上海市进博会花卉种植地土壤质量综合评价和改良初步研究——以凌空SOHO附近地块土壤为例

徐 懿

（上海长宁园林绿化建设有限公司，上海 200051）

分析诊断土壤现状并进行质量评价，是土壤利用和功能开发的重要环节（李雄华，2013）。城市绿地土壤是城市生态系统构成的关键环节，由于人为活动，其理化性质发生了显著改变，会影响到植物的正常生长，影响园林绿化生态、景观等功能的充分发挥，城市绿地的质量评价显得更为重要（刘红权等，2013）。目前，国内外土壤质量评价主要分为两类：定性评价和定量评价，根据不同的功能需求，评价方法、内容和标准也不一样（黄勇等，2009）。在工业园区，评价土壤质量主要是为了进行城市生态修复。长期以来，由于现代工业的发展和人类自身活动的增加，大量的工业废水进入到土壤中，改变了土壤元素含量，破坏了土壤质量，从而带来了一系列的生态环境问题。鉴于土壤质量在土地资源开发利用和环境保护中的特殊作用，城市园林土壤质量评价和生态修复亟待解决。上海市作为国内一线城市，工业发达，人口密集，严重影响土壤质量，难以重新发挥其城市生态功能。因此，本研究以上海市凌空SOHO附近地块土壤为研究区域，选取与城市绿化种植相关的理化性质和土壤环境质量相关的重金属污染指标，评价土壤的生产力和维持环境质量与保证动植物健康的能力，并对土壤进行初步的改良研究，为改善土壤条件、提高土壤质量提供依据，从而在城市生态修复中可以为植物定居、生长和生态系统重建创造良好的外界条件。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

在中国国际进口博览会外围绥宁路北翟路附近（凌空SO-HO附近地块土壤）随机选取8个采样点（0.67 hm2/采样点），该区域原为多家化工厂、制药厂、电子厂搬迁后的遗址。每个采样点内选取具有代表性的区域进行土壤样品的采集，采样深度为0～20 cm，每个样品由3～5钻土混合而成。所有土壤样品经自然风干、碾碎后过80目尼龙筛待测。

1.2 样品分析

土壤理化性质测定主要包括：pH、土壤含盐量（EC）、有机质、密度、通气孔隙度和质地。参照《土壤农化分析（第三版）》测定土壤理化性质：2.5：1水土比点位法测定土壤pH值，电导率法（水饱和浸提）测定土壤EC含量，重铬酸钾氧化-外加热法测定有机质含量，环刀法测定土壤密度，密度计法测定土壤质地（鲍士旦，2005）。土壤重金属含量测定主要包括：Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、Hg、As。火焰原子吸收分光光度法测定 Cu、Zn、Ni、Cr含量，原子荧光法测定As含量，石墨炉原子吸收分光光度法测定Pb、Cd含量，冷原子吸收分光光度法测定Hg含量。采用Agilent气相色谱质谱联用仪（7890B-5977B，安捷伦，美国）测定土壤样品中挥发性和半挥发性有机污染物的组成成分和浓度。

1.3 土壤重金属污染评价

估算单因子污染指数（Pi）、综合污染指数（P综）、单个重金属元素的潜在生态危害指数（Eri）和区域内重金属元素综合潜在生态危害指数（RI）。参照中国土壤环境质量标准，建立单项污染指数分级标准和多项综合污染指数法分级标准（见表1）；根据重金属潜在生态危害指数值的大小，对潜在生态风险进行登记划分（见表2）。

式中，Pi为土壤中第i个金属污染物的污染指数，Ci为第i个污染物在土壤中的实测浓度（mg/kg），Si为第i个污染物在土壤中的标准值（mg/kg），（Ci/Si）max为土壤中重金属元素污染指数最大值，（Ci/Si）ave为土壤各重金属污染指数的平均值。

式中，Eri为单个重金属元素的潜在生态危害指数，为土壤中第i个重金属污染物的污染系数，为第i个重金属污染的毒性响应参数，C实测i为第i个重金属污染物在土壤中的实测浓度（mg/kg），为第i个重金属污染物在土壤中的标准值（mg/kg）。

1.4 土壤修复改良

为进一步探讨土壤质量，同时也为下一步土壤改良提供依据。开展2个土壤改良室内试验：将采样点土壤按体积比添加30%、50%的酸性土壤有机改良材料，以采样点原土壤作为对照（CK）。3个处理均撒播青菜种子45粒，10d后统计青菜种子发芽率和生长状况。每个处理3个重复。

表1 土壤重金属污染等级划分标准Tab.1 The criterion of pollution grade of heavy metals in soil

表2 土壤重金属污染危害指数与生态风险程度划分标准Tab.2 The criterion of ecological risk grade and heavy metals toxicity coefficient

2 结果与分析

2.1 土壤物理性质

凌空SOHO附近地块的土壤质地以粉（砂）壤土为主，夹杂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）的颗粒百分比分别为2.4%～13.2%和11.9%～27.1%（见图1）。粉砂粒均在70%以上，表明土壤松散，表层的移动性强，颗粒细小而易发生风扬现象，调节水、肥、气、热的能力较差。非毛管孔隙度2.31%～3.51%，均小于绿化种植土壤5%的最低限度要求（CJ/T 340-2016）。土壤密度为1.24～1.44 g/cm3，远高于1.35 mg/cm3的限度要求。

2.2 土壤营养化学性质

根据土样的分析测试结果，凌空SOHO附近地块土壤pH值为8.16～8.96，整体偏碱性，较不适宜植物的生长（见图2）。土壤盐分含量较高，且不同采样点差异较大，在0.30～2.44 mS/cm，变异系数为0.754。有机质含量均较低，在7.09～10.63 g/kg，平均为8.993 g/kg，土壤营养缺乏，较难维持植物的生长发育。

2.3 土壤中重金属元素含量及污染评价

如图3所示，凌空SOHO附近地块土壤中重金属含量相对较低，均低于绿化种植土壤重金属含量I级标准。土壤中8种重金属以含量高低排序依次为：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）。该地块各重金属单因子污染指数均小于1，都是清洁等级；但综合污染指数为0.796，属于警戒等级（见表3）。从单因子污染指数来看，Hg和Ni的Pi值分别为0.991和0.854，处于轻微污染临界值，应引起重视，其余重金属元素未达到污染等级。

表3 凌空SOHO附近地块土壤重金属污染评价指数Tab.3PollutionindexofheavymetalsintheflowerplantationsiteofCIIE

2.4 土壤重金属潜在生态危害评价

从单个重金属元素的潜在生态危害指数来看，8个重金属元素均处于轻微风险等级（表4）。Hg由于毒性极强（生态毒性参数为40），其潜在生态危害指数为39.625，虽为轻微危害等级，但该值接近中等危害等级40%，应加以重视。从总体来看，凌空SOHO附近地块土壤重金属综合潜在生态危害指数为66.325，处于轻微危害等级。

表4 凌空SOHO附近地块土壤重金属元素潜在生态危害评价Tab.4 Potential ecological risk coefficient of heavy metals in the flower plantation site of CIIE

2.5 土壤中有机污染物含量

对所取土样进行统计分析，共检测到40种有机污染物，其中挥发性有机污染物26种，半挥发性有机污染物14种（见图4）。其中，含量最高的为芥酸酰胺，其含量为4.37 mg/kg，最低的为二氟胺，其含量为0.02 mg/kg。土壤中3种致癌性有机污染物的含量分别为 0.08mg/kg（芘）、0.05mg/kg（屈）和 0.08 mg/kg（荧蒽），均低于土壤环境质量风险管控标准，表明该区域土壤中低的致癌性生态风险。邻二甲苯、邻苯二甲酸二正辛酯的含量分别为0.06 mg/kg和1.11 mg/kg，低于GB36600-2018中有机污染物的标准限制220 mg/kg和390 mg/kg，表明该区域土壤中低的生态风险。

2.6 土壤改良分析

通过对采样点土壤样品进行初步的室内盆栽试验结果显示，青菜种子在原土壤中发芽率为0，且种子发芽试验中发现盆地有黑褐色渗滤液流出（见图5）。按30%和50%的体积比添加酸性有机改良材料结果显示，青菜发芽率分别为43.7%和73.3%，表明在添加50%的酸性有机改良材料后，不仅有利于植物种子正常发芽，而且长势较好。

3 讨论

土壤系统作为陆地亚系统的重要组成部分，其质量的好坏直接影响整个生物圈的持续发展，良好的土壤环境是植物群落健康、持续恒张的保障（罗梦娇等，2017）。本研究对上海市凌空SOHO附近地块土壤进行物理、化学和生物性质的综合评价，以为生态恢复提供依据，结果显示，该区域土壤整体上偏碱性，土壤盐分含量较高，有机质缺乏，通气性较差，但重金属元素污染和有机污染物水平较低。土壤物理性质对土壤水、热、气、肥和生产力等都具有很大的影响（章家恩等，2000）。土壤密度过大，会严重阻碍植物的根系生长发育，并且影响降水和灌溉水的入渗（陈连芳等，2006）。上海园林栽植土质量标准规定花坛土、树坛土、草坪土的土壤容重≤1.30 g/cm3（全国土壤普查办公室，1998）。该地块土壤密度高于1.30 mg/cm3的限值要求；通气性较差，小于5%的最低限值要求；质地偏黏，砂粒含量偏低，这些均会影响植被的正常生长发育。土壤酸碱度影响土壤中微生物的活动、氮磷等营养元素形态转化与释放、微量元素的有效性等（郭跃，2010）。本研究中，上海市凌空SOHO附近地块土壤偏碱性，而经酸性改良材料改良后的土壤种植青菜发芽率有显著提升，表明土壤碱性过高是影响植被生长发育的重要因素之一。绿化种植土壤标准对绿化种植土的EC值要求为150～1 200 μS/cm（cj）。但该地块土壤 EC 平均值为 1 714 μS/cm，最高达4 300 μS/cm，表明该区域土壤盐分含量较高，会抑制植物的正常生长。土壤有机质是土壤中各种养分元素，特别是氮和磷的重要来源（尹幸福等，2004）。试验区域土壤有机质平均含量仅为8.993 g/kg，最高仅10.63 g/kg，远低于绿化种植土壤对有机质含量的要求（12 g/kg）。综合分析表明，土壤理化性质和有机质含量低，是影响该区域城市造林成活率低的主要原因，应适当松土、施肥、采用酸性改良材料对土壤进行改良，以实现城市绿化造林目标。

土壤中含量过高的金属元素，有着极大的毒害作用，严重抑制植物的生长发育，是植被难以恢复的主要原因（孙铁珩等，2005）。对照绿化种植土壤重金属标准值作为评价标准，研究区域土壤各重金属元素均属于清洁等级，综合属于警戒等级，不会对人和植物的生长产生影响。土壤潜在生态危害指数将土壤中的重金属元素生态环境效应与毒理学联系，可以为本地块土壤实施生态恢复以改善环境状况、保障生态安全提供依据（郭平等，2005）。上海市凌空SOHO附近地块土壤金属元素单项和综合指数处于清洁安全等级，不会对种植花草等植被和人类活动造成影响。试验区域土壤中挥发性和半挥发性有机污染物含量均低于《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》要求的标准限值，表明土壤有机污染物属于正常水平，不会对人类活动和植物生长产生抑制作用。综合分析，土壤重金属元素和有机污染物含量均低于标准要求限值，并非影响植被生长的限制因素。