改善城市綠地土壤質(zhì)量的底泥資源化利用探究

牛 巖 郭 超

（1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710075；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075；5.自然資源部土地工程技術(shù)創(chuàng)新中心，陜西 西安 710075）

引言

城市河流與人類間的相互作用頻繁且強(qiáng)烈，是城市資源的重要組成部分。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，河道水質(zhì)逐漸惡化，造成河流污染，其生態(tài)功能也受到了嚴(yán)重影響。

完整的河流水體概念包括上覆水、水體底部的沉積物以及周圍的各種環(huán)境條件，水體底部的沉積物，即底泥。底泥長(zhǎng)期累積，會(huì)造成河道淤積嚴(yán)重、排洪能力減弱等問(wèn)題。我國(guó)各大江河每年都在進(jìn)行清淤疏浚，疏浚工程產(chǎn)生的疏浚底泥量日益增加。例如，黃河下游疏浚固堤從1965年濟(jì)南洛口試驗(yàn)開始，到目前已完成4億m3底泥疏浚，相當(dāng)于3個(gè)三峽大壩土石方挖填量（三峽大壩土石方挖填量約1.34億m3）。由于疏浚后產(chǎn)生的底泥量大，如果作為固體廢物直接堆置，不僅會(huì)占用大量土地，而且還會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。因此，疏浚底泥的處置問(wèn)題尤為重要。

1.底泥處置方式

在底泥進(jìn)行再利用之前，需要對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。在對(duì)沉積物進(jìn)行采樣和分析之后，分析可能的污染狀況，并使用合理的方法進(jìn)行預(yù)處理。

1.1 重金屬含量超標(biāo)

若底泥中重金屬含量超過(guò)《綠化種植土壤》（CJ/T 340-2016）中對(duì)重金屬的限值，則采用物理吸附法或淋洗法進(jìn)行處理。Kosobucki等發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加濃度為2%、粒徑為0.7～1.0mm的斜發(fā)沸石，振蕩5h時(shí)，吸附效果最好；王偉亞等采用EDTA對(duì)重金屬底泥進(jìn)行淋洗處理，結(jié)果表明，采用0.1mol/L的EDTA在液固比10∶1的條件下，淋洗效果最好，淋洗30min就能去除掉70%～80%的銅和鎘。

1.2 還原性物質(zhì)含量過(guò)高

若底泥中還原性物質(zhì)（如硫化物）含量過(guò)高，則采用相應(yīng)穩(wěn)定劑進(jìn)行處理。孫遠(yuǎn)軍發(fā)現(xiàn)高錳酸鉀、過(guò)氧化氫、過(guò)氧化鈣和硝酸鈣都可以提高底泥的氧化還原電位，改善底泥的還原性環(huán)境，降低酸揮發(fā)性硫化物的含量，其中硝酸鈣的效果最為明顯。

1.3 營(yíng)養(yǎng)元素過(guò)高

若底泥中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素過(guò)高，則通過(guò)適當(dāng)調(diào)整試驗(yàn)底泥添加量來(lái)進(jìn)行控制。

城市河流受污染底泥的修復(fù)技術(shù)按照處理方式不同可以分為異位修復(fù)和原位修復(fù)兩種方式。底泥疏浚后處理的方式需結(jié)合底泥污染程度而定，包括干化、固化、穩(wěn)定化、資源化處理等方法，若處理不妥當(dāng)，極易造成二次污染。底泥的資源化利用、變廢為寶，是底泥處理的未來(lái)趨勢(shì)，目前仍有大量的技術(shù)難題需要攻克。如何使疏浚底泥在遵循尊重自然、無(wú)毒無(wú)害的前提下進(jìn)行資源化利用，如何將底泥污染程度、理化性質(zhì)以及當(dāng)?shù)丨h(huán)境、經(jīng)濟(jì)技術(shù)等條件有機(jī)結(jié)合，因地制宜地選擇底泥資源化利用的方法，值得進(jìn)一步研究。

由于底泥的富營(yíng)養(yǎng)特性保證了其中有機(jī)質(zhì)、氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素的含量，適宜于植物生長(zhǎng)，是一種潛在資源，因此將底泥處理問(wèn)題與城市綠化工程相結(jié)合，不僅可以緩解由于城市景觀植物種植數(shù)量多、種植面積廣而造成的工程成本較大的問(wèn)題，更重要的是為城市疏浚底泥的資源化處理找到了一種生態(tài)化的方法。鑒于此，開展基于城市景觀植物種植的底泥資源化利用研究，具有一定的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)意義。

由于底泥的富營(yíng)養(yǎng)特性保證了其中有機(jī)質(zhì)、氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素的含量，適宜于植物生長(zhǎng)，且其成分包含大量陸地地表流失的黏土及豐富的次生礦物，是一種良好的再生資源。因此對(duì)底泥進(jìn)行資源化處理和利用是可行的。

2.城市土壤質(zhì)量問(wèn)題

長(zhǎng)期以來(lái)，土壤研究主要集中在農(nóng)業(yè)土壤和森林土壤中，對(duì)城市土壤的相關(guān)研究相對(duì)較少。20世紀(jì)70年代期間以英國(guó)倫敦為代表的大城市開展的針對(duì)城市土壤中重金屬的研究，拉開了對(duì)城市土壤問(wèn)題研究的序幕。我國(guó)城市土壤研究起步于20世紀(jì)90年代，相對(duì)于世界城市土壤研究起步較晚，城市土壤研究的各方面均有所涉及，研究區(qū)域主要集中北、上、廣、深等大城市。隨著城市化的發(fā)展，其相配套的城市綠化與美化也得到了迅速發(fā)展，根據(jù)整個(gè)中國(guó)城市規(guī)劃，人均公共綠地面積從2002年的6.42m2增加到2010年的11m2。城市綠地土壤作為城市生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，是城市植物的生長(zhǎng)介質(zhì)和養(yǎng)分的供給者，是土壤微生物的棲息地，更是城市污染物的匯集地和凈化器，對(duì)維持良好的城市生態(tài)環(huán)境以及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。在城市土壤資源日益緊張和自然空間日益減小以及城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量日益退化的態(tài)勢(shì)下，對(duì)城市綠地土壤質(zhì)量的研究是十分必要的。

概括而言，目前我國(guó)城市綠地土壤主要存在以下兩方面的問(wèn)題：

2.1 機(jī)械壓實(shí)、人為踩踏導(dǎo)致土壤性狀改變

為了滿足城市建設(shè)及快速綠化需求，大型機(jī)械多次被用于城市建設(shè)及綠化施工中，再加上城市人口密度大，綠地建成后通常會(huì)遭到人為踐踏，所以，城市綠地土壤普遍存在壓實(shí)現(xiàn)象。壓實(shí)的土壤一般孔隙度小，通氣性差，良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)被破壞，改變了土壤固、液、氣三相組成和孔隙分布狀態(tài)以及土壤水、肥、氣、熱狀況，使得城市綠地土壤的物理、化學(xué)以及生物特性發(fā)生了顯著變化，直接威脅著綠化與美化。

2.2 城市土壤來(lái)源復(fù)雜，客土及固體廢棄物侵入體居多，物理狀態(tài)及肥力較差

由于城市土壤資源緊缺，在城市綠化建設(shè)中土壤來(lái)源復(fù)雜，土體層次混亂，表土多被移走或被底層土掩埋，大部分新建綠地土壤均是客土，并摻入了大量的礫石和建筑垃圾等侵入體，從而導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)與物理狀態(tài)混亂、肥力較差。

城市綠地土壤質(zhì)量不但已成為限制我國(guó)城市綠化美化發(fā)展的主要原因之一，而且也遏制了城市土壤生態(tài)功能的發(fā)揮和城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量及景觀的提高，一直以來(lái)是城市環(huán)境管理者和環(huán)境科學(xué)研究者的關(guān)注點(diǎn)。有大量文獻(xiàn)表明，我國(guó)城市綠地土壤pH值以偏堿性為主，有機(jī)質(zhì)處于中等偏低水平，全氮、堿解氮處于較低水平，土壤容重較大、結(jié)構(gòu)混亂、空間差異大、壓實(shí)嚴(yán)重。因此為了提高城市綠地的生態(tài)功能，解決城市綠地土壤物理狀態(tài)及肥力問(wèn)題是前提。

3.改善城市綠地土壤質(zhì)量措施—底泥資源化

將底泥應(yīng)用于城市綠地土壤改良問(wèn)題中，進(jìn)行資源化綜合開發(fā)再利用，不僅可以避免底泥對(duì)環(huán)境造成危害，解決城市底泥處置問(wèn)題，更重要的是為改良城市綠地土壤質(zhì)量問(wèn)題提供有效方法，產(chǎn)生新的可利用資源，形成循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色經(jīng)濟(jì)格局。但是同時(shí)也存在一定的問(wèn)題。底泥本身具有泥沙量大、含水率高、富營(yíng)養(yǎng)等特性，如果把疏浚的底泥直接堆置，會(huì)造成資源浪費(fèi)。所以，對(duì)底泥進(jìn)行資源化利用，是解決底泥出路問(wèn)題的根本措施。

將底泥添加至土壤中進(jìn)行資源化利用，是一種積極、有效的底泥處置方式。由于底泥的富營(yíng)養(yǎng)特性，保證了其中有機(jī)質(zhì)、氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素的含量，是一種肥料資源，能滿足植物生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)，且其成分包含大量陸地地表流失的黏土及豐富的次生礦物，是一種良好的再生資源。但是，有研究表明，底泥的容重較大、孔隙度小、粘粒含量較高，存在透水通氣性差的缺點(diǎn)，一定程度上不利于植物正常生長(zhǎng)，對(duì)底泥資源化利用發(fā)展形成了很大阻礙。例如，胡育峰通過(guò)研究某水庫(kù)底泥的物理特性，結(jié)果顯示底泥的容重、空隙度、質(zhì)地均達(dá)不到旱地耕作層利于作物生長(zhǎng)的土壤物理特性標(biāo)準(zhǔn)；王向輝通過(guò)測(cè)定海口市五源河上、中、下游底泥樣品的物理特性，結(jié)果表明，上游和下游的底泥孔隙率低，導(dǎo)致底泥緊實(shí)，持水量低，不利于植物根系發(fā)育；謝瑞桃通過(guò)測(cè)定馬鞍山市某河道底泥基本理化特性，結(jié)果表明，在流速較大的河段底泥容重為1.20g/ml，比其他河段大了1倍多，且底泥相對(duì)持水率保持在91%左右，比普通土壤持水率50%高出41%，需經(jīng)過(guò)初步干化處理才能達(dá)到種植綠化植物的要求。因此在對(duì)底泥進(jìn)行農(nóng)業(yè)利用時(shí)需采取措施，有效改善底泥質(zhì)地，降低容重，提高孔隙度，以提高其通氣透水性，滿足植物生長(zhǎng)所需。