改善城市綠地土壤質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集團有限責任公司，陜西 西安 710075；2.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，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實驗室，陜西 西安 710075；4.陜西省土地整治工程技術研究中心，陜西 西安 710075；5.自然資源部土地工程技術創新中心，陜西 西安 710075）

引言

城市河流與人類間的相互作用頻繁且強烈，是城市資源的重要組成部分。隨著社會經濟高速發展，河道水質逐漸惡化，造成河流污染，其生態功能也受到了嚴重影響。

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境條件，水體底部的沉積物，即底泥。底泥長期累積，會造成河道淤積嚴重、排洪能力減弱等問題。我國各大江河每年都在進行清淤疏浚，疏浚工程產生的疏浚底泥量日益增加。例如，黃河下游疏浚固堤從1965年濟南洛口試驗開始，到目前已完成4億m3底泥疏浚，相當于3個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）。由于疏浚后產生的底泥量大，如果作為固體廢物直接堆置，不僅會占用大量土地，而且還會對環境造成二次污染。因此，疏浚底泥的處置問題尤為重要。

1.底泥處置方式

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

1.1 重金屬含量超標

若底泥中重金屬含量超過《綠化種植土壤》（CJ/T 340-2016）中對重金屬的限值，則采用物理吸附法或淋洗法進行處理。Kosobucki等發現當添加濃度為2%、粒徑為0.7～1.0mm的斜發沸石，振蕩5h時，吸附效果最好；王偉亞等采用EDTA對重金屬底泥進行淋洗處理，結果表明，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 還原性物質含量過高

若底泥中還原性物質（如硫化物）含量過高，則采用相應穩定劑進行處理。孫遠軍發現高錳酸鉀、過氧化氫、過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境，降低酸揮發性硫化物的含量，其中硝酸鈣的效果最為明顯。

1.3 營養元素過高

若底泥中氮、磷等營養元素過高，則通過適當調整試驗底泥添加量來進行控制。

城市河流受污染底泥的修復技術按照處理方式不同可以分為異位修復和原位修復兩種方式。底泥疏浚后處理的方式需結合底泥污染程度而定，包括干化、固化、穩定化、資源化處理等方法，若處理不妥當，極易造成二次污染。底泥的資源化利用、變廢為寶，是底泥處理的未來趨勢，目前仍有大量的技術難題需要攻克。如何使疏浚底泥在遵循尊重自然、無毒無害的前提下進行資源化利用，如何將底泥污染程度、理化性質以及當地環境、經濟技術等條件有機結合，因地制宜地選擇底泥資源化利用的方法，值得進一步研究。

由于底泥的富營養特性保證了其中有機質、氮磷等營養元素的含量，適宜于植物生長，是一種潛在資源，因此將底泥處理問題與城市綠化工程相結合，不僅可以緩解由于城市景觀植物種植數量多、種植面積廣而造成的工程成本較大的問題，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，具有一定的經濟、社會、生態意義。

由于底泥的富營養特性保證了其中有機質、氮磷等營養元素的含量，適宜于植物生長，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。因此對底泥進行資源化處理和利用是可行的。

2.城市土壤質量問題

長期以來，土壤研究主要集中在農業土壤和森林土壤中，對城市土壤的相關研究相對較少。20世紀70年代期間以英國倫敦為代表的大城市開展的針對城市土壤中重金屬的研究，拉開了對城市土壤問題研究的序幕。我國城市土壤研究起步于20世紀90年代，相對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，研究區域主要集中北、上、廣、深等大城市。隨著城市化的發展，其相配套的城市綠化與美化也得到了迅速發展，根據整個中國城市規劃，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環境的重要組成部分，是城市植物的生長介質和養分的供給者，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，對維持良好的城市生態環境以及可持續發展具有重要意義。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環境質量日益退化的態勢下，對城市綠地土壤質量的研究是十分必要的。

概括而言，目前我國城市綠地土壤主要存在以下兩方面的問題：

2.1 機械壓實、人為踩踏導致土壤性狀改變

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

2.2 城市土壤來源復雜，客土及固體廢棄物侵入體居多，物理狀態及肥力較差

由于城市土壤資源緊缺，在城市綠化建設中土壤來源復雜，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，從而導致土壤結構與物理狀態混亂、肥力較差。

城市綠地土壤質量不但已成為限制我國城市綠化美化發展的主要原因之一，而且也遏制了城市土壤生態功能的發揮和城市生態環境質量及景觀的提高，一直以來是城市環境管理者和環境科學研究者的關注點。有大量文獻表明，我國城市綠地土壤pH值以偏堿性為主，有機質處于中等偏低水平，全氮、堿解氮處于較低水平，土壤容重較大、結構混亂、空間差異大、壓實嚴重。因此為了提高城市綠地的生態功能，解決城市綠地土壤物理狀態及肥力問題是前提。

3.改善城市綠地土壤質量措施—底泥資源化

將底泥應用于城市綠地土壤改良問題中，進行資源化綜合開發再利用，不僅可以避免底泥對環境造成危害，解決城市底泥處置問題，更重要的是為改良城市綠地土壤質量問題提供有效方法，產生新的可利用資源，形成循環經濟、綠色經濟格局。但是同時也存在一定的問題。底泥本身具有泥沙量大、含水率高、富營養等特性，如果把疏浚的底泥直接堆置，會造成資源浪費。所以，對底泥進行資源化利用，是解決底泥出路問題的根本措施。

將底泥添加至土壤中進行資源化利用，是一種積極、有效的底泥處置方式。由于底泥的富營養特性，保證了其中有機質、氮磷等營養元素的含量，是一種肥料資源，能滿足植物生長所需營養，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，一定程度上不利于植物正常生長，對底泥資源化利用發展形成了很大阻礙。例如，胡育峰通過研究某水庫底泥的物理特性，結果顯示底泥的容重、空隙度、質地均達不到旱地耕作層利于作物生長的土壤物理特性標準；王向輝通過測定海口市五源河上、中、下游底泥樣品的物理特性，結果表明，上游和下游的底泥孔隙率低，導致底泥緊實，持水量低，不利于植物根系發育；謝瑞桃通過測定馬鞍山市某河道底泥基本理化特性，結果表明，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，且底泥相對持水率保持在91%左右，比普通土壤持水率50%高出41%，需經過初步干化處理才能達到種植綠化植物的要求。因此在對底泥進行農業利用時需采取措施，有效改善底泥質地，降低容重，提高孔隙度，以提高其通氣透水性，滿足植物生長所需。