北京市城鎮(zhèn)道路綠地土壤環(huán)境質量調查與評價

秦坤坤

（北京市礦產(chǎn)地質研究所，北京 101500）

土壤是生態(tài)系統(tǒng)的基本要素，也是人類賴以生存的基礎物質條件之一，土壤與大氣、水域和生物環(huán)境之間不斷進行著物質和能量的交換，土壤環(huán)境的惡化與污染會通過“土壤—植物（水體）—人體”的路徑，間接對人體健康造成潛在危害。近年來國家非常重視重金屬引起的土壤污染環(huán)境問題，開展了多項研究工作（曾建兵等，2011；孫小華，2021；郝彪等，2019；胡昱欣等，2021）。另外，城市綠地土壤肥力的高低決定了城市植被生態(tài)服務功能作用（劉占鋒等，2006；李志國等，2013），城市綠地生態(tài)功能的發(fā)揮，關鍵在于土壤，城市的居住適宜性、人類的生活品質和生存環(huán)境質量都與城市土壤所行使的生態(tài)功能密切相關（賈三滿等，2020）。土壤pH、有機質、氮磷鉀、土壤密度和有效態(tài)等含量的多少決定了土壤肥力的高低，其含量及空間分布也直接影響著植被的生產(chǎn)力和分布特征（紀浩等，2012；張麗娜等，2013；Li Jing et al.，2014）。為了掌握北京市城鎮(zhèn)道路綠地土壤環(huán)境質量狀況，本研究以通州區(qū)和五環(huán)路以內的主干路、次干路、支路附屬綠地為調查對象，分析其土壤的物理性質、養(yǎng)分特征和污染物含量，并進行科學合理的評價，以期為相關部門進行土壤綜合治理和植被養(yǎng)護提供參考依據(jù)。

1 區(qū)域地質背景

調查范圍為北京市建成區(qū)（五環(huán)內）以及通州區(qū)的環(huán)路和市區(qū)道路以及主要高速公路周邊道路綠地。研究區(qū)域所在的平原地區(qū)主要由永定河、潮白河、北運河、大清河、薊運河水系洪沖積作用而成。在大地構造上，處于陰山緯向構造體系，祁連山、呂梁山、賀蘭山山字型構造體系和新華夏構造體系的交接部位。地質構造復雜，地貌形態(tài)對比鮮明。北京屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，具有四季分明的特點。平原地區(qū)年平均氣溫為11.5℃，無霜期為180～200 d。受地形和大陸季風的影響，北京市形成降水量的時空分布不均，降水量年際變化大，按照統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在2021年北京全市平均降水量為627.4 mm，分別較常年同期（373 mm）和近10年同期（395.4 mm）偏多7成和6成，為近20年最多。受地帶性和垂直帶性因素的影響，土壤從山地到平原的分布，有一定的規(guī)律性，同時又受地貌和水熱條件的影響。從山地到平原，土壤分為山地草甸土、山地棕壤、褐土、潮土、沼澤土、水稻土和風沙土等，研究區(qū)域土壤類型主要為潮土。

2 材料與方法

2.1 土壤調查點位布設

北京市城市道路綠地土壤環(huán)境質量調查點位布設，遵循全面性原則、可行性原則、經(jīng)濟性原則、連續(xù)性原則、相對一致性原則，調查點位分高速路、環(huán)路、主干道、次干道4級道路布設，點位空間分布具有代表性、均一性，點位間隔超過1 km。分別選擇主干路、次干路、支路的典型路段進行土壤環(huán)境質量調查。本著經(jīng)濟節(jié)約又有代表性的原則，結合道路橫斷面形式合理點位布設，調查點位總計420個（圖1）。

圖1 調查點位分布圖Fig.1 Distribution map of investigation points

2.2 樣品采集

制定相應的采樣計劃，采集現(xiàn)場挖掘采坑深度為60 cm，采坑大小為60 cm×30 cm。每個土壤調查點的土壤樣品按表層（0～＞20 cm）、中層（20～＞40 cm）、下層（40～＞60 cm）3層采集，每個層次5點混合采樣，四分法留存樣品，共采集了1260個土樣。

有機樣品單獨采樣。在中心點的表層取樣，用250 mL棕色廣口瓶裝樣，裝滿玻璃瓶，不留頂上空間，蓋緊瓶蓋，瓶外貼口取紙，用碳素筆書寫樣品信息，樣品采集后應及時放入樣品冷藏箱，4℃以下避光保存。

將采回的土樣攤涼在干凈的塑料紙上，在室內風干，注意不要暴曬，不要放在陽光直射的地方，在半干時，用手將大土塊掰碎，撿去石子和碎草，晾干后，過20目篩，樣品量不少于1.1 kg。20目樣品分別放入500 g塑料瓶1瓶；300 g樣品2份，分別放入2個牛皮紙袋中，附上標簽，送交化驗室檢測。

2.3 樣品分析測試

樣品采集完成后，依次進行樣品流轉、樣品加工和實驗室分析測試，土壤樣品分析測試指標包括常見的影響土壤肥力的各項理化指標、8種重金屬和苯并［a］芘。其中，pH值采用電位法（HJ 962-2018）測定，陽離子交換量采用分光光度法（HJ 889-2017）測定，質地采用密度計法（GB/T 50123-1999）測定，有機質采用重鉻酸鉀-硫酸溶液氧化法（NY/T 1121.6-2006）測定，水解性氮采用堿解-擴散法（LY/T 1228-2015）測定，有效磷采用鹽酸-硫酸浸提-鉬銻抗比色法（LY/T 1232-2015）測定，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法（LY/T 1234-2015）測定，汞和砷采用原子熒光法（GB/T 22105-2008）測定，鎘、鉛、鉻、銅、鎳和鋅采用波長色散X射線熒光光譜法（HJ 780-2015）測定，苯并［a］芘采用氣相色譜-質譜法（HJ 805-2016）測定。測試結果均由具有CMA資質認定的檢測實驗室出具。

2.4 土壤質量評價方法

土壤質量評價包括土壤肥力評價和土壤污染物評價。

2.4.1 土壤肥力評價方法

綠化種植土壤應具備常規(guī)土壤的外觀，有一定疏松度、無明顯可視雜物、常規(guī)土色、無明顯異味。依據(jù)“北京市土壤養(yǎng)分分等定級標準”對土壤肥力進行綜合分級評價，并根據(jù)北京市土壤養(yǎng)分特點和各養(yǎng)分指標在土壤肥力構成中的貢獻，確定土壤養(yǎng)分各參評指標權重值（表1）。

表1 北京市土壤養(yǎng)分指標權重Tab.1 Weight of soil nutrient index in Beijing

按照以下公式計算每個評價地塊的土壤綜合肥力指數(shù)。

式中，I為地塊土壤綜合肥力指數(shù)，F(xiàn)i為第i個指標評分值，Wi為第i個指標的權重。

根據(jù)北京市土壤養(yǎng)分分等定級標準（表2）將土壤養(yǎng)分劃分為極高、高、中、低和極低5個等級。

表2 土壤養(yǎng)分等級劃分Tab.2 Classification of soil nutrients

2.4.2 土壤污染物評價方法

依據(jù)GB 36600-2018《土壤環(huán)境質量建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》中第二類用地確定城鎮(zhèn)道路綠地適用的土壤污染物評估標準（表3）。

表3 土壤污染物評估標準Tab.3 Soil pollutant assessment standard

采用達標評價和污染指數(shù)評價相結合的方法評價城鎮(zhèn)道路綠地土壤環(huán)境質量。

1）達標評價

達標評價即土壤各污染物監(jiān)測項目濃度值應低于該類別標準規(guī)定的風險篩選值，否則需要依據(jù)檢出濃度值來具體評價城鎮(zhèn)道路綠地土壤環(huán)境狀況的等級。當污染物含量低于風險篩選值屬于優(yōu)先保護類，超過風險篩選值且低于風險管制值屬于安全利用類，超過風險管制值屬于嚴格管控類。然后，按照從嚴從緊、就高不就低的原則，進行土壤污染風險等級綜合評價。即當某一點位某個土壤污染物風險等級為安全利用類（或嚴格管控類），其他污染物風險等級為優(yōu)先保護類時，其綜合風險等級為安全利用類（或嚴格管控類）。

2）污染指數(shù)評價

土壤污染指數(shù)評價分為單項污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法。土壤環(huán)境質量評價一般以單項污染指數(shù)為主，當區(qū)域內土壤環(huán)境質量作為一個整體與外區(qū)域進行比較或與歷史資料進行比較時，除用單項污染指數(shù)外，采用綜合污染指數(shù)。計算公式：

根據(jù)Pip的大小，園林綠化用地土壤環(huán)境質量評估劃分為5級（表4）。

表4 土壤環(huán)境質量評估分級Tab.4 Soil environmental quality assessment and classification

根據(jù)P綜的大小，將土壤綜合污染指數(shù)劃分為5級（表5）。

表5 土壤綜合污染指數(shù)分級Tab.5 Classification of soil comprehensive pollution index

3 結果與分析

3.1 土壤物理性質

土壤物理性質是直接影響植物生長的重要因素，也是表征土壤肥力狀況的重要指標。土壤物理性質的不同會導致土壤中水、氣、熱的差異，從而影響到土壤中礦質養(yǎng)分的供應情況，最終影響植物的生長發(fā)育（李潮海等，2002）。從420個調查點位、1 260個土壤樣品分析來看（表6），粉粒占比最大，其中0.075～＞0.02 mm粉粒平均占比44.1%，0.02～0.002 mm粉粒平均占比20.3%，合計粉粒占比達64.4%；砂粒平均占比31.2%，黏粒平均占比4.4%，土壤含砂率較高。從變異系數(shù)來看，砂粒和黏粒受外界影響較大。

表6 土壤粒徑組成Tab.6 Soil particle size composition

3.2 土壤肥力評價

土壤陽離子交換量是土壤膠體所能吸附各種陽離子的總量，其含量大小基本上代表了土壤保肥性的高低。水解性氮能反映出短期內土壤的氮素供應情況和氮素釋放效率；有效磷是土壤中可被植物吸收利用的磷的總稱，它反映了土壤中植物可利用磷的多少；鉀能促進植株莖稈健壯，改善果實品質，增強植株抗寒能力，提高果實糖分和維生素C的含量，所以鉀對植物生長也起著十分重要的作用，植物所能利用的鉀是速效鉀，其含量是表征土壤鉀素供應狀況的重要指標之一（黃曉曦等，2019）；土壤有機質是土壤養(yǎng)分的主要來源，它能促進土壤結構形成，改善土壤物理性質，改變土壤孔隙度，提高土壤蓄水能力，增加土壤的保肥能力和緩沖性能，改善土壤的物理性質，其中腐殖質還具有生理活性和絡合作用，能促進作物生長發(fā)育和消除土壤污染（張效境等，2018）；土壤酸堿度也是直接影響土壤養(yǎng)分有效性的重要因素之一。

本次調查土壤陽離子交換量平均值達到評估標準，大于10 cmol·kg-1，保肥性滿足要求。有機質、水解性氮和有效磷含量總體均偏低，而速效鉀含量普遍偏高，詳見土壤各項肥力指標的統(tǒng)計結果（表7）。

表7 土壤肥力指標統(tǒng)計結果Tab.7 Statistical results of soil fertility index

通過分析土壤綜合肥力指數(shù)評價結果（表8）可知，有機質、有效磷和水解性氮含量明顯偏低是造成土壤肥力綜合指數(shù)較低的主要原因，即使表層土的綜合肥力指數(shù)也只有49.2，中層土和下層土只有45.2、41.7，總體而言本次調查道路附屬綠地土壤肥力處于低級水平。

表8 土壤綜合肥力指數(shù)評價結果Tab.8 Evaluation results of soil comprehensive fertility index

3.3 土壤污染評價

分析420個調查點位表層土壤樣品污染物含量統(tǒng)計結果（表9）可知，土壤重金屬含量均不超標，隨機抽取的27個調查點位土壤中有機污染物多環(huán)芳烴（苯并［a］芘）測定結果也均小于風險標準值，通過達標評價評定所調查地塊土壤均屬于優(yōu)先保護類。通過污染指數(shù)評價得出，土壤單項污染指數(shù)均≤1.0，污染評估為無污染；綜合污染指數(shù)均≤0.7，污染等級為清潔（安全）。

表9 土壤污染物含量綜合統(tǒng)計表Tab.9 Comprehensive analysis of soil pollutant content

3.4 討論

本次研究選取土壤肥力指標、重金屬和有機污染物為評價指標，摸清了420個調查點位土壤質量狀況，結果表明所調查土壤8種重金屬和苯并［a］芘含量很低，基本處于無風險水平。土壤綜合肥力總體處于低級水平，主要是因為土壤有機質含量和有效磷含量過低，其次是水解性氮。

土壤中8種重金屬和苯并［a］芘含量不超標，故不需要采取特別措施，只需要在以后的管護過程中合理控制施用化肥或農藥等，以防外源輸入累計。對于土壤有機質、有效磷和水解性氮含量低導致總體肥力偏低，建議加強措施，培肥地力，改良土壤，如枯枝落葉還田、增施有機肥和種植綠肥等措施改良土壤（秦坤坤等，2021）。

4 結論

通過對通州區(qū)和五環(huán)路及以內的主干路、次干路、支路附屬綠地420個調查點位土壤樣品的采集、分析和土壤物理性質、養(yǎng)分特征和污染物含量研究得出，該區(qū)域土壤鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鎳和鋅8種重金屬元素和苯并［a］芘均不超標。土壤有機質、有效磷和水解性氮含量較低，土壤綜合肥力整體處于低級水平。建議采取相應措施降低土壤重金屬含量，并相應提高土壤肥力。