0 引言

　　每年我国河湖疏浚工程中产生大量的疏浚淤泥，淤泥通常含水率很高，长期呈流动状态，内陆地区由于土地资源紧张、长途运输条件苛刻，产生的疏浚淤泥无法通过海洋倾倒或吹填造陆进行妥善处理^[1]。目前较常用的工程措施是待堆场表层淤泥水分蒸发进而形成具有一定强度的天然硬壳层，作为施工平台打插排水板和进行堆载，而仅这一过程往往需要持续数年^[2]。南方沿海地区由于降雨频繁，使得堆场长期处于泥沼状态，常规机械和施工人员无法入场。如今的疏浚淤泥主要堆存于山谷、低洼地等淤泥堆场中，而解决日益增加的淤泥疏浚量和日趋紧张的土地资源之间的矛盾，迫切需要寻找适合我国国情的疏浚淤泥处理方式。

　　通过原位固化机械和固化材料的有效配合，在淤泥堆场表层快速形成1.0～2.0m厚的硬壳层，大大缩短堆场表层干化时间，同时由于进一步提高硬壳层的承载力，节省常规表层固结干化后的插排水板、堆载等工程措施，下层淤泥可通过自然缓慢固结沉积为土^[3]。根据堆场淤泥的基本性质和处理需求，通过控制固化材料掺量和搅拌深度，在吹填淤泥表面快速制成人工硬壳层，为地基处理提供施工平台，大大缩短工期^[4,5]。吕一彦等^[6]依托示范工程，通过现场实测研究不同硬壳层强度和厚度对淤泥上覆人工硬壳层地基极限承载力的影响。张会文等^[7]在市政污泥堆场的中试工程中，通过固化材料及配合比的优化，实现表层固化施工，固化后的表层强度能达到120k Pa，满足原位固化设备施工的强度要求，同时对污泥中含有的重金属呈稳定化效果。

　　经原位固化工艺处理后，表层物理性质满足施工机械作业的强度要求，已得到相关验证，而针对淤泥堆场表层原位固化处理后土壤化的问题却极少被学者及工程人员关注。本文依托淤泥堆场表层原位固化土壤化示范工程，明确不同土壤改良剂对植物生长的影响及不同植物类型对改良固化土壤的适应性，通过土壤改良材料的复配和栽种植物的选型，取得良好的应用效果。

　　1 试验材料与方法

　　试验场地为岳阳王家河淤泥处理厂，淤泥从贮泥池中挖出，堆置于10m长、10m宽、2m深的试坑中，淤泥初始含水率为85.13%，有机质含量为1.68%。淤泥堆场表层原位固化土壤化示范工程设计固化材料为60%硅酸盐水泥+40%粉煤灰，利用专用原位固化搅拌设备，对表层2.0m处进行固化后，养护14d形成硬壳层。对养护后的硬壳层表层40cm处进行破碎分拣处理，去除直径>5cm的块状硬结块;试验中涉及的土壤改良剂选用腐殖酸、稻草粉、硫磺粉、粉煤灰等碱性土壤改良材料，土壤化材料添加配合比分别为0,100,200,300kg/亩(1亩=666.67m²)，并根据试验结果优化复配试验。施肥工序尽可能保持肥料的均匀性，进行充分的翻土和搅拌，之后覆盖塑料薄膜腐熟养护3d，并防止雨水浸入。种植植被类型包括油菜、上海青、雪里蕻、莴笋、萝卜、大蒜、蚕豆、茄子等，待植被种子完全发芽后，进行发芽率试验;经过生长期30d后，统计每种植被类型、改良剂材料配合比的植株株重变化情况。

　　2 试验结果与分析

　　2.1 不同土壤改良剂对植物生长的影响

　　分析单一土壤改良材料对植物生长的影响，选取油菜作为植物类型，研究土壤改良剂类型及掺量对生长情况的影响，试验结果如图1所示。同时，在无任何土壤改良剂添加原始固化土的对照组试验中，油菜发芽率和30d株高分别为22.0%和5.30cm，说明原位固化淤泥堆场自身的理化性质不足以实现土壤化;另一方面，原始对照组的发芽率和株高指标均低于4种土壤改良剂掺入的最低值，说明土壤改良材料均能一定程度上改善原位固化土的理化性质。由图1可知，粉煤灰掺入对原位固化土的理化性质改善作用最为有限，且掺量提高对发芽率和株高的促进作用也不明显。粉煤灰加入碱性土壤后，可与碱性土壤进行一定的中和反应，调整样品中水溶性碱性离子浓度，即调整样品碱性，达到改良土壤的目的^[8]。但在实际的工程应用中，原位固化工序中涉及的固化材料已包含40%粉煤灰，因此续添加后发挥的中和作用有限。硫磺粉的掺入对油菜发芽率和株高都发挥一定的促进作用，硫磺释放出大量SO₄^2-，中和盐碱土中的碱性部分，改善土壤微环境，降低p H值，改良土壤^[9]。稻草粉对发芽率的促进作用弱于硫磺粉，但明显提高株高，30d油菜的株高峰值在300kg/亩稻草粉作用下达到13.0cm。稻草粉在分解过程中可产生有机酸，逐步形成酸性有机肥，改善土壤结构，增强土壤保水保肥能力，但由于稻草粉在前期水解酸化过程中释放的有机酸有限，抑制了种子发芽率。腐殖酸能快速改善原位固化土的化学性质，减缓原位固化材料掺入对种子发芽过程的抑制影响，从而达到88%的发芽率，但对改善土壤物理结构的能力有限，因此，植物的生长受到一定影响。

　　图1 土壤改良材料类型与掺量对植物发芽率及株高的影响 

　　2.2 土壤改良剂的优化复配

　　通过不同土壤改良剂对植物生长的影响研究发现，单一的土壤改良材料难以共同促进种子发芽和生长，因此，须寻找适用于原位固化土的土壤改良材料。由于粉煤灰对发芽率和株高的作用有限，不在土壤改良剂的优化复配中掺入粉煤灰。相比硫磺粉，腐殖酸和稻草粉分别对发芽率和株高表现出更好的促进作用。因此，优化复配试验分为2个部分，首先考虑腐殖酸和稻草粉的优化配合比，确定最优配合比后再研究硫磺粉的最佳掺量。

　　土壤改良剂的优化复配对油菜发芽率和株高的影响如图2所示。100kg/亩掺入量时，腐殖酸与稻草粉在不同配合比时，油菜的种子发芽率和株高情况如图2a所示，腐殖酸与稻草粉复配比为75∶25时，发芽率出现峰值;腐殖酸与稻草粉复配比为50∶50时，株高出现峰值，且出现近似于峰值的发芽率。因此，试验选取腐殖酸与稻草粉比例50∶50作为下一阶段的复配试验。固定腐殖酸与稻草粉比例为50∶50时，硫磺粉掺入比对植物生长情况的影响如图2b所示。腐殖酸一方面快速地缓解初始固化土初期的碱性环境，另一方面促进稻草粉的水解酸化过程^[10]，相互协作改善土壤结构和环境。硫磺粉能一定程度提高油菜的发芽率和株高，在三者比例为50∶50∶10时，油菜发芽率和株高分别达到85%和12.5cm;三者比例超过50∶50∶5后，油菜的株高逐步趋于平缓，发芽率甚至出现小幅下滑。因此，确定腐殖酸、稻草粉与硫磺粉三者比例50∶50∶5 (10∶10∶1)作为原位固化土土壤改良剂的最优配合比。

　　图2 土壤改良剂的优化复配对油菜发芽率和株高的影响  

　　2.3 植物类型对复配土壤改良剂的适应性

　　考虑不同植物类型在不同复配土壤化改良剂掺入量下的适应性，选取油菜、上海青、雪里蕻、莴笋、萝卜、大蒜、蚕豆、茄子等熟菜植物开展种植试验。土壤改良剂掺入量对不同植物类型发芽率的影响如图3所示。由图3可以看出，选取的熟菜植物在初始状态时，固化土中的种子发芽率均仅能维持在18%～30%，证明表层固化土需要土壤改良的必要性。7种熟菜植物在复配土壤改良剂掺入量为100kg/亩时，种子发芽率比初始状态固化土提高近300%，土壤化效果明显。复配土壤改良剂掺入量100～150kg/亩达到或接近发芽率峰值，持续增加的土壤改良剂掺入量对继续促进植物发芽生长的程度有限。土壤改良剂100～150kg/亩是原位固化土土壤改良剂施用的建议区间值。

　　图3 土壤改良剂掺入量对不同植物类型发芽率的影响  

　　2.4 土壤化中试效果

　　为进一步保障土壤化工艺应用推广的理论支撑，土壤化中试试验对CJT 340—2011《绿化种植土壤》中涉及的初始固化土和改良土壤主要理化性质进行测定，并与相关标准值进行分析对比，结果如表1所示。

　　表1 初始固化土和改良土壤的理化性质 

　　表1 初始固化土和改良土壤的理化性质

　　改良后的固化土各项指标均能较好地满足《绿化种植土壤》中的标准限值，达到预期工程应用效果，具备推广应用的潜力。土壤改良剂的掺入不仅改善初始固化土的土壤结构、中和碱性环境，同时稻草粉为改良土壤提供氮、磷营养元素及钾、硫等生长必须元素。土壤化中试试验中，不同类型植物在改良土壤中长势良好。中试试验为淤泥堆场表层原位固化土壤化工程提供必要的数据支撑和理论依据，进一步解决目前淤泥堆场土地资源无法释放的难题。

　　3 结语

　　表层原位固化技术是适合我国国情和市场需求的淤泥堆场淤泥处理和土地还原技术。淤泥堆场表层原位固化土壤化能够快速实现淤泥堆场向绿化种植土地的转变。中试试验中，改良后的固化土各项理化指标满足相关标准要求，熟菜植物长势良好，淤泥堆场土地资源得到有效释放。试验成果扩大了工程应用、解决固化土土壤改良中涉及的土壤改良剂复配及掺入量等关键问题，进一步完善淤泥堆场原位固化技术理论体系的科学性和完整性。