張 惠，陳 敏，董聰慧

（1. 上海市巖土工程檢測(cè)中心，上海 200436；2. 上海市地礦工程勘察院，上海 200072）

針對(duì)城市發(fā)展面臨的資源約束，上海市明確了“總量鎖定、增量遞減、存量?jī)?yōu)化、流量增效、質(zhì)量提高”的土地管理思路[1-3]。為貫徹落實(shí)減量化用地復(fù)墾相關(guān)規(guī)定，各區(qū)縣積極推動(dòng)開展減量化用地復(fù)墾工作。減量化用地復(fù)墾，是對(duì)不符合土地利用總體規(guī)劃要求，而且社會(huì)經(jīng)濟(jì)或者環(huán)境效益較差的低效工業(yè)用地等建設(shè)用地，通過(guò)拆除、平整等土地整治工作，恢復(fù)農(nóng)地生產(chǎn)能力，發(fā)揮生態(tài)用地功能。減量化地塊由于其用地歷史原因存在環(huán)境質(zhì)量差或環(huán)境污染的潛在風(fēng)險(xiǎn)，且復(fù)墾農(nóng)用后關(guān)系到農(nóng)產(chǎn)品安全問(wèn)題，因此須對(duì)減量化用地復(fù)墾場(chǎng)地進(jìn)行必要的環(huán)境質(zhì)量調(diào)查，并基于調(diào)查結(jié)果對(duì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

減量化用地復(fù)墾場(chǎng)地的土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，目前大多采用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)，根據(jù)土壤應(yīng)用功能和保護(hù)目標(biāo)，分級(jí)評(píng)價(jià)。環(huán)境保護(hù)部組織修改完成了《農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（三次征求意見稿）》，刪除了一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，整合調(diào)整了二級(jí)和三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；同步完成了《土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（二次征求意見稿）》，擬定了土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的程序、內(nèi)容、方法和要求；并與農(nóng)業(yè)部頒布《農(nóng)用地土壤環(huán)境管理辦法（試行）》，制定了對(duì)農(nóng)用地開展的土壤污染預(yù)防、環(huán)境質(zhì)量類別劃分等相關(guān)活動(dòng)及其監(jiān)督管理辦法。

國(guó)內(nèi)關(guān)于土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)方法主要有T值分級(jí)法、綜合指數(shù)法、模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法、灰色聚類法、等斜率灰色聚類法、寬域灰色聚類法。文獻(xiàn)[4]對(duì)太原市5個(gè)區(qū)縣的土壤進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)對(duì)寬域灰色聚類法、模糊綜合評(píng)判法和綜合指數(shù)法三種評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)寬域灰色聚類法的評(píng)價(jià)結(jié)果較另外兩種方法更為合理。文獻(xiàn)[5]對(duì)湖南某地10個(gè)土壤監(jiān)測(cè)區(qū)域的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分別采用T值分級(jí)法、綜合指數(shù)法、模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法、灰色聚類法、等斜率灰色聚類法、寬域灰色聚類法進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)比對(duì)各評(píng)價(jià)方法的結(jié)果，認(rèn)為寬域灰色聚類法的評(píng)價(jià)結(jié)果更為合理。目前還沒有明確的減量化用地復(fù)墾場(chǎng)地的土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。本文以某區(qū)域多個(gè)復(fù)墾地塊的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用寬域灰色聚類法對(duì)復(fù)墾地塊的土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為管控計(jì)劃內(nèi)農(nóng)用地的土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、保障農(nóng)產(chǎn)品安全提供數(shù)據(jù)支持。

1 寬域灰色聚類法評(píng)價(jià)步驟

參照文獻(xiàn)[4]、[6]等資料，設(shè)某一環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)問(wèn)題有m個(gè)評(píng)價(jià)點(diǎn)、n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)和h個(gè)評(píng)價(jià)級(jí)別，且記i=1,2,…,n為評(píng)價(jià)指標(biāo)，j=1,2,…,h為評(píng)價(jià)級(jí)別，k=1,2,…,m為評(píng)價(jià)點(diǎn)，聚類步驟主要包括構(gòu)造白化函數(shù)、確定污染物權(quán)重、求修正系數(shù)、求聚類系數(shù)、求聚類結(jié)果。

1.1 構(gòu)造白化函數(shù)

白化函數(shù)反映了污染物（評(píng)價(jià)指標(biāo)）對(duì)污染級(jí)別的親疏關(guān)系，其表達(dá)式如下：

第1類（j=1）白化函數(shù)為

第j類（j=2,3,…,h-1）白化函數(shù)為

第h類（j=h）白化函數(shù)為

式中，fij(x)—i種污染物關(guān)于第j個(gè)級(jí)別的白化函數(shù)；λij—i種污染物關(guān)于第j個(gè)級(jí)別的白化函數(shù)的閾值；x—污染物監(jiān)測(cè)濃度值。

其中，閾值λij即為級(jí)別的中心值，由下式計(jì)算：

式中，Sij為i種污染物的第j級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值（j=1,2,…,h）。

1.2 確定污染物權(quán)重

本文采用下式計(jì)算權(quán)重：

式中，Wkij—第k個(gè)評(píng)價(jià)點(diǎn)的第i種污染物在第j個(gè)級(jí)別中的權(quán)重；

xki—第k個(gè)評(píng)價(jià)點(diǎn)的第i種污染物的濃度值。

1.3 求修正系數(shù)

修正系數(shù)用來(lái)對(duì)白化函數(shù)值進(jìn)行修正，以保證相鄰兩類白化函數(shù)在分級(jí)值上（即級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)值處）具有相同的函數(shù)值。它由下式計(jì)算：

式中，Cij—第i種污染物關(guān)于第j類白化函數(shù)的修正系數(shù)。

1.4 求聚類系數(shù)

聚類系數(shù)反映了評(píng)價(jià)點(diǎn)與各級(jí)別之間的親疏關(guān)系，由下述確定：

式中，ηki—第k個(gè)評(píng)價(jià)點(diǎn)關(guān)于第j個(gè)級(jí)別的聚類系數(shù)；

fij(xki)—第k個(gè)評(píng)價(jià)點(diǎn)的第i種污染物濃度值在該污染物第j類白化函數(shù)中的函數(shù)值。

1.5 求聚類結(jié)果

每個(gè)評(píng)價(jià)點(diǎn)對(duì)各個(gè)級(jí)別都有一個(gè)聚類系數(shù)，其中最大聚類系數(shù)所對(duì)應(yīng)的級(jí)別即為所評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)屬的級(jí)別，把各個(gè)評(píng)價(jià)點(diǎn)的級(jí)別歸納起來(lái)，便是聚類的結(jié)果。同時(shí)，根據(jù)各評(píng)價(jià)點(diǎn)關(guān)于級(jí)別的聚類系數(shù)的大小，可以確定它們之間環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣（系數(shù)越大，環(huán)境質(zhì)量越好）。

2 評(píng)價(jià)實(shí)例

場(chǎng)地的歷史用地狀況對(duì)場(chǎng)地的土壤環(huán)境質(zhì)量存在潛在的影響。通過(guò)選取某區(qū)域不同用地歷史的10個(gè)減量化地塊進(jìn)行土壤環(huán)境調(diào)查，每個(gè)地塊采集的土壤樣品均分析了重金屬（銀、砷、鈹、鎘、鉻、銅、鎳、鉛、銻、硒、鉈、鋅、汞）、總石油烴、揮發(fā)性有機(jī)物、半揮發(fā)性有機(jī)物、有機(jī)氯農(nóng)藥和有機(jī)磷農(nóng)藥。由于各地塊土壤樣品中有機(jī)物類、重金屬銀、鎘、銻、硒、鉈含量均低于檢出限，因此本文不對(duì)上述監(jiān)測(cè)因子進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)。各減量化地塊土壤樣品中均檢出了砷、鉻、銅、鎳、鉛、鋅、汞7種重金屬，將各地塊監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平均值作為對(duì)應(yīng)地塊的監(jiān)測(cè)結(jié)果（表1）。

表1 各地塊用地歷史與監(jiān)測(cè)結(jié)果Table 1 The land use history and testing results of monitoring sites

參考文獻(xiàn)[7]中的上海市土壤環(huán)境背景值、《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)、《農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（三次征求意見稿）》及文獻(xiàn)[8]的分級(jí)原則，將土壤環(huán)境質(zhì)量分為5個(gè)級(jí)別。并由此得出各污染物的各類白化函數(shù)閾值及其修正系數(shù)（表2）。

表2 土壤環(huán)境質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與污染物白化函數(shù)閾值及其修正系數(shù)Table 2 The classification standards of soil environmental quality and threshold values and theirs correction factors of different whitening functions of pollutants

同一污染物在不同級(jí)別的權(quán)重和不同污染物在同一級(jí)別的權(quán)重都可能不相同，本文列出監(jiān)測(cè)區(qū)域1的權(quán)重結(jié)果（表3）。

表3 監(jiān)測(cè)區(qū)域1中各污染物的權(quán)重及其白化函數(shù)值Table 3 The weights and whitening function values of different pollutants in site No.1

各監(jiān)測(cè)區(qū)域的聚類系數(shù)見表4。

表4 各監(jiān)測(cè)區(qū)域的聚類系數(shù)Table 4 Clustering coefficients of monitoring sites

按最大原則確定各監(jiān)測(cè)區(qū)域所述的類別，如監(jiān)測(cè)區(qū)域1的5個(gè)聚類系數(shù)中，級(jí)別Ⅱ的聚類系數(shù)最大，因此監(jiān)測(cè)區(qū)域1的污染級(jí)別為Ⅱ級(jí)。同理可求得其它監(jiān)測(cè)區(qū)域的污染級(jí)別，然后按級(jí)別Ⅰ的聚類系數(shù)大小確定各監(jiān)測(cè)區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣，系數(shù)越大，表明對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量最好。聚類結(jié)果見表5。

表5 各監(jiān)測(cè)區(qū)域灰色聚類結(jié)果Table 5 Clustering results of monitoring sites

3 結(jié)果與討論

灰色聚類結(jié)果表明，監(jiān)測(cè)區(qū)域1、3、5、7均屬于級(jí)別Ⅱ，監(jiān)測(cè)區(qū)域2、4、6、8、10均屬于級(jí)別Ⅲ，監(jiān)測(cè)區(qū)域9屬于級(jí)別Ⅳ，對(duì)應(yīng)的污染程度分別為尚清潔、起始污染和中等污染。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)制定的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值，并結(jié)合各監(jiān)測(cè)區(qū)域土壤樣品的pH值，屬于級(jí)別Ⅱ和級(jí)別Ⅲ的各監(jiān)測(cè)區(qū)域適用于農(nóng)田、蔬菜地、茶園、果園、牧場(chǎng)等土壤用途；屬于級(jí)別Ⅳ的監(jiān)測(cè)區(qū)域9適用于果園用途。

監(jiān)測(cè)區(qū)域9位于原化工廠區(qū)域，主要生產(chǎn)水性油墨、水性色漿等化工原料及產(chǎn)品，使用歷史約15年，土壤環(huán)境質(zhì)量差。監(jiān)測(cè)區(qū)域5和監(jiān)測(cè)區(qū)域1分別位于原醫(yī)院區(qū)域和原村委會(huì)區(qū)域，土壤環(huán)境質(zhì)量較好。結(jié)合各監(jiān)測(cè)區(qū)域的用地歷史的回顧，各監(jiān)測(cè)區(qū)域的污染級(jí)別與實(shí)際潛在污染狀況較為吻合，因此本案例土壤環(huán)境質(zhì)量采用灰色聚類評(píng)價(jià)效果較好，得出的結(jié)論也與文獻(xiàn)[3]等人研究得出的化工等行業(yè)工業(yè)區(qū)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的聚類系數(shù)比位于清潔區(qū)域的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的聚類系數(shù)小、土壤環(huán)境質(zhì)量差的結(jié)論相似。

在進(jìn)行減量化地塊環(huán)境調(diào)查中，可以充分利用已知的多個(gè)監(jiān)測(cè)因子的結(jié)果，以寬域式結(jié)構(gòu)確定白化函數(shù)，并在評(píng)價(jià)過(guò)程中引入修正系數(shù)對(duì)白化函數(shù)值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，對(duì)不同歷史用地狀況的地塊的土壤環(huán)境進(jìn)行污染級(jí)別評(píng)價(jià)，并就土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行排序，以直觀的反映出各減量化地塊的土壤環(huán)境質(zhì)量，給后續(xù)減量化地塊用作耕地、林地等提供數(shù)據(jù)支持。

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