中国城市土壤质量状况评价.docx

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中国城市土壤质量状况评价

中国城市土壤质量状况评价

摘要：

城市土壤作为城市生态环境系统的一个重要组成部分，对于城市的可持续发展起到重要的作用。

随着城市化、工业化的快速发展，城市土壤开始出现了侵蚀、酸化、硬化、重金属污染以及植物退化等多方面的环境问题，直接影响到城市居民的健康和城市发展。

土壤质量是土壤肥力质量、环境质量和健康质量的综合，对于目前出现的城市土壤污染和退化问题，进行土壤质量评价是进行土壤质量修复的有效途径。

本文从土壤的重金属污染和土壤肥力两方面对中国东、中、西部的部分重要城市进行了土壤质量状况评价，并且在此基础上提出今后有关城市土壤研究的发展重点。

关键词：

城市土壤；土壤质量；现状评价

引言

土壤是人类赖以生存和发展的主要资源之一，同时也对周围环境具有高度的敏感性。

城市土壤作为土壤圈的一部分，具有一定的生态、环境和经济功能，同时也是城市污染物的源和汇，直接关系到曾是环境质量和居民的身体健康[1]。

城市工业化的发展和城市化的快速推动，城市土壤质量日益恶化，造成恶化的原因主要有：

工业“三废”、生活垃圾、交通运输、降雨、降尘等。

国际土壤学会在1998年正式成立了“城市、工业、矿山和交通地土壤”工作组；2000年在德国Essen召开了第一届“城市、工业、矿山和交通地土壤”国际会议[2]。

由此可见，世界范围内，城市土壤污染正在兴起和深化。

土壤质量是土壤肥力质量、环境质量和健康质量的综合，针对目前出现的城市土壤污染和退化问题，进行土壤质量评价是进行土壤质量修复的有效途径，国内外对于土壤质量评价的研究主要有土壤的重金属污染和土壤肥力两方面[3]。

1、我国城市土壤质量现状

1.1城市土壤重金属污染

　　城市土壤重金属污染是反映城市环境污染状况的重要指标之一，影响城市土壤重金属污染的一个重要因素是城市土壤的理化性质。

研究发现，PH值、土壤有机质含量、氧化还原电位值、磁化率、粒度与城市土壤重金属的含量存在一定的相关关系，例如，PH值除直接影响重金属含量在土壤中的活性以及重金属在土壤剖面的纵向移动能力之外,还会影响重金属元素的存在形态。

影响城市土壤污染程度的另一个重要因素是人类活动。

不同的土地利用状况、人类活动强度、污染累计时间的长短和距离污染源的远近，在不同程度上影响重金属污染状况[4]。

王莹等[5]收集了国内43个大中城市的3688个城区土壤重金属数据，通过描述性分析、评价分析、聚类分析等，初步确定了我国城市土壤重金属的污染格局。

结果表明，我国城市土壤As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的平均赋存量分别为13.39、0.68、63.04、38.17、0.31、26.18、47.34、137.72mg/kg。

Nemerrow指数、地质累积指数和潜在生态危害指数评价表明，污染最严重的城市是太原、南京、开封，主要污染重金属是Hg、Cd、Pb。

43个城市中，上海、武汉、淄博、昆明、抚顺、昌吉、郑州、贵阳、成都、攀枝花、天津、珠海、大庆、北京、南京、广州、香港、长春、太原等19个城市属于Cd强度污染；徐州、长沙、开封、重庆、乌鲁木齐、沈阳、西安、杭州、南京、兰州、洛阳等11个城市属于Hg-Cd强度污染、Pb中度污染；其余13个城市属一般轻度污染。

长江以南城市土壤重金属污染比长江以北城市严重，中小城市土壤重金属污染低于特大城市。

表3不同城市的Nemerrow综合污染指数

城市

指数

分级

城市

指数

分级

城市

指数

分级

太原

9.41

强度

西安

2.43

中度

广州

1.46

轻度

南京

8.62

强度

漳州

2.39

中度

武汉

1.40

轻度

开封

8.44

强度

昆明

2.24

中度

贵阳

1.36

轻度

杭州

6.42

强度

徐州

2.22

中度

本溪

1.31

轻度

洛阳

6.04

强度

大庆

2.15

中度

郑州

1.32

轻度

长春

5.70

强度

南宁

2.14

中度

辽阳

1.30

轻度

沈阳

4.62

强度

抚顺

1.96

轻度

盘锦

1.09

轻度

兰州

4.56

强度

珠海

1.91

轻度

深圳

1.08

轻度

大连

3.38

强度

淄博

1.81

轻度

攀枝花

1.02

轻度

吉林

2.85

中度

昌吉

1.78

轻度

哈尔滨

1.01

轻度

城市

指数

分级

城市

指数

分级

城市

指数

分级

重庆

2.80

中度

香港

1.69

轻度

鞍山

1.00

轻度

乌鲁木齐

2.72

中度

铁岭

1.65

轻度

丹东

0.92

警戒

北京

2.59

中度

上海

1.59

轻度

天津

0.90

警戒

长沙

2.48

中度

东莞

1.46

轻度

阜新

0.85

警戒

成都

2.43

中度

1.2城市土壤微有机物

环境中存在的对生态、人体有危害的有机污染物一般都处于纳米级尺度，包括持久性有机污染物（POPs）和持久性按降解有毒污染物（PTS）。

这些挥发性有机物通过挥发、淋溶、扩散等方式在城市土壤中迁移或进入大气、水体中，对大气、水体、生态系统和人类的生命造成极大危害。

在工业发达国家,人为燃料燃烧是城市土壤多环芳烃（PAHs）的主要来源。

因此,近100～150年来,土壤PAHs的浓度在不断增加,尤其是城市地区。

城市土壤微有机物污染呈现一定的空间分布特征[6]。

对天津市区和郊区土壤中的10种PAHs研究发现，市区是土壤PAHs含量超标最严重的地区，其中二环萘（Nap）的超标程度最严重，强致癌物质苯并（a）芘（Bap）的超标的情况也不容乐观[7]。

有机污染物的产生及其在环境中的迁移过程将在很大程度上影响其浓度空间自相关性的方向和范围大小。

郑一等[8]对天津包括市区的表层土壤中16种优控多环芳烃含量和土壤理化参数进行了空间结构分析，并探讨了环境因素与土壤PAHs含量空间结构特征间的关系。

PAHs各组分浓度存在中等或强变异性，表明影响土壤PAHs含量的各种人为或自然因素存在较为明显的空间差异。

城市土壤有机碳（TOC）含量与各组分浓度存在显著正相关，而pH值和粘粒含量与其各组分浓度均不存在明显的相关性，表明TOC含量可能是影响土壤多环芳烃浓度空间结构特征的重要环境因素之一。

研究还发现，在不同的气候带城市土壤中的PAHs和PCBs的含量不同：

地处热带的城市土壤比温带的城市土壤低。

这可能是由于热带气候促进其生物降解、挥发损失和光氧化作用以及强烈淋溶进入地下水等原因所致。

1.3城市土壤生源要素（N、P）污染

长期以来，关于生源要素污染的研究主要集中于农田土壤。

近年来，城市土壤生源要素污染已经成为热点研究问题。

陈立新对哈尔滨城市土壤污染研究发现，与非城区自然土壤相比，城市土壤的全氮、水解氮含量降低；全磷和有效磷含量显著偏高，磷在城市土壤中的富集现象严重。

这可能是由于城市人为活动和大量含磷废水以及垃圾的混入，使得城市土壤中全磷和有效态磷的含量明显高于森林土壤和农田土壤[9]。

杭州城市土壤表土总磷含量在563～3522mg/kg之间，总磷的平均含量由大到小顺序为商业区、风景区、文教居民区、工业区。

其中商业区总磷平均约为工业区的3倍，文教居民区的2.5倍，风景区的2倍；郊区农业土壤总磷含量的平均值略低于城市土壤[10]。

城市土壤生源要素的吸附-解吸特性影响到土壤对外源氮磷等的吸持能力和土壤吸持氮磷等的释放。

它们均与土壤溶液中生源要素浓度密切相关,影响城市土壤中生源要素的淋溶和地下水中生源要素的浓度。

卢瑛等研究发现,与非城区自然土壤相比，南京城市土壤磷的吸附量小，磷的解吸量和解吸率高[11]，并且城市地下水中溶解态磷浓度、总磷浓度都与城市土壤剖面中全磷、有效磷、可溶性磷的加权平均含量有着明显的相关关系，反映了城市土壤是地下水中磷的有效释放源[12]。

2、城市土壤质量现状评价

面对我国土壤污染和退化越来越严重的现象，从不同尺度来看，土壤质量评价方法以及评价体系，主要有以下三个方面：

大尺度是指研究土壤的土地利用方式、生态系统类型、地理位置以及土壤内部各种特征的相互作用。

在对大尺度的对象进行土壤质量评价时，不仅要设立较多的样品采集点，还要注意质量评价指标的设立，要既能反映出所研究的所有区域的土壤质量，又能便于不同区域的土壤质量的比较。

中尺度相对于大尺度而言，研究的对象有一个或几个土壤的属性是相同的，因此在建立评价指标体系上比大尺度简单，并且中尺度土壤质量的研究比大尺度的研究多很多，研究方法有单指数评价和内梅罗多指数相结合的方法、综合评价方法、加权系数法、模糊综合评价法和主成分分析等。

小尺度是指针对于一点的土壤质量进行评价的方法，通常该土壤的大多数特性都是一样的，只是研究某一特性对土壤质量的影响[13]。

2.1东部城市土壤质量现状评价

徐晓嘉等[14]针对黑龙江省松嫩平原南部表层土壤，应用Kriging插值方法，对其进行空间变异性分析，然后用层次分析法确定各指标权重，叠加后得到土壤肥力质量综合指数!

研究结果表明，自然因素对于研究区表层土壤元素空间变异性影响较大，研究区的中部、东部和西部的土壤肥力质量分别为丰富适量和缺乏。

杨奇勇等[15]更是将GIS与一般的土壤质量评价方法进行融合，并且将其运用于山东省禹城市土壤肥力质量的评价中。

他们将GIS与灰色关联模型相结合，取得了该地区的土壤肥力质量分布。

在GIS中进行空间分析和属性表操作得：

其中Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级、Ⅵ级土壤肥力面积分别占研究区域总面积的3.09%、11.87%、27.40%、27.44%、27.28%、2.91%。

王会艳[16]利用模糊综合加权平均模型来评价土壤环境质量，统计分析结果,吉林市七种重金属对该区域都有不同程度上的污染。

吉林市土壤As、Hg、Cr、Cu、Pb、Zn、Cd的含量范围分别为3.4—57.0mg/kg、0.05—1.427mg/kg、25.4—2108mg/kg、12.0—216.0mg/kg、19.9—288mg/kg、46.7—318.0mg/kg、0.031—3.697mg/kg，分别比中国土壤背景值高23.0%、362.5%、49.2%、19.3%、47.0%、61.3%、187.1%，较世界正常土壤背景值高出的百分比及比例分别为88.7%、3.1倍、14.9%、23.5%、2.9倍、118.4%、3.35倍。

邹明珠[17]在对北京市园林绿化土壤质量标准进行编制时，研究表明：

北京城市绿地土壤总体上多属砂质土，土壤容重在0.98~1.71g/cm3之间，总孔隙度在36~58%之间，土壤pH值在7.5-9.0，有机质含量在7.29~37.47g/kg之间，水解性氮在11.80~131.58mg/kg之间，有效磷在0.73~84.95mg/kg，速效钾含量在30.68~319.58mg/kg之间。

部分绿地土壤中Zn、Cu、Cr和Pb含量显著高于其相应的土壤背景值，属轻度污染；基本无Ni、Mn污染；Cd、As、Co在个别绿地类型中含量较高，但亦属于清洁水平。

项建光等[18]对上海近年来新建的典型绿地进行了土壤现状调查。

结果表明：

上海典型新建绿地的土壤主要为碱性和强碱性；EC值基本达标；有机质含量达标率在60%以上，但含量偏低；土壤容重偏高，通气性差；阳离子代换量总体偏低。

使用山泥、泥炭客土的土壤质量较好，可以满足城市绿化造景的需要。

张辉等[19]研究发现，南京城市土壤重金属的有效态中，Cu以有机态为主；Pb以交换态为主；Co、Mn以铁锰氧化物态为主；Fe、Ni有效态含量均小于10%，并且主要集中在铁锰氧化物态中。

与非城区土壤相比较，城市土壤非残渣态比例增加，活性增大，对环境的危险性增大。

司志国[20]在对徐州城市绿地土壤综合评价中，研究表明：

通过主成分分析法选取土壤密度、pH值、速效磷、速效钾、水解性氮、阳离子交换量、有机质、粘粒含量等8项指标组成评价徐州市城市绿地土壤质量的最小数据集；并采用内梅罗公式对土壤质量进行了综合评价，0～20cm土壤综合肥力指数（P）大小依次为公园绿地（1.469）、防护绿地（1.326）、道路绿地（1.304）、生产绿地（1.253）、街头绿地（1.300）、附属绿地（1.112）。

各个绿地类型0～20cm土壤的肥沃程度均处于中等水平（1.0

陈旭彤[21]为给杭州市绿地土壤的管理和改良提供理论依据，促进生态城市的可持续发展，分析了杭州市城市绿地土壤的理化性质，并对绿地土壤质量进行了综合评价。

结果表明，道路绿地土壤容重最高为1.46g/cm，街头绿地土壤容重最低为1.31g/cm。

绿地土壤整体呈碱性；速效磷、速效钾、全氮和有机质整体处于偏低水平；综合肥力指数为1.11～1.46，处于中等水平。

管东生等[22]在探讨广州城郊土壤重金属含量特征时，通过对47个代表性土壤样品的测试分析，结果表明广州城市土壤中除Ni外其余的重金属含量，城市路边基本都大于农用地土壤。

在城市区域内，不同土地利用方式，对土壤重金属含量也有着显著影响，不同功能区内土壤重金属污染程度和主要污染物不同。

2.2中部城市土壤质量现状评价

刘红樱等[23]以南昌市为例进行了城市土壤环境质量评价方法的初步研究，选择As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、F、Se、Cl、P、S共13项评价指标。

参照国家土壤环境质量标准并结合评价区浅层、深层土壤元素背景值，采用综合指数法和模糊综合-加权平均模型两种方法进行了评价。

其中，模糊综合-加权平均法评价结果表明：

对于深层背景值，1.35%属于安全，10.44%属于警戒，53.20%属轻度污染，0.67%属中度污染，34.34%属重度污染。

对于浅层背景值，4.38%属于安全，60.94%属于警戒，29.29%属轻度污染，无中度污染，5.39%属重度污染。

颜衡祁[24]为了对湖南省主要城市园林绿地的土壤养分进行评价，对6个丘陵城市、4个山地城市和4个平原城市园林绿地土壤进行采样，每个城市又按公园绿地、行政事业单位、住宅区和主干道分别取样。

结果表明：

湖南省主要城市园林绿地土壤pH较高，均值为7.9，土壤有机质（SOM）较低（6.8g/kg），铵态氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3--N）处于较低水平，速效磷（AP）、速效钾（AK）、速效钙（ACa）、速效镁（AMg）处于较高水平，速效硫（AS）、速效铁（AFe）、速效铜（ACu）、速效锰（AMn）、速效锌（AZn）和速效硼（AB）的含量适中；土地利用方式对平原城市土壤养分含量影响显著，住宅区绿地土壤pH显著高于事业单位、公园和主干道，公园绿地的AS、ACu、AZn和AMn显著低于其他3种土地利用方式；不同地形城市土壤养分含量存在显著差异，丘陵城市和山地城市的pH显著高于平原城市，山地城市的SOM、AK、AMg、NH4+-N、ACu、ACa和AMn显著低于丘陵城市和平原城市，丘陵城市的AP和AB显著高于山地城市和平原城市，平原城市的AS和AFe显著高于丘陵城市和山地城市。

白世强、卢升高[25]对洛阳市城市工业区和郊区农田表土中重金属（Pb、Zn、Cu、Cr、Fe、Mn）含量和分布进行了比较，结果表明洛阳工业区表土中Pb、Zn、Cu、C和Fe含量均高于郊区农用地土壤，Mn含量稍低于郊区土壤。

牛越先[26]研究了山西忻州、吕梁、晋南23个坝地的土壤肥力，通过野外实地考察等方法建立了包括供肥性指标、保肥性指标、潜在肥力指标的评价指标体系，运用模糊综合评价法进行评价。

其中先用隶属函数确定各评价因子的隶属度，再用层次分析法确定各因子的权重，然后再用模糊综合评价法进行评价。

结果表明，山西省由南到北坝地土壤的土壤肥力指数逐渐减小。

王晓丹等[27]在成都城区168个土壤样品进行调查和实测后,对主要影响土壤质量的六种重金属污染进行分析,在环境地球化学原理的基础上,建立了土壤质量的综合评判模型,给出了相关隶属函数。

由模糊综合评价法得到：

锦江区属“重污染”，青羊区属“轻污染”，金牛区、成华区、武侯区、高新区属“尚清洁”。

王建等[28]在对重庆市北碚区20个采样点，利用内梅罗评价法对土壤容重、有机质、PH、全氮的评价表明：

其中80%的土壤属于质量中等；15%的土壤属于质量差；5%的土壤属于质量良好；优良土并没有体现出了。

个别点样受到人为干扰的影响，导致土壤质量综合系数偏高或偏低，出现良等土和差等土。

2.3西部城市土壤质量现状评价

廖蕾等[29]运用内梅罗指数法对包头市土壤环境质量及环境污染状况进行了评价。

结果表明，Hg在包头市大面积的富集，Ni元素在包钢厂区及包钢尾矿坝一带形成富集区，且富集程度较高。

Co、Cr、Cu富集系数在2~10之间，呈明显富集。

F、Cd、Pb、Zn、As富集系数大于10，属超富集的元素。

沿昆都仑河、四道沙河两条排污河也形成了大部分重金属元素的富集:

主要包括有Cu、Pb、Zn、Cd，其次是Hg、As。

在包头市昆区、青山区、东河区市区主要富集的重金属元素有：

Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、F。

在包头市昆区、青山区、东河区之间的中间地带，表层与深层土壤相比，大多数元素没有富集，甚至还局部贫化，所以认为这一地带是包头市的洁净区。

陈秀端[30]在研究中表明：

西安市表层土壤与城市绿地类型以及城市化水平具有一定关系，其中As、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni的平均含量均远低于国家土壤环境质量三级标准（GB15618-1995）的含量值。

在不同绿地类型土壤中，Pb、Zn、Cu、Sn、Cr的含量差异较大；As、Co、Cs、V、Ni、Mn、Sr、Ba等元素在不同绿地类型土壤中的变化不大。

城墙内区域和城墙至二环区域的土壤中Cr、Cu、Co较为稳定而Pb、Mn、Zn三种元素的活性较强，易被迁移转化；二环至三环的区域土壤中Cu、Ni、Zn较为稳定而Mn、Pb的稳定态含量较低。

西安市表层土壤重金属的PLI为1.27，属于中度污染水平，存在空间区域上的差异。

西安市表层土壤中重金属的单项潜在生态危害指数的平均值按照以下顺序减小：

As（9.90）>Cu（8.38）>Pb（7.37）>Co（7.29）>V（5.68）>Ni（5.51）>Zn（4.11）>Cr（2.71）>Mn（1.05），所有元素均存在轻微潜在生态危害。

何乱水等[31]对兰州市烟尘、地面灰尘及城市土壤中金属元素之间的相关关系进行研究时发现，烟尘中，除常量元素Fe、Mn之外，其余元素含量都高出土壤中几倍、几十倍，尤其是Se、Hg、Sb、Cd、Pb等。

可见烟尘是兰州城市土壤中主要污染因子。

曾静静等[32]将兰州市区划分为商业区、工业区、文教区、农业区等4大功能区，并对其表层土壤进行采样分析，结果表明商业区表土重金属污染最严重，工业区、文教区、农业区污染程度较接近，其污染程度取决于交通运输。

工业活动和农业活动，重金属对绿化带区域污染的影响也相当明显。

刘世全等[33]根据西藏16个土类168个土壤剖面的分析资料，探讨土壤有机质和氮素状况及其影响因素。

西藏土壤有机质>30g/kg和20~30g/kg的面积分别占39%和46%；其地理分布既有广阔高原面上的水平地带性变化，也有山地和深切河谷的垂直地带性变化。

土壤有机质中活性腐殖质一般占30%~45%，以酸性土中的比例较大。

土壤全氮>115g/kg,110~115g/kg和<110g/kg的面积分别占40%，44%和16%；碱解氮>150mg/kg和<90mg/kg的面积分别占36%和61%。

全氮与有机质呈线性正相关，碱解氮与全氮、有机质呈非线性正相关，并与活性腐殖质有密切关系，它在部分土壤中还受有机质C/N的制约。

5、展望

（1）城市土壤污染环境安全管理体系及管理政策

基于国外在城市土壤污染治理方面的管理法规及政策经验，在城市典型设施和活动的污染土壤类型、机制和途径，适宜性的处理技术指标体系基础上，建立一整套适合当前我国城市，具有可操作性的预防城市土壤污染的管理技术措施。

（2）完整的城市土壤质量评价体系

结合国内外的研究进展，我国对于城市土壤质量的研究应该着重从以下几方面着手：

首先评价方法作为整个评价过程中的线索，它贯穿于整个评价过程中，评价方法的选择决定着整个评价的成败，因此我们要注重评价方法的研究；其次评价指标的确立要做到全面、客观和稳定，并针对城市土壤类型有统一有效的评价体系；再次我们可以根据评价目标来具体确定评价体系。

但现在我国还没有形成一套比较完整的城市土壤质量评价体系，今后应在这方面加强研究。

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