河道廢棄底泥對(duì)綠化土壤改良研究初探

牛 巖，王 熒

(1. 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；2. 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； 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)

1 引言

河道底泥長(zhǎng)期累積會(huì)造成河道嚴(yán)重淤積、排洪能力減弱的問(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，珠江三角洲地帶每年產(chǎn)生的疏浚底泥達(dá)到8000萬(wàn)m3；

黃河下游疏浚固堤從1965年濟(jì)南洛口試驗(yàn)開(kāi)始，到目前已完成4億m3底泥疏浚[1]，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，目前，底泥疏浚后處理的方式包括干化、固化穩(wěn)定化、資源化處理等方法[2～4]，疏浚底泥處置最行之有效的方式是底泥的資源化利用。

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[5～7]。Canet R等[8]用適當(dāng)比例的底泥和土壤混合，改善了土壤的性質(zhì)，認(rèn)為將底泥應(yīng)用到農(nóng)業(yè)種植上具有較強(qiáng)的可行性；朱廣偉等[9]也展開(kāi)了疏浚泥的農(nóng)業(yè)綜合利用研究，利用疏浚底泥作為土壤改良劑，在園林土壤和農(nóng)業(yè)土壤中大量摻入疏浚底泥，分別對(duì)農(nóng)業(yè)利用和園林綠化進(jìn)行了試驗(yàn)和分析，通過(guò)發(fā)芽率測(cè)定認(rèn)為，利用疏浚泥改良的土壤對(duì)農(nóng)業(yè)種子發(fā)芽率有一定影響；朱本岳等[10]利用西湖疏浚的底泥廢棄物，與化肥按照2∶8的比例混合后，肥料的成本達(dá)到降低，產(chǎn)量與同等分量的復(fù)合肥基本持平。因此對(duì)底泥進(jìn)行資源化處理和利用是可行的。

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。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[11～15]。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。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兩方面：①機(jī)械壓實(shí)、人為踩踏導(dǎo)致土壤性狀改變;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。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、壓實(shí)嚴(yán)重[16～20]。因此，為了提高城市綠地生態(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。

2 研究?jī)?nèi)容與方法

針對(duì)城市綠地土壤物理狀態(tài)及肥力狀況較差問(wèn)題，基于城市底泥礦物類(lèi)別特殊及富營(yíng)養(yǎng)化特性，開(kāi)展底泥改良城市綠地土壤效應(yīng)與機(jī)理研究；通過(guò)盆栽生物試驗(yàn)，探索底泥和黃土的復(fù)配比例適宜性，同時(shí)設(shè)置不同厚度的混合土層，分析添加底泥并種植植物后土壤改良效應(yīng)，并探明其作用機(jī)理，為城市綠地土體重構(gòu)提供技術(shù)參數(shù)。

研究采用溫室盆栽和室內(nèi)分析的方法進(jìn)行，處理設(shè)置見(jiàn)表1。將黃土和底泥經(jīng)自然風(fēng)干、研磨、過(guò)2 mm篩后，底泥以不同重量比添加至黃土中，添加比例設(shè)置為10%、20%、30%、40%、50%，與黃土混合方式為均勻混合，混合后土層厚度設(shè)置20 cm、30 cm 2個(gè)水平，共10個(gè)處理。綜合考慮生長(zhǎng)周期及特性，指示植物選擇禾本科植物黑麥草，盆栽植物生長(zhǎng)過(guò)程中各處理保持水肥一致。試驗(yàn)結(jié)束后，測(cè)定植物生長(zhǎng)指標(biāo)。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3 研究結(jié)果

3.1 底泥添加量和總土層厚度對(duì)黑麥草株高的影響

圖1為不同處理下黑麥草收獲時(shí)株高測(cè)量結(jié)果，表2為不同處理間差異顯著性水平。在土層厚度為20 cm的情況下，底泥添加量為20%、30%、40%、50%處理時(shí)，黑麥草株高較對(duì)照組(未添加底泥處理下株高為32.1 cm)分別增長(zhǎng)3.43%、3.74%、4.05%、35.83%，底泥添加量為10%處理黑麥草株高較對(duì)照組無(wú)明顯變化，底泥添加量為50%處理下，黑麥草株高達(dá)到43.6 cm，底泥添加50%較20%、30%差異水平顯著，較對(duì)照組差異水平極顯著；土層厚度為30 cm情況下，底泥添加量為10%、20%、30%、40%、50%處理時(shí)，黑麥草株高較對(duì)照組(未添加底泥處理下株高為27.3 cm)分別增長(zhǎng)43.59%、37.36%、35.90%、51.46%、63.74%，底泥添加量為50%處理下，黑麥草株高達(dá)到44.7 cm。

底泥添加量相同時(shí)，30 cm土層厚度下黑麥草株高整體大于20m土層厚度下黑麥草株高，且增長(zhǎng)率在底泥10%處理下為23.08%，底泥20%處理下為12.95%，底泥30%處理下為11.41%，底泥40%處理下為23.80%，底泥50%處理下為2.52%。

結(jié)果表明，黑麥草株高隨底泥添加比例增加整體呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，添加底泥種植黑麥草有利于黑麥草生長(zhǎng)，添加量為50%株高增幅最大，土層厚度30 cm相對(duì)于20 cm株高相對(duì)較高，有利于黑麥草生長(zhǎng)。

圖1 不同處理下黑麥草株高結(jié)果

表2 不同處理下黑麥草株高差異性顯著水平(土層厚度20 cm)

3.2 底泥添加量和總土層厚度對(duì)黑麥草生物量影響

圖2為不同處理下黑麥草收獲時(shí)鮮重測(cè)量結(jié)果，表3為不同處理間差異顯著性水平。添加底泥后黑麥草鮮重明顯增加，且鮮重隨底泥添加比例增加呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，在土層厚度為20 cm的情況下，底泥添加量為50%處理下，黑麥草鮮重量為8.36g，相比對(duì)照處理(3.98 g)下黑麥草鮮重增長(zhǎng)了110.05%，土層厚度為30 cm 情況下，底泥添加量為40%處理下，黑麥草鮮重量為13.88 g，相比對(duì)照處理(4.455 g)下黑麥草鮮重增長(zhǎng)了211.56%。底泥添加30%較對(duì)照有顯著差異，底泥添加40%較20%有顯著差異，較對(duì)照、10%有極顯著差異，底泥添加50%較20%有顯著差異，較對(duì)照、10%有極顯著差異。

底泥添加量相同時(shí)，30 cm土層厚度下黑麥草鮮重整體大于20 cm土層厚度下黑麥草鮮重，且增長(zhǎng)率在無(wú)底泥處理下為11.93%，底泥10%處理下為24.20% ，底泥20%處理下為 63.19%，底泥30%處理下為69.62%，底泥40%處理下為122.61% ，底泥50%處理下為24.10%。

結(jié)果表明，黑麥草鮮重隨底泥添加比例增加整體呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，添加底泥種植黑麥草有利于提高黑麥草生物量，添加量為40%-50%時(shí)鮮重增幅最大，土層厚度30 cm相對(duì)于20 cm鮮重相對(duì)較大，有利于黑麥草生長(zhǎng)。

綜合黑麥草生長(zhǎng)指標(biāo)數(shù)據(jù)可以得出，黃土中添加底泥可以明顯提高黑麥草株高和鮮重，且隨底泥添加量增加，株高和鮮重逐漸增大，對(duì)鮮重影響更為明顯，應(yīng)用底泥改良綠化土壤是可行的。

4 結(jié)論與討論

河道內(nèi)源污染的治理是河道綜合整治的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，環(huán)保清淤是河道內(nèi)源污泥治理的有效手段。如何合理處置環(huán)保清淤過(guò)程中產(chǎn)生的大量底泥是一個(gè)亟待突破的環(huán)境問(wèn)題，底泥的資源化利用是現(xiàn)階段和未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

圖2 不同處理下黑麥草鮮重結(jié)果

表3 不同處理下黑麥草鮮重差異性顯著水平(土層厚度20 cm)

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(kāi)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)題提供了有效方法，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。開(kāi)展底泥在城市綠地土壤改良作用機(jī)理和應(yīng)用研究，具有一定的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)意義。