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何中发 夏晨
（上海市地质调查研究院，上海200072）
摘要：环境地球化学调查是一项与生态环境保护、城市规划、农业发展等关系密切的基础性调查工作。上海市环境地球化学特征显示，地球化学元素可分为均匀分布型、相对分异常型、分异型、强分异型、极强分异常型，同时主城区、新建城区、烟尘工业区、城郊蔬菜种植区表现不同的地球化学特征。提出地球化学资料在住宅建设生态、生态环境友好型土地利用方面应用的展望。
关键词：上海市；环境地球化学；成果应用
环境地球化学是环境科学的重要分支学科。它是研究环境中化学物质（天然和人为释放的）迁移转化规律及其与环境质量和人类健康关系的学科。是以化学元素在自然界循环为主线，强调自然环境现象的发生机制和演化规律。环境地球化学的重要任务之一就在于及时地研究现代环境的化学变化过程及其趋势，在地球化学的基础上，更加深入地研究组成人类环境的各个系统的地球化学性质［1～5］。
目前很多大型城市地区都面临一定的环境地球化学问题。比如，城市化和工业化进程的加快，造成城市饮用水源地水质的下降，城市大气中颗粒悬浮物的增加，城市土壤污染、侵蚀、酸化和硬化以及土壤生物和植被退化等一系列较为严重的城市环境问题，直接危及到城市居民的健康和安全［6～10］。为了摸清上海市环境地球化学的现状特征，2005年9月上海市环境地球化学调查项目正式启动。在上海市开展环境地球化学工作面临着如何在城市地区更好的采集样品的难题，同时如何使研究成果更好的服务于上海市的城市发展也是值得关注的问题。本文首先简单的介绍了上海市环境地球化学特征，然后就如何服务于城市发展和城市建设提出一定的应用设想。
1 研究区概况
上海位于长江三角洲前缘，太湖平原东侧。其南靠杭州湾，东濒东海，北枕长江入海口，地理位置十分优越，交通便捷。陆地面积6340km2，包括长江水面及沿海沿江滩涂在内，总面积7823km2。上海地区主体部分是三角洲平原，相对高差3～4m。但依地貌形态及其成因，又可划分位西部湖沼平原、北部沿江平原、东部滨海平原、长江口沙岛平原。在西南部湖沼平原区和杭州湾一带，有局部星散残丘保留，多数海拔50～70m。陆域地区最高为天马山，海拔高度97m。
2 样品采集与测试
2.1 样品采集
表层土壤样品：采样密度1个点/km2，中心城区可适当加密取样，采集深度为0～20cm，4km2分析一个组合样。深层土壤样品：采样密度1个点/4km2，规定采样深度为200cm以下，16km2分析一个组合样。
湖泊表层沉积物样品：采样密度1个点/4km2，在入海口或入湖口附近适当加密取样，采集深度为0～20cm。样品不进行组合。湖泊深层沉积物样品：采样密度1个点/16km2，规定采样深度为1.5m，对于沉积物小于1.5m的地方，以采集深层湖积物最底部样品为主。样品不进行组合。
地表水：非城区采样密度1个点/16km2，在黄浦江、苏州河等水系的上、中和下游分别布设1～2个采样点。浅层地下水：1个点/16km2。
2.2 样品分析测试
土壤和湖泊沉积物样品分析测试：分析测试项目为中国地质调查局规定的有关土壤样品52元素（全量）及有机碳和pH值共计54项指标。
水体样品分析测试：除按照中国地质调查局规定的21项必测项目外，针对上海市实际情况又选测了10项别的指标，共计31项指标。
3 上海市土壤环境地球化学特征
3.1 表层土壤元素总体区域分布特征
土壤表层元素分布总体受区域地质母质环境、土壤表层发生层、自然生态环境、环境污染以及自身化学性质等复杂因素制约，表现出区域上显著的变异特征。上海地区受自身特殊的环境要素制约，显示出符合自身特点的地球化学变异特征。对其按照区域变异特性分解，大体划分出以下5种类型。
3.1.1 均匀分布类型
变异系数（CV）≤25％，包括砷、硼、钡、铍、铈、钴、氟、镓、锗、镧、锂、锰、铌、镍、铷、钪、锶、钍、钛、铊、铀、钒、钇、锆、硅、铁、铝、钠、钾、镁等30种元素，区域内基本表现出均匀分布，含量变差不大。直方图统计，这些元素中多数元素含量基本服从正态分布，含量区间窄小，变差不大。这些元素的分布主要受自然地质背景影响，与城市化的进程关系不密切。
3.1.2 相对分异型
25％＜CV值≤50％，包括溴、碘、氮、磷、钙、碳和有机质。这些组分，表现出在全区土壤表层较弱的分异特征，含量有不大的变化范围。含量统计直方图显示，本组元素多数呈对数正态分布，其中基本呈标准。这些元素在区域上的分布特征与土壤类型有非常好的吻合关系。其中溴和碘的高含量地区主要分布沿海地带，氮、磷、钙的高含量地区主要分布在上海市西南部的湖沼相沉积地区，碳和有机质的高含量地区主要分布在农业开发强度大的松江、青浦和金山等地方。
3.1.3 分异型
50％＜CV值≤75％，仅包括铋、铬、铜、硫四元素。统计显示，铬虽属该类，但分异程度并非很高。全区直方图上，铋、铜表现为二重母体分布的型式，表现为原始分布上有着两种不同的分布区，即原生背景场和城市人类活动扰动叠加场。其中铋、铬的高含量地区主要分布在吴淞工业区，铜的高含量地区主要分布在沿黄浦江的一些大型造船基地附近，而硫的高含量地区则主要分布在老居民区比较集中的地方，如黄浦、杨浦等地方。
3.1.4 强分异型
75％＜CV值≤100％，仅包括硒、钨、锌等三元素。显示出这些元素更强的区域变异，含量具更大的变差。全区直方图上，硒、钨基本显示为对数正态分布，带有较强的左偏性质，锌则显示为二重母体分布。硒的高含量地区与人口最密集的地区有比较好的吻合关系，钨的高含量地区主要分布在桃浦、吴淞等工业化开展早的地方，锌的高含量地区主要分布在吴淞、上钢三厂等地方。
3.1.5 极强分异型
CV值＞100％，包括银、金、镉、氯、汞、钼、铅、锑、锡等九元素。直方图上，九元素基本表现为二重母体分布，其一母体反映为土体内上述元素的基本分布特征，另一母体为异常母体，反映为区内的人类活动扰动作用的叠加特征。这些元素分异分布类型与城市建设开发强度的高低有一定的联系，其中，汞、镉和铅的高含量地区主要分布在中心城区等城市化相对高的地方。
3.2 上海市主要生态区土壤环境现状
总的看，上海地区土壤受人为扰动比较重，本文根据遥感影像解译全市共划分出11个类别的生态区，并依据地球化学数据全数据的分区进行了统计，获得了各生态区土壤现状情况的基础资料，其中将主要的生态区分述如下：
3.2.1 中心城区
这里指的是上海老城区，范围限在黄埔、卢湾、徐汇、长宁、静安、普陀、闸北、虹口、杨浦等区上世纪80年代前的居民密集区，面积260km2。总体上，老城区表层土壤显示出大量元素富集，按富集系数（K大于1.5）和变异系数选取有：铋、汞、镉、硒、锌、银、锡、铬、金、磷、硫、铅、碳、有机炭、铜、钼、钨、氟、锑、铈、氯及磷、氮等。以上组分在中心城区的富集特点，一是形成的异常组合元素最多；二是多数元素含量达到最高；三是主要富集元素均形成面状分布；四是形成因素复杂。
3.2.2 新建城区
指上世纪80年代后期尤其改革开放来新发展的城区，面积312km2。
本次调查，新城区土壤地球化学分布的比较复杂，元素地域性变化较大。据统计，本类区富集元素包括银、金、铋、镉、氯、铜、汞、碘、钼、铅、硫、锑、硒、锡、钨、锌等15种元素，其中富集度最大的元素为镉、汞、金、汞、锡、碘等。镉的富集度高，K值达2.65；变异系数大，CV值达442.41％；区内有全区首高的高达20000μg/g；分析其原因，很可能是老厂区固体污染物所致。其次为钼，属于一种强烈的不均匀分布，变异系数CV值122.5％，最高值量9.64μg/g。总体看，本类生态区处在老城区外围，土壤污染态势相对于老城区具有递降态势。
3.2.3 烟尘工业区
本次调查，将宝钢、上钢一厂、上钢三厂的烟尘工业独立划出，借以调查工业烟尘对附近土壤的的质量的影响效应。总计划出面积160km2，除厂区外，也包括厂区附近烟尘集中沉降的大概范围，排放物不仅仅是降尘，还有工厂排放的固体排放物、污水等。由本次调查，烟尘工业区土壤受人为污染影响程度仅仅弱于上海中心城区，从污染强度和元素组合两方面评定，排在第二位。据资料统计结果，本类生态区受污染的元素有：银、金、铋、镉、铬、铜、汞、锰、钼、铅、锑、锡、钨、锌、铁、钛、镍、锗、钙、钡等，非金属元素砷、氯、氟、碘、磷、硫、硒、碳、有机质等，共计29项指标，比中心城区多出8项。具有特征性的是类如钙、钡、锶、氟等在其他环境下表现平稳，在此类生态区也出现了高量分布。
该生态区的第二个特征是：银、金、镉、汞、钼、铅、锡、钨、锌等元素均达区域背景的2倍以上，且呈总体较高。分析认为，这种特征是由于该类工业区固体排放物、污水系统污染是一方面，长期的工厂粉尘和烟尘飘落对周围的均一性污染可能是更重要的方面。
3.2.4 城郊老蔬菜地
主要为城近郊环城的老蔬菜地，面积312km2。《上海土壤》将这部分土壤定为菜园灰潮土，是长期种植蔬菜，土壤耕作活动强烈，施肥、灌水频繁，土壤肥力高的一种土壤。但也因不当施肥灌溉和农药喷洒，致使土壤污染严重。本次调查显示区内银、金、铋、镉、铬、铜、汞、氟、碘、锰、钼、磷、铅、硫、锑、锡、硒、锶、钨、锌、钙、碳和有机质含量偏高，其中银、金、汞、钼、铅、硫、锑、锡、硒、钨、锌都在区域背景值的2倍以上，镉接近于2倍。且除银显示为极强变异外，这些偏高量分布元素（组分）变异并不强烈，只达到相对分异～分异～强分异程度，说明老菜地遭受了较均匀的偏高扰动量，但总体又比中心城区、烟尘工业区偏低。迄今，按照土壤环境指标标准，以汞、镉、铅、铜的分级临界值计，本类区土壤几乎全部属二类土壤，少量三类土壤。
3.3 上海市城市土壤中一些重要无机、有机指标相关性研究
城市土壤中的各个指标之间具有密切的关联，对上海市城市地区表层土壤中的一些重要无机、有机指标进行研究，这些指标为：pH值、有机碳含量、有机质含量、含水量、As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Nb、P、Pb、S、Sb、Se、Sn、Zn、HCH、DDT、PAHs等，研究结果如下：
（1）在HCH、DDT、PAHs等有机污染物中，HCH异构体之间、DDT衍生物之间、PAHs分量之间大都具有显著的相关关系。
（2）As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Nb、P、Pb、S、Sb、Se、Sn、Zn中Hg、Nb与其他元素不具有明显的相关关系，As、Cd、Pb与Cr、Cu、Mn、S、Sb、Se、Zn具有显著的相关关系。
（3）有机碳、有机质、S与大多重金属具有显著的相关关系；pH值与重金属、有机污染物等相关关系不明显；pH值与有机质、有机碳具有负的相关关系；含水量与重金属、有机污染物、pH值等指标不具有相关关系。
（4）苯并［a］芘和PAHs与有机质、有机碳、P、Se具有显著的相关关系，苯并［a］芘、PAHs、HCH、DDT等有机污染物与重金属间相关性不明显。
4 上海市土壤环境地球化学调查成果应用展望
上海市环境地球化学调查项目所覆盖的区域面积广泛，涉及的环境介质相对比较全面，测试分析的指标比较系统，应用领域非常宽广。在这里只针对城市人居环境建设及土地规划方面的应用作一简单介绍。
4.1 住宅建设生态指标研究
随着经济的发展人们对居住环境的要求越来越高，于是近年来国外流行的绿色建筑应运而生，所谓绿色建筑是指能充分利用环境自然资源，并以不触动环境基本生态平衡为目的而建造的一种生态住宅建筑。它除对建筑结构、建筑材料、绿化面积、生活垃圾处理、环境噪声等有较高要求外，对居住区的土壤环境也有较高的质量限制条件。结合上海市土壤环境地球化学调查成果，提出适合上海市的人居环境建设方面的土壤环境标准体系。可从土壤的放射性水平、土壤中重金属及有机污染物含量水平等3个方面来考虑，选出具体的指标，确定具体某个指标的分级标准，最后综合制定出人居环境土壤质量标准体系。
4.2 生态环境友好型土地利用模式研究
生态环境友好型的土地利用模式，就是按照土地的自然生态条件和环境承载力，进行土地规划，优化配置土地资源，使不同功能用地之间的位置关系与比例关系协调，增强土地利用集约程度，从而实现经济效益、生态效益的双丰收。
生态环境友好型的土地利用模式的总体目标：土地资源利用率显著提高，土地可持续发展能力不断增强，生态环境明显改善，土地利用与经济发展和社会进步和谐统一。充分利用和挖掘已经获得的全市土壤环境地球化学信息，为生态环境友好型土地利用模式的研究奠定坚实的基础。
5 结束语
环境地球化学调查作为一项基础性、公益性、全局性的地质调查工作，可为研究生态环境、农业发展、居民健康、土地资源利用等问题提供比较有针对性的第一手素材［12］。如何充分发掘环境地球化学调查数据中蕴涵的生态地质环境信息，使之更好的服务地方建设与社会发展需要，是摆在相关地学科技人员的一项长期而艰巨的任务［13］。另外全国各省市地区环境差异巨大，如何在服务于地方城市建设上体现当地的特色也是目前迫切要解决的问题之一。
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The Environmental Geochemical Characteristicsand Application of Geological Achievements
He Zhongfa, Xia Chen
(Shanghai Institute of Geological Survey, Shanghai 200072)
Abstract: Environmental geochemistrical investigation is a basic survey subject which is nearly correlative with ecological environmentalprotection, municipal programming and agricultural development. The environmental geochemistrical characteristics show that geochemistricalelements are classified into equably distributing-type, oppositely abnormal distributing-type, abnormal distributing-type, doughty abnormaldistributing-type and greatly doughty abnormal distributing-type. Synchronously , the geochemistrical characteristics the main city zone, newcity zone, soot industrial area and suburban vegetable plantation display the different geochemistrical characteristics. The paper expatiate thatthe geochemistrical data vista in the appliance of howff building ecology and friendly ecological environmental land use.
Key words: Shanghai City; Environmental geochemistry; Achievement application