黑臭河道底泥在城市绿化种植中的应用研究
摘要：为实现城市河道疏浚淤泥的资源化利用，尝试将黑臭河道底泥应用到城市绿化种植中，并对不同草种在黑臭河道底泥中的生长特性进行研究。结果表明，黑臭河道底泥各项物理、化学指标均满足绿化种植土的相关要求，但在种植前需要对其进行一定程度的自然风干，使初始含水率降低至70%左右；马尼拉、高羊茅和四季青在黑臭黑道中均具有较好的适应性，发芽率、生长速率以及分枝等指标均较优。采用黑臭河道底泥进行绿化种植可以达到2万元/667m2的收益，不仅可以实现黑臭河道底泥的资源化利用，而且具有良好的经济效益，因此在城市绿化种植中大力推广应用黑臭河道底泥具有良好的生态与经济价值。
城市化和工业化进程为经济发展带来了诸多便利，但也造成了许多环境问题，城市河道水体污染便是其中之一。工农业和生活污水的随意排放导致城市河道出现大面积的污染，大量外源有机物、NH3-N等消耗了水体中大量的氧气。同时，许多污染物因为水体不流动而沉积到河道底泥中，导致河道水体发生恶臭，不但恶化了河道生态，而且对于周边居民生活带来很大影响，故而需要对城市黑臭水体进行处理[1]。
目前，对于黑臭水体处理的常用方法包括生态法、物理法和化学法，技术也比较成熟[2-3]。但是对于黑臭河道底泥的处理则显得比较困难，目前一般遵循“外源减排、内源清淤、水质净化、清水补给、生态恢复”的处理原则。河道疏浚底泥一般采取堆积、吹填或者海洋抛泥等方法进行处理，这些方法处置费用高，而且堆积还会造成大量优良土地浪费，故而需要寻找更合理的处置方式。黑臭河道底泥中富含各种营养物质，是一种极为宝贵的潜在可利用资源，充分利用黑臭河道底泥中的资源可为社会带来较高的生态和经济价值[4-5]。目前，关于河道底泥资源化利用研究已有开展，但在绿化种植方面还存在许多技术难题，这是因为不同的污染源底泥特性可能对黑臭水体绿化植物的生长具有重要影响，并不能一概而论[6-7]。
本研究以苏州城市河道黑臭底泥为研究对象，开展了不同绿化草种植物在黑臭河道底泥中的生长特性研究，以期为实现黑臭河道底泥的资源化利用提供借鉴。
1材料与方法
1.1材料取样及预处理
河道底泥取自苏州市境内某城市河流，取样河道长度为500m、宽度为18~26m、深度为1.98m，平均流速为1.33m/s。采用对角线多点混合采样方式进行多次河道底泥采样，采样深度为0~10cm，取样底泥呈黑色并散发恶臭，属于典型的黑臭底泥。将取回的底泥保存到4.0℃的环境中备用。
1.2材料物理性质
测试得到黑臭底泥样品平均容重为0.64g/mL，介于0.1~0.8g/mL，满足种植要求。平均含水率为90%，城镇行业建设标准《绿化种植土壤》（CJ/T340-2016）中明确规定，当绿化种植土的含水率为70%时，植物的发育条件可以达到最好，故黑臭河道底泥的含水率偏高。因此，在进行绿化种植前，需要对其进行一定程度的自然风干处理[8]。底泥中中砂粒、粗砂粒、石砾的含量分别为16%、21%和63%，底泥颗粒级配Cu=9，级配良好，满足种植要求。
1.3材料化学性质
对取回底泥样品进行化学组分分析，由表1可知，黑臭河道底泥的有机质含量是普通土壤的20倍以上，同时也远远超过了一级绿化种植规定含量（≥20g/kg），TN、AN、TP、AP等4种肥效指标均高出普通土壤。因此，黑臭河道底泥的肥效优于普通土壤，能够提供给植物所需的N、P等元素，可满足植物生长发育的需求。
1.4试验方法
为了验证河道底泥在园林绿化中的适用性，在实验室常温环境下开展了四季青、高羊茅、马尼拉、天鹅绒、狗牙根以及混合草种种植方式下的生长特性试验，并对发芽率、生长速率以及绿化分枝进行了统计分析。
2结果与分析
2.1对不同草种发芽率的影响
由图1可知，在同等试验环境下，马尼拉的发芽率最高，达到96%；其次为四季青，发芽率为95%；高羊茅、天鹅绒和狗牙根的发芽率排名3~5名，发芽率分别为93%、92%和90%。5种草种单独种植时，发芽率均超过90%，但是混合草种的发芽率仅为80%，这是因为5种草种混合种植时，存在相互竞争关系，从而导致抑制发育的情况发生。在混合草种种植时，大部分为狗牙根草种，其具有更强的生长优势。因此，在利用黑臭河道底泥种植草种时，最好只选择单一草种进行种植，抑或采取分片分区域的种植方式，从而减少不同草种的竞争关系，提高草种的发芽率，降低草种的浪费率。
2.2对不同草种生长速率的影响
由图2可知，在0~30d内，不同草种的生长高度呈缓慢增长，在30~40d时间段内，不同草种的生长速率明显加快，超过40d后，生长速率放缓，达到50d后，生长高度基本不变，生长速率基本降为0。这是因为在播种早期，黑臭底泥中含水率较高，有利于草种发芽生长，但是经过一段时间后，黑臭底泥逐渐发生硬化板结现象，土壤的孔隙度逐渐减小，此时根系还比较细，无法获取足够呼吸，故而生长速率会放缓。当根系经过缓慢发育变粗后，已经逐步适应了黑臭底泥的生长环境，可以从底泥中获取大量的N、P等营养元素，故而在30d后又是一个快速生长阶段。但在经过快速生长期后，土壤中的养分和水分已经基本耗尽，故而生长会停滞。
在0~35d内，四季青的长势最好，但随着时间的延长，马尼拉和高羊茅在快速生长期的生长速率明显高于四季青，故而在35d后，两者的生长高度超过了四季青。经过50d的生长发育后，生长高度排序依次为：马尼拉＞高羊茅＞四季青＞天鹅绒＞狗牙根＞混合草种；相比较而言，马尼拉、高羊茅、四季青3种草种的长势较好，天鹅绒的长势适中，狗牙根和混合草种的长势较差。
2.3对不同草种绿化植物分枝影响
由图3可知，除了高羊茅之外，不同草种在黑臭底泥中的分枝数均小于在普通土壤中的分枝数，但相差不大；高羊茅在黑臭底泥中的分枝数与普通土壤种植时相等，可以达到6个；四季青、马尼拉、狗牙根3种的分枝数次之，可以达到4个；天鹅绒的分枝数为3个，混合草种的分枝数仅为2个；四季青、马尼拉出现了部分倾倒现象，狗牙根和天鹅绒出现了部分枝叶腐坏的现象，说明在利用黑臭底泥进行草本植物种植时，对于草种有一定的要求，否则难以实现较好的生长质量和较高的经济价值。因此，马尼拉、高羊茅和四季青相较于其他草种而言更适应黑臭底泥的生长环境。
2.4效益分析
黑臭河道底泥在疏浚清淤后，如果不加以合理利用，需要及时进行清运处理，不仅增加了运输费用，而且黑臭河道底泥中的N、P等元素也未能得到充分利用，造成了资源的浪费。以苏州市某河道清淤工程为例，该河道清淤量预计达到55000m3，黑臭底泥处置设备费和人工费共需94.2万元。假如将河道底泥全部用于草本（以高羊茅为例）绿化种植，种植草本植物时底泥铺设厚度为0.2cm，高羊茅种植4个月，一年可种植2季，那么需要13.75hm2的种植用地，草本种子、浇灌设备、种植和管理人员费用、浇灌费用分别为34.33万元、275.1万元、48万元和82.53万元，故利用黑臭底泥种植草本植物的总费用为429.96万元。若采用普通土壤种植绿化植物，则需对其增施氮肥和磷肥，按照0.059元/m2氮肥和0.021元/m2磷肥使用量，需增加肥料成本2.2万元；而采用黑臭河道底泥进行种植，则可以节省这些费用。经市场调研，草坪绿化植物的出售价格平均为27.2元/m2，总收益为748.3万元。
综上，利用黑臭河道底泥进行绿化的总收益为：T=94.2+748.3+2.2-429.96=414.74万元，平均收益可达到2万/667m2。
3结论与讨论
研究结果表明，黑臭河道底泥的容重和级配良好，含有丰富的有机质和N、P肥料，但初始含水率偏高，需要在种植前对其进行自然风干处理。黑臭河道底泥中，单独种植草种的发芽率均能超过90%，但采取混种时，由于存在强烈的竞争关系，故而发芽率较低，宜采取分片分区种植方式；马尼拉、高羊茅和四季青在生长速率和分枝上均优于其他草种，故而更适应黑臭河道底泥环境种植。采用黑臭河道底泥进行绿化种植，可以节省底泥的运输费用和绿化的施肥费用，平均经济效益可达2万/667m2，不仅实现了黑臭河道底泥的资源化利用，利于环境保护，还能创造可观的经济效益，值得在城市绿化中大力推广应用。
