改善城市绿地土壤质量的底泥资源化利用探究

牛 岩 郭 超

（1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710075；3.自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西 西安 710075；4.陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西 西安 710075；5.自然资源部土地工程技术创新中心，陕西 西安 710075）

引言

城市河流与人类间的相互作用频繁且强烈，是城市资源的重要组成部分。随着社会经济高速发展，河道水质逐渐恶化，造成河流污染，其生态功能也受到了严重影响。

完整的河流水体概念包括上覆水、水体底部的沉积物以及周围的各种环境条件，水体底部的沉积物，即底泥。底泥长期累积，会造成河道淤积严重、排洪能力减弱等问题。我国各大江河每年都在进行清淤疏浚，疏浚工程产生的疏浚底泥量日益增加。例如，黄河下游疏浚固堤从1965年济南洛口试验开始，到目前已完成4亿m3底泥疏浚，相当于3个三峡大坝土石方挖填量（三峡大坝土石方挖填量约1.34亿m3）。由于疏浚后产生的底泥量大，如果作为固体废物直接堆置，不仅会占用大量土地，而且还会对环境造成二次污染。因此，疏浚底泥的处置问题尤为重要。

1.底泥处置方式

在底泥进行再利用之前，需要对其进行预处理。在对沉积物进行采样和分析之后，分析可能的污染状况，并使用合理的方法进行预处理。

1.1 重金属含量超标

若底泥中重金属含量超过《绿化种植土壤》（CJ/T 340-2016）中对重金属的限值，则采用物理吸附法或淋洗法进行处理。Kosobucki等发现当添加浓度为2%、粒径为0.7～1.0mm的斜发沸石，振荡5h时，吸附效果最好；王伟亚等采用EDTA对重金属底泥进行淋洗处理，结果表明，采用0.1mol/L的EDTA在液固比10∶1的条件下，淋洗效果最好，淋洗30min就能去除掉70%～80%的铜和镉。

1.2 还原性物质含量过高

若底泥中还原性物质（如硫化物）含量过高，则采用相应稳定剂进行处理。孙远军发现高锰酸钾、过氧化氢、过氧化钙和硝酸钙都可以提高底泥的氧化还原电位，改善底泥的还原性环境，降低酸挥发性硫化物的含量，其中硝酸钙的效果最为明显。

1.3 营养元素过高

若底泥中氮、磷等营养元素过高，则通过适当调整试验底泥添加量来进行控制。

城市河流受污染底泥的修复技术按照处理方式不同可以分为异位修复和原位修复两种方式。底泥疏浚后处理的方式需结合底泥污染程度而定，包括干化、固化、稳定化、资源化处理等方法，若处理不妥当，极易造成二次污染。底泥的资源化利用、变废为宝，是底泥处理的未来趋势，目前仍有大量的技术难题需要攻克。如何使疏浚底泥在遵循尊重自然、无毒无害的前提下进行资源化利用，如何将底泥污染程度、理化性质以及当地环境、经济技术等条件有机结合，因地制宜地选择底泥资源化利用的方法，值得进一步研究。

由于底泥的富营养特性保证了其中有机质、氮磷等营养元素的含量，适宜于植物生长，是一种潜在资源，因此将底泥处理问题与城市绿化工程相结合，不仅可以缓解由于城市景观植物种植数量多、种植面积广而造成的工程成本较大的问题，更重要的是为城市疏浚底泥的资源化处理找到了一种生态化的方法。鉴于此，开展基于城市景观植物种植的底泥资源化利用研究，具有一定的经济、社会、生态意义。

由于底泥的富营养特性保证了其中有机质、氮磷等营养元素的含量，适宜于植物生长，且其成分包含大量陆地地表流失的黏土及丰富的次生矿物，是一种良好的再生资源。因此对底泥进行资源化处理和利用是可行的。

2.城市土壤质量问题

长期以来，土壤研究主要集中在农业土壤和森林土壤中，对城市土壤的相关研究相对较少。20世纪70年代期间以英国伦敦为代表的大城市开展的针对城市土壤中重金属的研究，拉开了对城市土壤问题研究的序幕。我国城市土壤研究起步于20世纪90年代，相对于世界城市土壤研究起步较晚，城市土壤研究的各方面均有所涉及，研究区域主要集中北、上、广、深等大城市。随着城市化的发展，其相配套的城市绿化与美化也得到了迅速发展，根据整个中国城市规划，人均公共绿地面积从2002年的6.42m2增加到2010年的11m2。城市绿地土壤作为城市生态环境的重要组成部分，是城市植物的生长介质和养分的供给者，是土壤微生物的栖息地，更是城市污染物的汇集地和净化器，对维持良好的城市生态环境以及可持续发展具有重要意义。在城市土壤资源日益紧张和自然空间日益减小以及城市生态环境质量日益退化的态势下，对城市绿地土壤质量的研究是十分必要的。

概括而言，目前我国城市绿地土壤主要存在以下两方面的问题：

2.1 机械压实、人为踩踏导致土壤性状改变

为了满足城市建设及快速绿化需求，大型机械多次被用于城市建设及绿化施工中，再加上城市人口密度大，绿地建成后通常会遭到人为践踏，所以，城市绿地土壤普遍存在压实现象。压实的土壤一般孔隙度小，通气性差，良好的团粒结构被破坏，改变了土壤固、液、气三相组成和孔隙分布状态以及土壤水、肥、气、热状况，使得城市绿地土壤的物理、化学以及生物特性发生了显著变化，直接威胁着绿化与美化。

2.2 城市土壤来源复杂，客土及固体废弃物侵入体居多，物理状态及肥力较差

由于城市土壤资源紧缺，在城市绿化建设中土壤来源复杂，土体层次混乱，表土多被移走或被底层土掩埋，大部分新建绿地土壤均是客土，并掺入了大量的砾石和建筑垃圾等侵入体，从而导致土壤结构与物理状态混乱、肥力较差。

城市绿地土壤质量不但已成为限制我国城市绿化美化发展的主要原因之一，而且也遏制了城市土壤生态功能的发挥和城市生态环境质量及景观的提高，一直以来是城市环境管理者和环境科学研究者的关注点。有大量文献表明，我国城市绿地土壤pH值以偏碱性为主，有机质处于中等偏低水平，全氮、碱解氮处于较低水平，土壤容重较大、结构混乱、空间差异大、压实严重。因此为了提高城市绿地的生态功能，解决城市绿地土壤物理状态及肥力问题是前提。

3.改善城市绿地土壤质量措施—底泥资源化

将底泥应用于城市绿地土壤改良问题中，进行资源化综合开发再利用，不仅可以避免底泥对环境造成危害，解决城市底泥处置问题，更重要的是为改良城市绿地土壤质量问题提供有效方法，产生新的可利用资源，形成循环经济、绿色经济格局。但是同时也存在一定的问题。底泥本身具有泥沙量大、含水率高、富营养等特性，如果把疏浚的底泥直接堆置，会造成资源浪费。所以，对底泥进行资源化利用，是解决底泥出路问题的根本措施。

将底泥添加至土壤中进行资源化利用，是一种积极、有效的底泥处置方式。由于底泥的富营养特性，保证了其中有机质、氮磷等营养元素的含量，是一种肥料资源，能满足植物生长所需营养，且其成分包含大量陆地地表流失的黏土及丰富的次生矿物，是一种良好的再生资源。但是，有研究表明，底泥的容重较大、孔隙度小、粘粒含量较高，存在透水通气性差的缺点，一定程度上不利于植物正常生长，对底泥资源化利用发展形成了很大阻碍。例如，胡育峰通过研究某水库底泥的物理特性，结果显示底泥的容重、空隙度、质地均达不到旱地耕作层利于作物生长的土壤物理特性标准；王向辉通过测定海口市五源河上、中、下游底泥样品的物理特性，结果表明，上游和下游的底泥孔隙率低，导致底泥紧实，持水量低，不利于植物根系发育；谢瑞桃通过测定马鞍山市某河道底泥基本理化特性，结果表明，在流速较大的河段底泥容重为1.20g/ml，比其他河段大了1倍多，且底泥相对持水率保持在91%左右，比普通土壤持水率50%高出41%，需经过初步干化处理才能达到种植绿化植物的要求。因此在对底泥进行农业利用时需采取措施，有效改善底泥质地，降低容重，提高孔隙度，以提高其通气透水性，满足植物生长所需。