地原地土壤和客土的混用[7]，原地土壤可用量直接影響著客土的用量。原地土壤可用量的確定需要科學界定城鎮(zhèn)搬遷地能夠滿足園林綠化種植土標準的有效土壤厚度。

土壤厚度是影響土壤肥力、質量和植被生長的重要因子[8-12]，在農(nóng)業(yè)領域許多學者對土壤厚度進行了定義。Kuriakose等[13]認為土壤厚度從地表到地下出現(xiàn)或多或少的巖石層深度。這一概念被王強等[14]和高峻等[15]引用，如高俊等[15]認為土壤厚度指土壤表面到土壤母質層的垂直深度。易晨等[16]根據(jù)野外調查經(jīng)驗制定了土壤厚度、土體厚度和有效土層厚度劃分標準。在劃分土體厚度時考慮到土壤母質上限確定的難度，將土體厚度定義為從地表向下到＞2 mm石礫的體積大于75% 的“非土體”的上限，有效土層厚度的劃分則依據(jù)土壤障礙層的具體情況而定：①在無障礙層的情況下，有效土層厚度定義為從地表向下到“非土層”的上限；②若既無障礙層也無“非土體”，有效土層厚度定義為大于可視厚度；③若有障礙層且障礙層位于地表，則有效土層厚度為零；④若有障礙層，且障礙層位于土體內(nèi)，則有效土層厚度定義為地表到障礙層的上限。

但上述土壤厚度的定義很難適用于城市土壤，尤其是城鎮(zhèn)搬遷地土壤。首先，土壤層次(土層) 是傳統(tǒng)農(nóng)田土壤厚度定義的基礎[16]，而城鎮(zhèn)搬遷地土壤受搬遷之前土地利用的影響[17-18]，土壤層次被嚴重擾動或破壞。其次，農(nóng)田土壤中的障礙層多是由于自然成土因素造成[19-20]，并且土層在土壤剖面中是連續(xù)的。而城鎮(zhèn)搬遷地中的障礙層多是由人為因素導致，并且由于建筑垃圾等非土壤物質的存在，土壤在剖面上可能被分割成兩部分甚至更多部分。最后，農(nóng)業(yè)土壤障礙層下部的土壤并不在有效土層厚度范圍內(nèi)，而城鎮(zhèn)搬遷地土體內(nèi)部障礙層下部的土壤在綠化過程中仍可利用。因此，有必要對城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度進行定義，進一步豐富土壤厚度的內(nèi)涵。

1 概念

城市園林綠化用地：用作城市園林綠化建設的城市土地[21]。

綠地：能穩(wěn)定保持植物生長的可供生態(tài)、景觀、防災、游憩等功能的土地和水域[22]。

土壤：陸地表面由礦物質、有機物質、水、空氣和生物組成，具有肥力，能生長植物的未固結層[23]。

土體：土體的傳統(tǒng)定義為母質層以上的所有土層[23]。

非土體：≤2 mm土壤物質的體積≤25%[16]。

雜填土：由于人類長期的生活和生產(chǎn)活動而形成的地面填土層，其填筑物隨著地區(qū)的生產(chǎn)和生活水平的不同而異[24]。雜填土按主要物質組成可分為素填土、房渣土、工業(yè)廢渣土和生活垃圾土[25]。

園林綠化種植土壤：用于園林中種植一、二年生花卉、多年生花卉(宿根和球根花卉)、草坪植物、竹類、灌木、喬木等植物的綠化用土壤[21]。土壤厚度是園林綠化種植土的重要理化指標之一，不同城市對園林綠化種植土厚度的要求不同，上海市地方標準要求喬木栽植土的有效厚度要達到1 m[26-28]。

建筑垃圾：建設、施工單位或個人對各類建(構)筑物、管網(wǎng)等進行建設、鋪設、拆除、修繕過程中產(chǎn)生的渣土、棄土、棄料、余泥及其他廢棄物[29]。

建筑垃圾層：參考易晨等[16]對“非土體”的定義，將建筑垃圾層定義為建筑垃圾組成的體積≥75% 的層次。

土壤厚度：從地表到土壤母質或巖石層的深度[15]。

地下水：埋藏和運動于地面以下各種不同深度含水層中的水[30]。

土壤發(fā)生層是農(nóng)田土壤厚度確定的基礎[16]，經(jīng)過我們長期實踐觀察，城鎮(zhèn)搬遷地主要存在3種類型的垂直斷面：①均為自然土層的垂直斷面；②填土與自然土層結合的垂直斷面；③均為雜填土的垂直斷面。為了方便城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度劃分，考慮到土壤的物質性，本研究將自然土層和土壤物質體積超過25% 的雜填土統(tǒng)稱為土壤物質層。城鎮(zhèn)搬遷地土壤物質層在垂直斷面中連續(xù)性受建筑垃圾所處的位置影響。當建筑垃圾層在城鎮(zhèn)搬遷地垂直斷面的頂部和底部時，土壤物質垂直斷面仍然是連續(xù)的；但當建筑垃圾層分布在垂直斷面的中部時，土壤物質垂直斷面被建筑垃圾分隔開。因此，城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度可定義為城鎮(zhèn)搬遷地垂直斷面中所有的土壤物質層厚度之和。此定義可以分為以下幾種情況：①無建筑垃圾層，僅有土壤物質層，則城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度為土壤物質層表面至母質或巖石的厚度(圖1A)；②建筑垃圾僅位于雜填土或土層頂部，則搬遷地土壤厚度為雜填土或土壤表面至土壤母質或巖石層的厚度(圖1B)；③建筑位于雜填土內(nèi)部且建筑垃圾層下仍有土壤時，則搬遷地土壤厚度為建筑垃圾層上部和下部土壤物質層厚度之和(圖1C)；④建筑垃圾位于雜填土內(nèi)部且建筑垃圾層下部無土壤時，搬遷地土壤厚度為雜填土表至建筑垃圾層的厚度(圖1D)。

然而在實際園林綠化過程中，只有符合地方規(guī)定的園林綠化種植土標準的土壤才能用于城市園林綠化[26-28]。顯然，這是指城鎮(zhèn)搬遷地土壤自身或經(jīng)改良后符合相關的規(guī)定。此外，在實際園林綠化過程中，地下水之下的土壤通常不用于城市園林綠化。因此，城鎮(zhèn)搬遷地綠化有效土厚可定義為：在城鎮(zhèn)搬遷地中位于地下水之上，自身或者經(jīng)過改良后符合地方規(guī)定的園林綠化種植土標準的土壤物質層厚度。按照上述定義，城鎮(zhèn)搬遷地綠化有效土厚總是≤城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度。在無地下水限制時，分為兩種情況：①城鎮(zhèn)搬遷地所有土壤物質層均可以用于城市園林綠化，此時城鎮(zhèn)搬遷地綠化有效土厚等于搬遷地土壤厚度；②城鎮(zhèn)搬遷地只有部分土壤物質層可以用于園林綠化，則此時城鎮(zhèn)搬遷地綠化有效土厚小于城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度。在地下水位較高時，則分為以下幾種情況：①城鎮(zhèn)搬遷地所有層次的土壤物質經(jīng)改良后均符合地方規(guī)定的園林綠化種植土標準；②只有部分土壤符合地方規(guī)定的園林綠化種植土標準，且在地下水之上；③只有部分土壤符合地方規(guī)定的園林綠化種植土標準，但在地下水之下；④只有部分土壤符合地方規(guī)定的園林綠化種植土標準，在地下水之上和之下均有分布。

2 城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度劃分案例分析

2.1 城鎮(zhèn)搬遷地地貌與土壤剖面示意圖

選擇上海市典型城鎮(zhèn)搬遷地用于說明城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度的劃分。圖2為用于上海世博文化公園和三林楔形綠地建設的典型城鎮(zhèn)搬遷地地貌圖，由圖可知，該城鎮(zhèn)搬遷地地表多為建筑垃圾層。在實際綠化中，需要對這些硬質地面進行破碎，重新利用。本研究選擇了3個典型的剖面用于說明城鎮(zhèn)搬遷地剖面特征。

2.1.1 土壤物質層厚度 圖3為采集于上海市世博文化公園建成前城鎮(zhèn)搬遷地中的土壤剖面，圖3A剖面0 ～ 20 cm為建筑垃圾層，20 ～ 40 cm為雜填土，40 ～ 130 cm為自然土層，綜上，搬遷地土壤厚度為110 cm (即130–20=110)。圖3B剖面表層20 cm為雜填土，20 ～ 85 cm為自然土層，則搬遷地土壤厚度為105 cm (即20+85=110)。

2.1.2 地下水以上土壤物質層厚度 圖4為采集于上海市三林楔形綠地建成前城鎮(zhèn)搬遷地中的土壤剖面，剖面0 ～ 70 cm為雜填土，70 ～ 130 cm為自然土層，130 cm以下為地下水層, 則搬遷地土壤厚度為130 cm(即70+60=130)。

圖4 存在地下水的上海市典型城鎮(zhèn)搬遷地土壤剖面

Fig.4 Image of soil profile existing with groundwater in typical urban relocation area in Shanghai

2.2 城鎮(zhèn)搬遷地綠化有效土壤厚度

上海世博文化公園位于上海浦東新區(qū)耀華地塊，于2019年正式全面建設，占地面積約2 km2。公園建設前，在城鎮(zhèn)搬遷地9個不同地塊通過土鉆采集土壤土柱，每個區(qū)域采集多個土柱(圖5)。測定土柱中表層覆土厚度、頂部建筑垃圾層、雜填土、中部建筑垃圾層和自然土層厚度(表1)。根據(jù)城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度的定義，則城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度為2.4 ～ 4.5 m (為表層覆土、雜填土層和自然土層的厚度之和)。但頂部建筑垃圾層厚度介于 0.3 ～ 2 m，加之土壤pH高于9，不符合DG/TJ 08-231—2013《園林綠化栽植土質量標準》[27]，其城鎮(zhèn)搬遷地綠化有效土厚為零，其綠化建設需全部采用客土。

三林楔形綠地(三林濱江南片區(qū))位于上海浦東濱江，北起中環(huán)線、南至外環(huán)線、東臨濟陽路、西至黃浦江，占地面積4.2 km2。共調查152個土壤樣點，其中對103個樣點進行了樣品采集，49個樣點進行了現(xiàn)場速測，30個樣點進行了剖面樣品采集(圖5)。共設置8個地下水位監(jiān)測井。在實際調查中發(fā)現(xiàn)地下水的深度約為1 m，因此，城鎮(zhèn)搬遷地綠化土壤厚度為1 m。對其中23個采樣點土壤理化性質進行了測定(表2)，測定方法依據(jù)DG/TJ 08-231—2013《園林綠化栽植土質量標準》[27]。由表2可知，該城鎮(zhèn)搬遷地典型樣點中有82.61% 的樣點容重大于1.30 g/kg，100% 的典型樣點pH大于7.8，EC小于0.35 mS/cm，以及82.61% 典型樣點有機質含量低于20 g/kg，不符合DG/TJ 08-231—2013《園林綠化栽植土質量標準》[27]要求，但可以通過改良而符合要求，因此該城鎮(zhèn)搬遷地綠化有效土厚為1 m，其綠化建設不需要客土。

注：①從上至下依次為在垂直剖面上的分布。

3 結論

城鎮(zhèn)搬遷地綠化有效土壤厚度決定了城市園林綠化原地土壤和客土用量。本研究基于傳統(tǒng)的土壤厚度定義和地方園林綠化用土標準，結合城鎮(zhèn)搬遷地土壤自身特點，定義了城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度和城鎮(zhèn)搬遷地綠化有效土壤厚度，并給出了具體的劃分實例，可為城鎮(zhèn)搬遷地綠化過程中快速確定原地土壤和客土的用量提供科學依據(jù)。

表2 上海三林楔形綠地建設前搬遷地土壤基本理化性質

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Soil Thickness Partition in Urban Relocation and Case Studies

YU Quanbo1,2, ZHANG Lang1,2*, HUANG Shaomin3, LIANG Jing1,2, HAN Jigang1,2, WANG Xiaohan1,2

(1 Shanghai Academy of Landscape Architecture Science and Planning, Shanghai 200232, China; 2 Shanghai Engineering Research Center of Landscaping on Challenging Urban Sites, Shanghai 200232, China; 3 Institute of Plant Nutrient and Environmental Resources, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450000, China)

In order to determine the effective soil thickness for the greening of urban relocation sites, soil thickness of urban relocation sites was defined based on the basic concepts of soil, miscellaneous fill, construction waste and soil by comparing the differences between urban relocation and traditional agricultural soils; Based on the depth of the construction waste layer and the relevant standards for landscaping planting soil, the connotation of the effective soil thickness was defined for urban relocation sites, and Shanghai World Expo Cultural Park and Shanghai Sanlin Valley were taken as study examples of urban relocation sites.The results showed that the soil thickness of the urban relocation site is the sum of the thickness of all soil layers in soil profile in the urban relocation site; the effective thickness of the urban relocation site greening is the thickness of soil layer or after improvement which physiochemical properties are in line with the local standards for landscaping planting soil above the groundwater in the urban relocation site.Before the completion of the Shanghai World Expo Cultural Park, the soil thickness of the urban relocation site was 2.4–4.5 m.However, because soil physiochemical properties did not meet the standards of requirements for landscaping use, the effective soil thickness was zero, and extraneous soil had to be used for landscaping use.Before the completion of Shanghai Sanlin Valley, soil thickness of the urban relocation site was greater than 1 m, and soil could be used as landscaping planting soil after improving, but the effective soil thickness for greening was 1 m due to the existence of the groundwater layer.Therefore, the established method in this paper for dividing the effective soil thickness of urban relocation land greening can provide a scientific basis for the rapid estimation of the amount of in-situ soil and guest soil.

Soil thickness of urban relocation sites; Effective soil thickness for greening soil; Classification standards

S159

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.05.025

于全波, 張浪, 黃紹敏, 等.城鎮(zhèn)搬遷地土壤厚度劃分與案例研究.土壤, 2021, 53(5): 1081–1086.

上海市經(jīng)信委項目(LK-2020-0020)、上海市科委項目(19DZ1203300)和上海市綠化與市容管理局項目(G200202)資助。

1132467518@qq.com)

于全波（1990—），男，山東費縣人，博士，主要從事土壤改良研究。E-mail: yuquanbo1990@163.com