城市更新区土壤环境质量调查与适宜性评价方法研究及应用示范

占光辉

（上海市地质调查研究院，上海 200072）

上海等大型和特大型城市普遍存在城市发展空间约束、建设用地规模接近极限以及环境污染等问题。旧区改造、工业用地转型升级、城中村改造等城市更新可进一步节约集约利用存量土地，实现土地高质量利用，提升城市功能。

通常城市更新区原工业活动时间长，土壤环境质量状况复杂，为防范城市更新中的人体健康风险和保障生态安全，减少城市更新成本，城市更新区在规划编制时越来越关注土壤环境质量因素，亟需将土壤环境质量评价成果纳入规划编制当中，作为其规划约束条件之一。

但目前的土壤环境质量调查和评估成果难以在城市更新区规划编制中使用，主要问题在于目前的土壤环境质量调查和评估未很好地考虑城市更新区规划编制的实际需求，出现了诸如调查精度与更新区规划要求不匹配，监测指标缺乏针对性，难以准确评价更新区土壤环境质量状况，以及现有评价标准和方法难以支撑城市更新区的土壤环境质量适宜性评价要求等问题。本文根据城市更新区规划编制中对土壤环境适宜性要求，对土壤环境质量调查精度、监测指标体系和评价分级标准开展研究，提出了服务于城市更新区规划编制的土壤环境质量调查与适宜性评价方法，并开展了应用示范。

1 方法与技术

服务于城市更新区规划编制的土壤环境质量调查与适宜性评价方法的核心方法和技术主要包括：调查精度、监测指标体系和评价分级标准。

1.1 调查精度

以什么样的精度开展城市更新区土壤环境质量调查既关系能否科学、全面掌握调查区的土壤环境质量现状，亦涉及合理性、经济性问题。目前涉及土壤环境质量调查的行业主要包括自然资源行业、生态环境行业和农业农村行业。不同行业内对于土壤环境质量调查由于调查目的不同其调查精度差异较大，在各自系统内均有其自身的一套技术标准体系来支撑土壤环境质量调查工作（表1）。

由表1可见，自然资源行业的相关调查技术标准类型较为丰富，其调查精度多以比例尺方式表达，各标准间比例尺跨度较大，从1:25万的小比例尺到1:2000大比例均有涉及。农业农村行业中调查精度常以点/km2表示，一般调查精度较小，以农用地土壤环境质量调查为主。生态环境行业技术标准主要以单个地块的土壤环境质量调查和环境影响评价为主，调查精度多需根据地块的具体污染情况确定，通常多以点/地块或网格精度表达，通常调查精度较高。由此可见不同行业由于调查对象和调查目的差异，使得其调查精度及其表达方式上均存在不小的差异，本文根据实际工作中调查点布设方式对比例尺、网格和点/km2三种精度表达方式进行分析比较，总结了三种精度表达方式间的换算关系（表2）。

上海地区老工业基地和存量工业用地面积差异较大，大到几十平方千米，也可小至不到1平方千米。正是由于城市更新区大小差异较大，且土壤环境状况一般较为复杂，不宜采用自然资源行业和农业中区域土壤环境质量调查精度，但若采用生态环境行业中对单个地块的调查精度解决城市更新区的土壤环境质量调查，则所布设监测点数量将非常之大，调查工作经济成本较高。根据对现行标准的分析、比对，并借助GIS插值分析功能，当调查精度达到25点/km2，采样网格为200×200m时调查精度能够满足大多数更新区规划编制要求，低于该精度时空间插值精度难以保障。因此确定将城市更新区用于规划编制的土壤环境质量调查精度确定为不少于25点/km2，采样网格不大于200×200m是较为合适的。

表1 不同行业土壤环境质量调查技术标准调查精度Table 1 The technical standards for soil environmental quality surveys in diあerent industries

表2 比例尺精度与采样密度对比关系Table 2 The relationship between scale and sampling density

1.2 监测指标体系

城市更新区通常在历史上工业、企业众多，用地历史复杂，如何科学合理的确定监测指标，并同时兼顾经济性问题时构建监测指标体系是十分困难的。采用基本指标+补充指标构成的监测指标体系是一个可行的方法。

其中基本指标的遴选上遵循：立足城市土壤环境质量现状、满足城市更新区规划编制需求。具体按照国际上普遍关注的优先控制污染物、上海地区土壤特征污染物、现行相关技术标准划分大类，采用专家评分法对各大类按重要性和相关性高低取值（表3），再对各污染物指标按下式计算污染物影响力值DI。

式中：DI为污染物影响力值，最大值为18，最小值为1；Wi为污染物指标在第i分类中的取值。

表3 污染物评分取值表Table 3 Pollutants value

根据最终计算的DI值，研究共遴选出基本指标40项，其中包括重金属指标14项，有机指标26项（表4）。此外补充指标则主要依据更新区工业企业特征污染物情况确定。

表4 土壤环境质量适宜性评价基本指标表Table 4 Basic index of soil environmental quality suitability

1.3 评价分级标准

城市更新区土壤环境质量适宜性评价需构建土壤环境质量的分级标准体系。根据更新区规划可能涉及的用地类型将土壤环境质量适宜性划分为4级，并根据每一级的分级内涵及建议用途确定污染物的分级标准。各分级标准中污染物含量的限值标准的确定上可主要依据地区元素背景数据和现行相关土壤环境质量标准确定（表5）。

评价方法采用一票否决法，即对同一个监测点土壤环境质量监测数据进行单指标评价，取其最差评价结果作为该点位土壤环境质量适宜性评价结果。

2 应用示范

2.1 示范区概况

应用示范区为上海地区一传统老工业基地，早在民国时期便有企业陆续选址于此，历经岁月动荡，至今已有近百年的历史。但随着上海城市空间拓展、产业结构转型升级和绿色发展需求，示范区原有的发展模式愈来愈不符合上海建设全球卓越城市的要求。根据示范区“创新驱动、转型发展”的重大战略要求，需加快对示范区进行产业结构调整和优化、升级。

表5 城市更新区土壤环境质量适宜性评价分级标准Table 5 Soil environmental quality suitability classification of urban renewal areas

由于示范区有着近百年的工业生产历史，因此其土壤环境质量较为复杂，为防控工业区在产业结构转型升级过程中的人体健康风险、生态环境风险，以及节约城市更新成本，亟需开展土壤环境质量调查和适宜性评价，以指导示范区的规划编制和产业布局优化。

示范区面积约20km2，总体上呈南北向分布，并被区内自然河流分割成南北两区。示范区内原有企业主要为金属加工、制造、化工等类型企业。因此分析认为示范区内特征污染物主要为重金属和有机污染物等。

2.2 材料与方法

项目总体上采用200×200m网格，并在重点企业周边适当加密布设土壤监测点，最终共在示范区内布设监测点约576个，调查精度达到约30点/km2。土壤采样采用双对角线5点混合法，即采集监测点中心点及其附近4个角点0-20cm深度范围内表层土壤样品均匀混合后作为监测点土壤样品。监测指标采用本研究提出的基本指标体系，包含14个重金属元素指标和26项有机指标。

2.3 结果与分析

表6为示范区重金属元素指标含量统计情况，由表可知示范区内土壤中部分重金属元素含量差异性较大，存在一定数量的重金属含量高值点。其中锌、铅、铜、镉、铬、镍、汞、钼、锑、银10个重金属元素差异性较大，其含量频率直方图呈现偏态分布的特点（图1），尤其银、镉、铬、钼、铅、锑和锌7个重金属元素含量均值大大超过了上海地区土壤元素背景含量。而砷、铍、钴、铊4个重金属元素含量频率直方图呈现正态分布（图2），且其含量平均值较为接近上海地区元素背景含量，说明这4个重金属元素在示范区内受人类生产、生活活动影响较小。此另镉、铜、汞和锑元素变异系数较大，说明这些元素含量离散性较大，极值点含量较高。综上可见示范区内部分区域的土壤已经受到一定的污染，影响较大的重金属元素有银、镉、铬、钼、铅、锑和锌。

表6 示范区重金属元素含量统计表Table 6 Heavy metal content statistics of demonstration area soil

图1 示范区土壤重金属元素含量频率直方图（锌、铅、铜、镉、铬、镍、汞、钼、锑、银）Fig.1 Frequency histogram of heavy metal content for demonstration area soil（zinc, lead, copper, cadmium, chromium, nickel, mercury, molybdenum, antimony and silver）

图2 示范区土壤重金属元素含量频率直方图（砷、铍、钴、铊）Fig.2 Frequency histogram of heavy metal content for demonstration area soil(Arsenic, beryllium, cobalt, thallium)

由表7可知示范区内共检出有机污染20项，包括单环芳烃4项，卤代芳烃1项，多环芳烃13项，有机氯农药1项和总石油烃。其中检出率较高的为多环芳烃类和总石油烃类，而且多环芳烃类有机污染物检出率较高，检出率普遍超过50%，另外示范区内总石油烃污染亦较为严重，检出率高达77.8%。从有机污染物检出种类和检出率分析来看，示范区内土壤中污染物与产业特征污染物是基本一致的。

表7 示范区土壤有机污染物检出情况统计Table 7 Organic pollutants detection rate of demonstration area soil

采用本文提出的城市更新区土壤环境质量适宜性评价方法对示范区土壤环境质量监测结果进行评价分级，评价结果显示：示范区内土壤环境质量等级以Ⅰ、Ⅱ级为主，局部分布有Ⅲ级和Ⅳ级。从空间分布格局来看示范区内土壤环境质量总体上北区好于南区，北区土壤环境质量适宜性评价结果以Ⅰ级和Ⅱ级为主，适宜作为学校、博物馆、图书馆、住宅、农用地等对土壤环境质量要求较高的用地使用；南区土壤环境质量适宜性评价结果以Ⅱ级和Ⅲ级为主，可作为住宅、商业、工业、仓储物流等用地使用。土壤环境质量适宜性评价结果为Ⅳ级的区域基本呈点状零星分布，这些区域使用前需要进行详细的调查和土壤修复工作，或作为对土壤环境质量要求较低的特殊用途使用（图3）。

图3 示范区土壤环境质量适宜性评价Fig.3 Soil environmental quality suitability map of demonstration area

3 结语

本研究通过对调查精度、监测指标体系和评价分级标准三大核心技术的研究，基本构建了可用于城市更新区规划编制的土壤环境质量调查和适宜性评价方法和技术体系，解决了以往土壤环境质量监测数据和评价成果难以匹配城市规划编制要求的难题。示范区的土壤环境质量监测结果表明：示范区内土壤环境质量主要受重金属和有机污染物影响，其中尤以银、镉、铬、钼、铅、锑和锌7个重金属元素和多环芳烃及总石油烃类有机污染物对示范区土壤环境质量影响较大，根据本文所提出的城市更新区土壤环境质量适宜性评价结果，示范区北区以Ⅰ、Ⅱ级为主，适宜用于学校、图书馆、农用地等对土壤环境质量要求较高的用地使用；而南区以Ⅱ级和Ⅲ级为主，适宜用于住宅、商业以及仓储物流等用地使用。研究为示范区城市规划编制和产业布局优化提供了参考，为示范区人体健康风险和生态风险管控，以及节约城市更新成本提供了技术支撑。