0 引言

　　地表水体汇集污废水排放、地表径流、大气降水等形式产生的颗粒物、胶体物质和水溶性盐类等物质，在一系列吸附、络合、化学反应过程与一定水力条件作用下，沉积于水体底部^[1]。为恢复水体水力和环境功能，疏浚工程产生大量的废弃疏浚淤泥，含水率高、强度低、渗透率低^[2]，自重固结过程缓慢，进而长期占用堆场土地资源^[3,4]，除去占用土地资源无法短期释放外，部分疏浚淤泥受有机物、氮磷营养元素、重金属^[5]、多氯联苯^[6]等有毒有害物质污染，长期暴露会对周边环境造成不可忽视的二次污染风险^[7,8]。淤泥固化技术借助固化剂改善短期内疏浚淤泥的力学性质^[9,10]，克服真空预压、自然晾晒等技术周期长、易反复的困局^[11]，在疏浚淤泥处理领域逐渐被广泛应用。固化剂的掺入促进水化和水解反应，一定程度上降低淤泥中水分含量，形成一定的骨架结构，进而改善固化淤泥力学性能^[10]。同时，淤泥中部分污染物会被吸附包裹在固化淤泥中^[12]，固化淤泥的渗透系数小，保障固化淤泥在后续处理过程中环境安全。

　　由于固化淤泥具有一定的强度和营养成分，改良后可作为绿化用土^[13,14,15]，针对固化淤泥的运输、堆存及最终处置等问题，本文因地制宜选取秸秆、锯末和稻壳、有机肥和无机肥作为土壤材料，开展不同改良材料及复配比例对绿化草生长情况的影响研究，明确改良后的固化淤泥作为河湖堤岸绿化草种植土的可行性。研究可实现固化淤泥堆场土地及运输成本的节约，并就地解决疏浚淤泥的处理和资源化利用等问题，进一步完善固化淤泥土壤化的技术体系，推动淤泥固化技术的工程化应用。

　　1 试验材料与方法

　　1.1 试验材料

　　疏浚淤泥采自王家河淤泥处理厂，其基本理化性质如表1所示。固化材料选用硅酸盐水泥，并选取当地废弃生物质材料(秸秆、稻壳和锯末)、腐熟鸡粪、复合肥等作为固化淤泥土壤改良剂。

　　表1 淤泥理化性质指标 

　　表1 淤泥理化性质指标

　　1.2 试验方法

　　当淤泥含水率降至80%后，在淤泥中添加质量为4%的硅酸盐水泥，养护7d。试验设计包含原疏浚淤泥对照组及处理组处理样品，每个试验组重复3次。植被选用四季青、黑麦草、马蹄金、高羊茅、红三叶草、白三叶草、结缕草。

　　表2 土壤改良试验处理组的材料占比 

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　　表2 土壤改良试验处理组的材料占比

　　2 结果与讨论

　　2.1 不同改良方式对土壤结构的影响

　　土壤容重、孔隙度是土壤结构特性的重要指标，综合反映土壤通透性。7种改良方式对固化淤泥容重的影响作用如图1所示。由图1可以看出，经过不同改良方式的淤泥容重均维持在0.9～1.2g/cm³，改良后的固化淤泥结构与疏浚淤泥及固化淤泥相比发生明显变化，表观出现很多尺寸增大的孔隙，因为固化剂发生的水化反应增加淤泥穿透性，从而降低淤泥容重，增加孔隙度。相比CK组，处理组的淤泥容重降低、孔隙率增加，说明加入土壤改良剂和肥料后会改善淤泥结构性质，秸秆、稻壳类疏松的生物质改良剂能促进团粒结构的形成，从而增大淤泥孔隙度、降低容重，且T4、T6,T10，土壤容重降低显著，说明在分别添加10%秸秆，5%锯末、稻壳，3%复合肥料(无机复合肥和腐熟鸡粪比例1∶2)后，固化淤泥的结构改善最明显。

　　2.2 不同改良方式对草种出芽率的影响

　　不同改良方式对草种出芽率的影响如图2所示。由图2可知，对照组不同类型绿化草的发芽率仅为0～20%。在不同固化淤泥处理组中，当添加1%～10%的土壤改良剂秸秆时，绿化草的发芽率随改良剂量的增加而增加，添加10%的秸秆作为改良剂时，7种不同绿化草的发芽率均最大;当添加1%～10%的锯末和稻壳作为改良剂时，在添加量5%时，绿化草的发芽率最大;而添加1%～3%的营养调整剂(有机腐熟鸡粪和无机复合肥)时，绿化草的发芽率随剂量的增加而增加，当肥料添加量达3%时，发芽率最高。添加锯末和稻壳后，绿化草的发芽率没有和添加量呈正相关，主要因为锯末和稻壳的5%添加量比10%添加量时，容重降低、孔隙度增大，更加有利于植物生长，过量的锯末和稻壳加入，会引起土壤脱水，影响植物生长。

　　图1 不同改良方式下固化淤泥容重变化  

　　图2 不同改良方式与植物发芽率的关系  

　　此外，四季青的发芽率比其他几种绿化草的效率低，可能是因为四季青属于剪股颖属植物，其生长适应潮湿、肥沃、酸性到微酸性的土壤，而疏浚淤泥处理组的p H值均在7～9，呈碱性或弱碱性，且水、肥条件相对较差。

　　2.3 不同改良方式对草种生长情况的影响

　　为进一步研究不同改良方式对不同绿化草后期生长的影响，分析绿化草播种45d后的株高和根系。不同改良方式对植物株高的影响如表3所示。

　　表3中数据显示，能发芽出苗的绿化草，后期生长能力和情况基本正常，四季青草种的株高比其他绿化草略低一点，这是受四季青的生长情况所影响的。在正常发芽的处理组中，绿化草的株高随发芽率正向变化。因此认为不同疏浚淤泥处理组养分充足的情况下，对绿化草的株高影响较弱。

　　表3 不同改良方式对植物株高的影响 

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　　表3 不同改良方式对植物株高的影响

　　固化淤泥添加不同改良剂及肥料作为种植土后研究不同绿化草种的生长。在整个观测期间，不同草种发芽后的主根系均有6～14cm长，黑麦草、红三叶草、白三叶草有4～7个须根，部分绿化草的根系生长并不完全。但是，观察结果显示，在正常生长下，不同处理的疏浚淤泥对草种根系生长的影响并不显著。由于正常处理的固化淤泥对绿化草的根系影响较小，正常草种能在处理过的固化淤泥中发芽生长，后期生长中，固化淤泥中的重金属不断在绿化草种中富集，绿化草受到固化淤泥中重金属离子的影响，导致后期植物生长活力发生变化。因此须进一步研究固化淤泥中重金属对绿化草代谢、生长的影响机制，以及不同疏浚淤泥作为种植土种植绿化草的后期生长效果还有待进一步研究。

　　2.4 工艺流程设计

　　为使研究成果更好地落地，设计固化淤泥作为河湖堤岸绿化草种植土工艺。工艺适用于有大量疏浚淤泥、堤岸有一定缓冲带空间的河湖水环境整治工程。工艺效果如下:(1)节约堆场土地资源，并避免固化淤泥的运输成本，很大程度降低疏浚淤泥的处理成本;(2)掺入本地易取的土壤改良剂，改善固化淤泥的理化性质^[16]，提高固化淤泥的通气保水能力，促进微生物多样性的恢复，增加绿化草种植土的肥效;(3)通过掺入硅酸盐水泥固化剂，发生水泥水化反应，杀灭有害微生物、病菌、虫卵等生物^[17,18]，并对重金属等污染物呈较好的稳定化效果。工艺流程如图3所示。

　　在王家河疏浚淤泥处理工程中，工艺选取的固化剂、改良材料配合比及绿化草种植土理化性质如下:(1)4%水泥固化剂含水率ω为33%，容重为1.05g/cm³;(2)10%秸秆孔隙比e为1.75,p H值为7.2;(3)5%锯末/稻壳全盐量为0.98g/kg，水解性氮为45.7g/kg;(4)3%复合肥有效磷为19.5mg/kg，速效钾为13.4mg/kg。经过本工艺制备的种植土，已改进疏浚淤泥中含水率高、渗透性差等不足，在土壤理化性质、肥力等方面均满足绿化种植的要求。该工程采用自然脱水后的淤泥固化成固化淤泥，从种植土角度来看，尽管制备土的p H值和全盐量偏大，但含水率、容重和总孔隙度对植物的生长更重要。在利用水泥将淤泥转化为种植土后，施用土壤生物质改良剂及偏酸的肥料和有机肥可降低土壤p H值、全盐量，以满足绿化草植物的喜酸性。从绿化种植土壤的生长要求角度看，水泥固化剂与土壤改良剂及复合肥的配合比是本工艺的关键，而4%水泥高强高耐水土体固化剂，与10%秸秆、5%锯末和稻壳、3%复合肥是实践得出的最佳配合比。

　　图3 工艺流程  

　　3 结语

　　1)本研究明确固化淤泥作为河湖堤岸绿化草种植土的可行性，并设计出固化淤泥作为河湖堤岸绿化草种植土的工艺，利用本地易取的土壤改良剂材料，杀灭有害微生物、稳定重金属污染物。

　　2)利用4%硅酸盐水泥固化处理的王家河疏浚淤泥，通过掺入10%秸秆、5%锯末和稻壳、3%复合肥料进行改良，适宜绿化草出芽和后期生长发育。

　　3)固化淤泥作为河湖堤岸绿化草种植土的技术工艺，可一定程度上缓解疏浚淤泥堆场场地紧缺、后期处理困难的局面，是目前解决疏浚淤泥最终出路问题行之有效的技术方向之一。